SU1271190A1 - Способ охлаждени криогенного объекта - Google Patents

Description

(21)3836720/23-06

(22)04.01.85

(46) 23.02.88. Бкш. № 7

(72) Ю.В.ХолоДа В.В.Нестеренко,

В.П,Смазной и М.Ф.Толмачев

(53) 621.57(088.8)

(56) Минайчев В.Е, Вакуумные крионасосы , М.: Энерги , 1976, с. 96

(рис. 2-29).

Авторское свидетельство СССР № 623989, кл. F 04 В 37/08, 1977.

(54)(57) 1. СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КРИОГЕННОГО ОБЪЕКТА, выполненного в виде заключенного в герметичньй кожух сосуда с трубопроводом и навитым на сосуд змеевиком, один конец которого выведен наружу кожуха, а другой введен в полость сосуда, путем последовательного охлаждени  объекта высококип щим криоагентом, подаваемым

через змеевик, и низкокип щим крноагентом , вводимым непосредственно в полость сосуда, отличающийс   тем, что, с целью повышени  экономичности , пары высококип щего криоагента из змеевика отвод т через оба его конца, из полости сосуда - через трубопровод, а отвод паров низкокип щего криоагента из полости сосуда осуществл ют через змеевик.

2.Способ по п.4, отличающийс  тем, что при охлаждении высококип щим криоагентом подачу его уменьшают при по влении выбросов жидкой фазы через выведенньй наружу конец змеевика и увеличивают при их исчезновении.

3.Способ по п.2, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что выбросы жидкой фазы высококип щего криоагента собирают и.; возвращают в змеевик. 12 Изобретение относитс  к криогенной технике, а именно к способам охтехнике . лаждени  криогенных объектов. Цель изобретени  - повьшение экономичности . На чертеже схематически показано устройство, соуществл ющее предлагаемый способ (криогенньш конденсационный вакуумный насос). Криогенньш объект состоит из сосуда 1, снабженного трубопроводом 2, и змеевика 3, закрепленного с тепловым контактом на боковой поверхности 4 сосуда 1, В зоне днища сосуда 1 размещен поддон 5 дл  сбора жидкого конденсата, откачиваемого из редипиента (на чертеже не показан) газа, образующегос  при конденсадии послед него в жидкую фазу (в интервале давлений атмосфера - тройна  точка откачиваемого газа). Сосуд 1, змеевик 3 и поддон 5 помещены внутри охлаждаемого основного радиационного экрана 6, прикрепленного к резервуару 7 дл  )зысококип щего криоагента (жидкого азота). Экран 6 размещен внутри герметичного кожуха 8, снабженного съем ным фланцем 9. Трубопровод 2 выведен наружу кожуха 8, снабжен съемным сифоном 10 с вентилем 11 дл  отвода паров высококип щего криоагента азота в атмосферу и подачи жидкого низкокип щего криоагента - гели . Один конец 12 змеевика 3 герметично выведен наружу кожуха 8 через фланец 9 и снабжен патрубком 13 с вентилем 14 и установленной въте места подсоединени  патрубка 13 к концу 12 съемной заглушкой 15 с уплотнителем 16. Другой конец 17 змеевика 3 герме тично введен в полость сосуда 1 и размещен в зоне его крышки 18. Резервуар 7 снабжен трубопровода ми 19 и 20 дл  залива высококип щего криоагента (азота) и отвода его паро соответственно. Дл  подвода откачиваемого газа предусмотрен патрубок 21 с клапаном 22, своим нижним концом 23 герметично подсоединенный к крышке 24 основного экрана 6. Дл  из мерени  давлени  в полости основного экрана 6 и соединенной с ней полости патрубка 21 предусмотрен вакуумметрический датчик - стрелочный моновакуумметр 25. Дл  защиты сосуда 1 от комнатного теплового излучени  (через патрубок 21)предусмотрен дополнительный радиационньй экран 26, сое иненный на тепловой контакт с крышкой 24 основного экрана 6 патрубками 27 и 28, выполненными из высокотепопровод щего материала, например меди . Дл  откачки вакуумной рубашки 29 (полости между герметичными основным экраном 6 и кожухом 8) предусмотрен патрубок 30 с клапаном 31. Дл  определени  охранного вакуума в полости вакуумной рубашки 29 (при охлаждении криогенного объекта и на стадии его работы) на днище 32 резервуара 7 размещен сорбент 33 (активированный уголь). Объект дополнительно имеет съемньш трубопровод 34 с вентилем 35 и воронку 36. Предлагаемый способ охлаждени  криогенного объекта реализуетс  с ледующим образом, С помощью механического форвакуумного насоса (на чертеже не показан) вакуумную рубашку 29 через патрубок 30при открытом клапане 31 откачивают от 760 до 10 торр или ниже. После этого закрывают клапаны 22 и 31 и из внешнего сосуда Дьюара (на чертеже не показан) через трубопровод 19 заполн ют резервуар 7 высококип щим криоагентом (жидким азотом). Эта операци  дл  реализации предлагаемого способа не об зательна, но весьма целесообразна с точки зрени  повьщ1ени  и длительного поддержани  охранного вакуума в вакуумной рубашке 29 (путем сорбции остаточного газа в ней охлажденным сорбентом 33), Затем закрывают криогенный вентиль 14, подсоединенньм к газгольдерной линии (на чертеже не изображена) дл  низкокип щего криоагента (гели ), открывают вентиль 11 на сифоне 10, соединив с помощью последнего полость сосуда 1 с атмосферой , и удал ют из резинового уплотнител  16 заглушку 15. Затем из внешнего сосуда Дьюара через съемный допол нительньй трубопровод 34 с регулируемым криогенным вентилем 35 подают высококип щий криоагент (азот) во внутреннюю полость змеевика 3. Проход  сначала по теплому змеевику 3 сверху вниз (под действием силы т жести ) жидкий азот испар етс  в нем уже в верхних его витках (за счет теплообмена с внутренними стенками змеевика 3), что приводит к охлаждению как последнего, так и сосуда 1, соединенного со змеевиком 3 на тепловой контакт, а также поддона 5. 3 При этом образовавшиес  пары высоко кип щего криоагента в основном отвод тс  наружу кожуха через межстенное пространство между трубопроводом 34 и концом 12 змеевика 3, а также частично через другой конец 17 сначала во внутреннюю полость сосуда 1 а из нее через трубопровод 2 и съемный сифон 10 с вентилем 11 в атмосферу . Если проводимость сифона 10 (в основном предназначенного дл  подачи в дальнейшем в сосуд 1 низкокип щего криоагента - гели ) недоста точна дл  отвода паров высококип щего криоагента, то на врем  охлаждени  криогенного объекта высококип щим криоагентом сифон 10 можно удалить из внутренней полости трубопровода 2, а пары азота отводить из сосуда 1 только через трубопровод 2, Во врем  подачи высококип щего криоагента во внутреннюю полость зме евика 3, особенно в начале охлаждени  криогенного объекта (змеевика 3 и сосуда 1), может наблюдатьс  интенсивный выброс в атмосферу жидкой фазы высококип щего криоагента через конец 12 змеевика 3, что приводит к снижению экономичности способа из-за непроизводительных потерь высококип щего криоагента. Дл  устранени  ил ослаблени  этого  влени  количество подаваемого (по съемному трубопровод 34) жидкого высококип щего криоаген/ та (азота) в процессе охлаждени  кри огенного объекта измен ют таким образом , чтобы избежать интенсивных выбросов жидкости. Однако с точки зрени  повышени  скорости охлаждени  криогенного объекта высококип щим криоагентом последний целесообразно подавать в максимально допустимом ко . личестве. Объективным и легко контро лируемым критерием допустимого количества высококип щего криоагента может служить граница, начина  с которой либо по вл ютс  незначительные выбросы при медленном увеличении (с помощью вентил  35) количества подаваемого криоагента, либо выбросы исчезают при медленном уменьшении последнего . Дл  дальнейшего повышени  экономичности способа (за счет увеличенно го темпа подачи высококип щего криоагента и предотвращени  потерь при этом за счет разбрызгивани  последнего ) перед его подачей высококип 90 щего криоагента к концу 12 змеевика 3 через уплотнитель 16 нужно герметично подсоединить съемную воронку 36, снабженн то теплоизол цией, например вакуумной рубашкой. Воронка 36 позволит собрать и возвратить под действием силы т жести (по межтрубному пространству между трубопроводом 34 и концом 12 змеевика 3) во внутреннюю полость змеевика 3 (до подачи в криогенный объект низкокип щего криоагента) выброшенную через конец 12 жидкую фазу высококип щего криоагента. При этом изменение подаваемого количества последнего можно производить ступенчато, а не посто нно , а сам процесс охлаждени  криогенного объекта высококип щим криоагентом максимально интенсифицировать . Процесс более интенсивной подачи высококип щего криоагента можно вести практически до момента заполнени  его жидкой фазой воронки 36 и повтор ть после каждого цикла опорожнени  последней. При этом за счет значительного превьшшни  сечени  верхнего среза воронки 36 над сечением конца 12 змеевика 3 (обычно в 100 и более раз) незначительные выбросы жидкой фазы из конца 12 змеевика 3 не привод т к ее разбрызгиванию за пределы воронки 36 Температура объекта контролируетс  косвенно путем измерени  равновесного давлени  паров высококип щего кртоагента с помощью мановакуумметра 25. После получени  в полости экрана 6 давлени , соответствующего допустимой средней температуре криогенного объекта, подачу высококип щего криоагента во внутреннюю полость змеевика 3 прекращают, после чего из конца 12 змеевика 3 удал ют съемный дополнительньп1 трубопровод с криогенным вентилем и воронку 36, а к уплотнителю 16 подсоедин ют средство откачки (на чертеже не показан). При закрытом вентиле 1t сифона tO, открыв клапан к средству откачки, вакуумируют внутренние полости криогенного объкта - сосуда 1 и змеевика Зо После чего закрьшают вентиль 11 и открывают вентиль 14, соединив внутренние полости криогенного объекта с газгольдерной линией дл  низкокип щего криоагента (гели ). После заполнени  криогенного объекта газгольдерным низкокип щим криоагентом (гелием)