RU2182989C2

RU2182989C2 - Freezing-out trap

Info

Publication number: RU2182989C2
Application number: RU2000113677/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2002-05-27

Abstract

FIELD: cryogenic and vacuum engineering; construction of freezing-out traps used in vacuum technologies, for example evacuation of heat- insulated cavities of cryogenic reservoir. SUBSTANCE: cylindrical housing is provided with coaxial reservoir filled with cryogenic fluid and provided with helical fins on outer surface; cylindrical wall adjoining the ends is mounted at spaced relation to walls of housing forming passage for oil vapor flow. Cover and screen are secured on open end of reservoir. Located coaxially relative to walls of housing is additional cylinder with helical fins adjoining cylindrical wall forming helical passage which is blanked off on side of bottom of housing and is brought in communication with cavity of cover through screen. EFFECT: enhanced efficiency of cooling due to use of cold of cryogenic fluid vapors. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается конструкции вымораживающих ловушек, используемых в вакуумных технологиях, например, при вакуумировании теплоизоляционных полостей в криогенных емкостях. The invention relates to the field of cryogenic and vacuum technology and relates to the design of freezing traps used in vacuum technologies, for example, when evacuating heat-insulating cavities in cryogenic containers.

Известна вымораживающая ловушка (см., например, Е.И. Микулин. Криогенная техника, -М.: Машиностроение, 1969 г., с.220, рис.220). Ловушка содержит корпус с размещенным в нем сосудом с криогенной жидкостью. Ловушка устанавливается перед диффузионным вакуум-насосом и представляет собой часть магистрали, охлаждаемой, например, жидким азотом. 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. A freezing trap is known (see, for example, E.I. Mikulin. Cryogenic technology, -M.: Mechanical Engineering, 1969, p. 220, Fig. 220). The trap contains a housing with a cryogenic liquid vessel placed therein. The trap is installed in front of the diffusion vacuum pump and is a part of the main, cooled, for example, with liquid nitrogen. 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.

Недостатком такой ловушки является низкая эффективность охлаждения. The disadvantage of this trap is the low cooling efficiency.

Известна также вымораживающаяся ловушка (см., например, SU, а.с. 1341398 А1, кл. F 04 F 9/06, опубл. 30.09.87), выбранная в качестве прототипа. Also known freezing trap (see, for example, SU, and.with. 1341398 A1, CL F 04 F 9/06, publ. 30.09.87), selected as a prototype.

Вымораживающая ловушка содержит цилиндрический корпус с соосно размещенной внутри емкостью, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрическую стенку, примыкающую к торцам оребрения с образованием канала и установленную с зазором относительно стенок корпуса. The freezing trap contains a cylindrical body with a container coaxially placed inside it, filled with cryogenic liquid, with screw fins on the outer surface, a cylindrical wall adjacent to the ends of the fins with the formation of a channel and installed with a gap relative to the walls of the housing.

Недостатком известной вымораживающей ловушки является низкая эффективность охлаждения из-за невозможности использовать холод отходящих паров криогенной жидкости. A disadvantage of the known freezing trap is the low cooling efficiency due to the inability to use cold exhaust fumes of cryogenic liquid.

Задачей настоящего изобретения является создание вымораживающей ловушки, которая обеспечивала бы повышение эффективности охлаждения за счет использования холода отходящих паров криогенной жидкости. The present invention is the creation of a freezing trap, which would provide an increase in cooling efficiency through the use of cold exhaust fumes of cryogenic liquid.

Это достигается тем, что вымораживающая ловушка, содержащая корпус с соосно размещенной внутри емкостью, заполненной жидкостью, с винтовым оребрением на внешней поверхности, цилиндрическую стенку, примыкающую к торцам оребрения с образованием канала и установленную с зазором относительно стенок корпуса, снабжена полой крышкой и решеткой, закрепленными на открытом торце емкости и образующими полость для сбора паров криогенной жидкости, а также расположенным коаксиально с зазором относительно стенок корпуса дополнительным цилиндром с винтовым оребрением, торцы которого примыкают к цилиндрической стенке с образованием винтового канала для паров криогенной жидкости, заглушенного со стороны дна корпуса и сообщенного через решетку с полостью крышки. This is achieved by the fact that the freezing trap, comprising a housing with a container coaxially placed inside the liquid filled with screw fins on the outer surface, a cylindrical wall adjacent to the ends of the fins with the formation of a channel and installed with a gap relative to the walls of the housing, is equipped with a hollow lid and a grill, fixed on the open end of the tank and forming a cavity for collecting vapors of cryogenic liquid, as well as an additional cylinder located coaxially with a gap relative to the walls of the housing screw fins, the ends of which are adjacent to the cylindrical wall with the formation of a helical channel for the vapor of cryogenic liquid, muffled from the bottom of the housing and communicated through the grill with a cavity of the cover.

Технический результат в части снабжения вымораживающей ловушки полой крышкой и решеткой, закрепленными на открытом торце емкости с образованием полости для сбора паров, и расположения дополнительного цилиндра с винтовым оребрением, образующим винтовой канал для сбора паров криогенной жидкости из его нижней части, а также взаимная конструктивная связь всех элементов, входящих в состав ловушки, обеспечивает повышение эффективности охлаждения за счет использования холода отходящих паров криогенной жидкости, что подтверждается испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical result in terms of supplying the freezing trap with a hollow lid and a grill mounted on the open end of the tank with the formation of a cavity for collecting vapors, and the location of an additional cylinder with screw fins forming a helical channel for collecting vapors of cryogenic liquid from its lower part, as well as mutual structural relationship of all elements included in the trap, provides an increase in cooling efficiency through the use of cold exhaust fumes of cryogenic liquid, which is confirmed by tested s prototypes made using the proposed technical solution.

Суть изобретения поясняется фигурами 1 и 2 (выносной элемент I). The essence of the invention is illustrated by figures 1 and 2 (remote element I).

Предлагаемая вымораживающая ловушка состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса 1 с соосно размещенной внутри емкостью 2, заполненной криогенной жидкостью, с винтовым оребрением 3 на внешней поверхности 4, к торцам 5 которого примыкает цилиндрическая стенка 6, установленная с зазором 7 относительно стенок 8 корпуса 1 с образованием канала 9 для прохода паров масла. Ловушка снабжена полой крышкой 10 и решеткой 11, закрепленными на открытом торце 12 емкости 2 и образующими полость 13 для сбора паров жидкости, и расположенным коаксиально с зазором 14 относительно стенок 8 корпуса 1 дополнительным цилиндром 15 с винтовым оребрением 16, торцы 17 которого примыкают к цилиндрической стенке 6 с образованием винтового канала 18 для отвода паров криогенной жидкости из его нижней части 19, заглушенного со стороны дна 20 корпуса 1 и сообщенного через решетку 11 с полостью 13 крышки 10. Вымораживающую ловушку посредством трубопровода 21 подстыковывают к вакуумируемому объему 22, например, к теплоизоляционной полости криогенной емкости 23, содержащей внутреннюю емкость 24, заправляемую криогенной жидкостью, например жидким азотом. Для постоянной подпитки ловушки криогенной жидкостью емкость 23 снабжена змеевиком-ожижителем 25, включенным в магистраль циркуляции паров криогенного азота 26 с побудителем циркуляции 27, например газодувкой. Посредством трубопровода 28 вымораживающую ловушку подстыковывают к вакуумному насосу 29, например к механическому вакуумному насосу. The proposed freezing trap consists of the following main assemblies and parts: housing 1 with a coaxially placed inside capacity 2 filled with cryogenic liquid, with screw fins 3 on the outer surface 4, to the ends 5 of which there is a cylindrical wall 6 mounted with a gap 7 relative to the walls 8 of the housing 1 with the formation of the channel 9 for the passage of oil vapor. The trap is equipped with a hollow cover 10 and a grill 11 mounted on the open end 12 of the tank 2 and forming a cavity 13 for collecting liquid vapor, and located coaxially with a gap 14 relative to the walls 8 of the housing 1 by an additional cylinder 15 with screw fins 16, the ends 17 of which are adjacent to the cylindrical wall 6 with the formation of a helical channel 18 for the removal of cryogenic liquid vapor from its lower part 19, muffled from the bottom 20 of the housing 1 and communicated through the grill 11 with the cavity 13 of the cover 10. Freezing trap by means of piping the gadfly 21 is connected to the evacuated volume 22, for example, to the heat-insulating cavity of the cryogenic tank 23, containing an internal tank 24, filled with a cryogenic liquid, for example liquid nitrogen. For constant feeding of the trap with cryogenic liquid, the tank 23 is equipped with a fluidizing coil 25 included in the cryogenic nitrogen vapor circulation line 26 with a circulation inducer 27, for example, gas blower. Through the pipe 28, the freezing trap is docked to the vacuum pump 29, for example, to a mechanical vacuum pump.

Вымораживающая ловушка предназначена для улавливания (вымораживания) обратного потока паров масла от вакуумного насоса 29 к вакуумируемому объему 22 и работает следующим образом. Обратный поток паров масла от вакуумного насоса 29 через трубопровод 28 попадает в зазор 14, где соприкасаясь с наружной поверхностью дополнительного цилиндра 15, охлаждаемого отходящими парами криогенной жидкости, частично оседает на поверхности цилиндра 15 и поступает в канал 9, где несконденсировавшиеся при температуре цилиндра 15 пары масла, соприкасаясь с поверхностью 4 емкости 2 и оребрением 3, имеющими температуру жидкого азота (минус 196^oС), вымораживаются на наружной поверхности 4 емкости 2 и поверхности винтового оребрения 3. Накопившееся масло из ловушки удаляют путем отогрева, прокачкой горячего воздуха, при этом разогретое и разжиженное масло стекает в донную часть 20 корпуса 1, откуда открытием вентиля 30 удаляется.The freezing trap is designed to capture (freeze) the reverse flow of oil vapor from the vacuum pump 29 to the evacuated volume 22 and works as follows. The return flow of oil vapor from the vacuum pump 29 through the pipe 28 enters the gap 14, where, in contact with the outer surface of the additional cylinder 15, cooled by the exhaust vapor of the cryogenic liquid, partially settles on the surface of the cylinder 15 and enters the channel 9, where the vapors are not condensed at a cylinder temperature of 15 oil in contact with the surface 4 of the container 2 and the fins 3 having a temperature of liquid nitrogen (minus 196 ^o C) are frozen out on the outer surface 4 of the container 2 and the surface of the screw fin 3. accumulate I oil trap is removed by warming, pumping hot air, heated up and thus the thin oil flows into the bottom portion 20 of the housing 1, where the valve opening 30 is removed.

Система охлаждения вымораживающей ловушки работает следующим образом. Криогенная жидкость, например жидкий азот, испаряясь за счет теплопритоков извне, из емкости 2 через открытый торец 12 поступает в полость 13 крышки 10 и через решетку 11 попадает в винтовой канал 18, где отходящий парообразный азот, имеющий достаточно низкую температуру, обеспечивает кольцевую теплозащиту и съем теплопритоков, поступающих извне через корпус 1 из нижней части 19 винтового канала 18 пары азота поступают в магистраль циркуляции паров жидкого азота 26 и, конденсируясь в змеевике-ожижителе 25, в виде жидкой фазы азота подается в емкость 2. Циркуляция отходящих паров азота осуществляется посредством побудителя циркуляции 27, установленного на газовом участке магистрали 26 перед входом в змеевик-ожижитель 25, охлаждаемый криогенной жидкостью, залитой в емкость 23. The cooling system of the freezing trap works as follows. Cryogenic liquid, such as liquid nitrogen, evaporates from outside from the tank 2, through the open end 12, enters the cavity 13 of the lid 10 and through the grill 11 enters the screw channel 18, where the exhaust vaporous nitrogen, having a sufficiently low temperature, provides ring heat protection and removal of heat influx coming from the outside through the housing 1 from the lower part 19 of the screw channel 18, the nitrogen vapor enters the circulation line of the liquid nitrogen vapor 26 and, condensing in the fluidizing coil 25, is fed into the tank as a liquid phase of nitrogen 2. The circulation of the exhaust nitrogen vapor is carried out by means of a circulation activator 27 installed on the gas section of the line 26 in front of the entrance to the fluidizing coil 25, cooled by a cryogenic liquid filled into the tank 23.

Таким образом, организация циркуляции отходящих паров азота по замкнутому контуру обеспечивает съем теплопритоков, поступающих к емкости 2 извне, увеличивает срок работы ловушки (не требуется дозаправка емкости 2) и повышает эффективность охлаждения, что выполняет поставленную задачу. Thus, the organization of the circulation of exhaust nitrogen vapors in a closed loop ensures the removal of heat influx entering the tank 2 from the outside, increases the life of the trap (refueling of the tank 2 is not required) and increases the cooling efficiency, which fulfills the task.

Claims

A freezing trap comprising a housing coaxially placed inside a container filled with cryogenic liquid, with screw fins on the outer surface, a cylindrical wall adjacent to the ends of the fins with the formation of a channel and installed with a gap relative to the walls of the housing, characterized in that it is provided with a hollow lid and a grill mounted on the open end of the tank and forming a cavity for collecting vapors of cryogenic liquid, and located coaxially with a gap relative to the walls of the housing by an additional cylinder rum with helical finning, the ends of which adjoin the cylindrical wall with the formation of a helical channel for cryogenic liquid vapor, muffled from the bottom of the casing and communicated through a grating with a lid cavity.