RU2172435C1

RU2172435C1 - Freezing-cut trap

Info

Publication number: RU2172435C1
Application number: RU2000110231A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: refrigerating engineering. SUBSTANCE: freezing-out trap has reservoir filled with cryogenic fluid and surrounded with cylindrical jacket and helical fins. Helical fins are hollow. Interior of fins is brought into communication with reservoir through perforations provided in reservoir wall and is filled with capillary porous material. Reservoir wall has perforations over entire length of attachment of fins to reservoir. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of protection of evacuated cavity of cryogenic reservoir. 1 dwg _

Description

Изобретение относится к области холодильной и криогенной техники и касается конструкции и эксплуатации вымораживающих ловушек, используемых в вакуумных технологиях. The invention relates to the field of refrigeration and cryogenic technology and relates to the design and operation of freezing traps used in vacuum technologies.

Известны вымораживающие ловушки (см., например, Е.М.Микулин. Криогенная техника, Машиностроение, 1959 г. 6, стр. 220). Freezing traps are known (see, for example, E.M. Mikulin. Cryogenic technology, Mechanical Engineering, 1959, 6, p. 220).

Ловушка содержит сосуд с криогенной жидкостью, охлаждаемую рубашку и трубопроводы для подстыковки к вакуумному насосу и вакуумируемой емкости. Ловушка служит для улавливания (вымораживания) конденсирующихся примесей (паров воды) и предохраняет от попадания паров масла из насоса в вакуумируемый объем, например теплоизоляционную полость криогенной емкости. В этих ловушках отсутствует возможность равномерного и стабильного охлаждения. The trap contains a vessel with cryogenic liquid, a cooled jacket and pipelines for attaching to the vacuum pump and evacuated container. The trap serves to trap (freeze) condensing impurities (water vapor) and prevents oil vapor from the pump from entering the evacuated volume, for example, a heat-insulating cavity of a cryogenic tank. There is no possibility of uniform and stable cooling in these traps.

Недостатком такой ловушки является низкая эффективность из-за отсутствия возможности обеспечить стабилизацию охлаждения. The disadvantage of this trap is the low efficiency due to the lack of the ability to provide stabilization of cooling.

Известна также вымораживающая ловушка (см. патент Японии N 53-15994, М. кл. B 01 D 37/02), выбранная в качестве прототипа. A freezing trap is also known (see Japanese Patent No. 53-15994, M. CL B 01 D 37/02), selected as a prototype.

Вымораживающая ловушка содержит сосуд с криогенной жидкостью, окруженный цилиндрической рубашкой и винтовым оребрением. Ловушка посредством трубопроводов сообщается с вакуумным насосом и вакуумируемым объемом (емкостью) и служит для улавливания паров масла из вакуумируемого объема. В процессе работы насоса и замораживающей ловушки криогенный продукт за счет теплопритоков извне испаряется из сосуда, что приводит к изменению уровня жидкой фазы криогенного продукта и соответственно ухудшению охлаждения и нарушению стабильного охлаждения ловушки, что снижает эффективность ее работы. The freezing trap contains a vessel with cryogenic liquid, surrounded by a cylindrical shirt and screw fins. The piping trap communicates with the vacuum pump and the evacuated volume (capacity) and serves to trap oil vapor from the evacuated volume. During the operation of the pump and the freezing trap, the cryogenic product evaporates from the vessel due to heat influx from the outside, which leads to a change in the level of the liquid phase of the cryogenic product and, accordingly, poor cooling and impaired stable cooling of the trap, which reduces its efficiency.

Недостатками известной вымораживающей ловушки являются низкая эффективность работы из-за невозможности обеспечить стабилизацию охлаждения оребрения. The disadvantages of the known freezing traps are the low efficiency due to the inability to provide stabilization of cooling of the fins.

Задачей настоящего изобретения является создание вымораживающей ловушки, которая обладала бы эффективным охлаждением, обеспечивающим стабилизацию охлаждения оребрения и повышение эффективности работы. The present invention is the creation of a freezing trap, which would have effective cooling, providing stabilization of cooling of the fins and increase efficiency.

Это достигается тем, что вымораживающая ловушка снабжена винтовым оребрением с пустотелым ребром, в полости которого капилярно-пористый материал, насыщаемый жидкой фазой криогенного продукта по всей длине ребра (канала), что обеспечивает стабилизацию охлаждения оребрения и повышает эффективность работы ловушки. This is achieved by the fact that the freezing trap is equipped with helical finning with a hollow rib, in the cavity of which a capillary-porous material is saturated with the liquid phase of the cryogenic product along the entire length of the rib (channel), which ensures stabilization of cooling of the finning and increases the efficiency of the trap.

Сущность изобретения заключается в том, что в вымораживающей ловушке, содержащей сосуд с криогенной жидкостью, окруженный цилиндрической рубашкой и винтовым оребрением, винтовое оребрение выполнено пустотелым, а внутренняя полость оребрения сообщена с полостью сосуда через перфорацию, выполненную в стенке сосуда, и заполнена капиллярно-пористым материалом, причем стенка сосуда содержит перфорацию по всей длине крепления оребрения с сосудом. The essence of the invention lies in the fact that in a freezing trap containing a vessel with cryogenic liquid surrounded by a cylindrical shirt and screw fins, the screw fins are hollow, and the internal cavity of the fins communicates with the cavity of the vessel through perforations made in the vessel wall and is filled with capillary-porous material, and the wall of the vessel contains perforation along the entire length of the mounting of the fins with the vessel.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями, вновь созданная вымораживающая ловушка имеет эффективное охлаждение, обеспечивающее стабилизацию охлаждения оребрения и повышающее эффективность работы ловушки. The technical result consists in the fact that, compared with the known technical solutions, the newly created freezing trap has effective cooling, which ensures stabilization of cooling of the fins and increases the efficiency of the trap.

Использование предлагаемой вымораживающей ловушки, например, при вакуумировании теплоизоляционных полостей криогенных емкостей, содержащих многослойно-вакуумную теплоизоляцию, позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения стабилизации охлаждения оребрения, что, в свою очередь, повышает эффективность работы ловушки и надежность защиты вакуумируемой теплоизоляционной полости криогенной емкости от попадания паров масла из насоса. The use of the proposed freezing trap, for example, when evacuating heat-insulating cavities of cryogenic containers containing multilayer-vacuum thermal insulation, will provide a significant economic effect by ensuring stabilization of cooling of the fins, which, in turn, increases the efficiency of the trap and the reliability of protection of the evacuated heat-insulating cavity of the cryogenic tank from oil vapor from the pump.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Предлагаемая вымораживающая ловушка состоит из следующих основных узлов и деталей: сосуда с криогенной жидкостью 1, окруженного цилиндрической рубашкой 2 и винтовым оребрением 3. Винтовое оребрение 3 выполнено пустотелым, а внутренняя полость 4 оребрения 3 сообщена с полостью 5 сосуда 1 через перфорацию 6, выполненного в стенке 7 сосуда 1, и заполнена капиллярно-пористым материалом 8, например пористым титаном, пористым никелем и т.п. Стенка 7 сосуда 1 содержит перфорацию 6 по всей длине крепления оребрения 3 с сосудом 1. Вымораживающая ловушка снабжена трубопроводом 9 для подстыковки к откачиваемому объему, например, вакуумной теплоизоляционной полости криогенной емкости, трубопроводом 10 для подстыковки к вакуумному насосу. Ловушка имеет внешнюю рубашку 11 и спиральный канала 12. The proposed freezing trap consists of the following main components and parts: a vessel with cryogenic liquid 1 surrounded by a cylindrical shirt 2 and screw fins 3. The screw fins 3 are hollow, and the internal cavity 4 of the fins 3 is in communication with the cavity 5 of the vessel 1 through a perforation 6 made in the wall 7 of the vessel 1, and is filled with capillary-porous material 8, for example, porous titanium, porous nickel, and the like. The wall 7 of the vessel 1 contains a perforation 6 along the entire length of the mounting of the fins 3 with the vessel 1. The freezing trap is provided with a pipe 9 for attaching to the pumped volume, for example, a vacuum heat-insulating cavity of a cryogenic tank, with a pipe 10 for attaching to a vacuum pump. The trap has an outer jacket 11 and a spiral channel 12.

Работает вымораживающая ловушка следующим образом. The freezing trap works as follows.

Вымораживающая ловушка устанавливается перед вакуумным насосом и подстыковывается к нему посредством трубопровода 10; она представляет собой часть вакуумной магистрали и подстыковывается посредством трубопровода 9 к вакуумируемому (откачиваемому) объему, например вакуумной теплоизоляционной полости криогенной емкости, содержащей в качестве теплоизоляции многослойно-вакуумную теплоизоляцию. A freezing trap is installed in front of the vacuum pump and docked to it by means of a pipeline 10; it is a part of the vacuum line and is connected by means of pipeline 9 to the evacuated (evacuated) volume, for example, a vacuum heat-insulating cavity of a cryogenic tank containing multilayer-vacuum heat insulation as thermal insulation.

Вымораживающая ловушка служит для улавливания конденсирующихся примесей (паров воды) и предохранения от попадания обратного потока паров масла от вакуумного насоса, например паромасляного или механического вакуумного насоса, в вакуумируемый (откачиваемый) объем для защиты от паров масла теплоизоляции, что влияет на ее работоспособность. При вакуумировании вакуумной теплоизоляционной полости криогенной емкости обратный поток паров масла от вакуумного насоса через трубопровод 10 попадает в кольцевой зазор рубашки 11 и оседает на поверхности цилиндрической рубашки 2, охлаждаемой теплопроводностью от оребрение 3 и сосуда 1, заполненного криогенной жидкостью, например жидким азотом. Несконденсировавшиеся при температуре цилиндрической рубашки 2 пары масла попадают в канал 12 и оседают на наружной поверхности сосуда 1 и винтового оребрения 3, имеющих температуру криогенной жидкости (азота). По мере испарения криогенной жидкости из сосуда 1 уровень ее в сосуде 1 опускается и верхняя часть стенки 7 сосуда 1, соприкасаясь с парами азота, начинает отогреваться, что снижает эффективность работы ловушки. Однако за счет капиллярных свойств, например, пористого титана 8, размещенного в полости 4 оребрения 3, жидкая фаза азота постоянно насыщает наполнитель 8 по всей длине крепления оребрения 3 с сосудом 1, что обеспечивает поддержание стабильной температуры оребрения 3, равной температуре жидкой фазы азота, вплоть до его полного испарения из сосуда 1, а это, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности работы ловушки в процессе ее эксплуатации, обеспечивает выполнение поставленной задачи. A freezing trap is used to trap condensable impurities (water vapor) and to prevent the return flow of oil vapor from a vacuum pump, for example a steam-oil or mechanical vacuum pump, into the evacuated (pumped out) volume to protect the thermal insulation oil from vapor, which affects its performance. When evacuating the vacuum heat-insulating cavity of the cryogenic tank, the return flow of oil vapor from the vacuum pump through the pipeline 10 enters the annular gap of the jacket 11 and settles on the surface of the cylindrical jacket 2 cooled by heat conduction from the fins 3 and the vessel 1 filled with cryogenic liquid, for example liquid nitrogen. Vapors of oil that are not condensed at the temperature of the cylindrical shirt 2 fall into the channel 12 and settle on the outer surface of the vessel 1 and screw fins 3, which have the temperature of a cryogenic liquid (nitrogen). As the cryogenic liquid evaporates from the vessel 1, its level in the vessel 1 drops and the upper part of the wall 7 of the vessel 1, in contact with nitrogen vapors, begins to warm up, which reduces the efficiency of the trap. However, due to the capillary properties of, for example, porous titanium 8, placed in the cavity 4 of the fins 3, the liquid phase of nitrogen constantly saturates the filler 8 along the entire length of the fastening of the fins 3 with the vessel 1, which ensures a stable temperature of the fins 3, equal to the temperature of the liquid phase of nitrogen, up to its complete evaporation from vessel 1, and this, in turn, provides an increase in the efficiency of the trap during its operation, ensures the fulfillment of the task.

Claims

A freezing trap containing a vessel with cryogenic liquid surrounded by a cylindrical shirt and screw fins, characterized in that the screw fins are hollow, and the internal fins cavity is in communication with the vessel cavity through perforations made in the vessel wall and is filled with capillary-porous material, the wall being the vessel contains perforation along the entire length of the mounting of the fins with the vessel.