SU972159A1 - Способ получени вакуума - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАКУУМА

1

Изобретение относитс  к вакуумной технике , а именно к способам получени  чистого безмасл ного вакуума с помощью криогенных средств откачки.

Известен способ получени  вакуума путем конденсации откачиваемого газа на поверхности, охлаждаемой жидким азотом в прочном режиме, причем температуру жидкого азота понижают за счет откачки его паров механическим вакуумным насосом 1.

К недостаткам известного способа следует отнести низкий предельный вакуум (100 Торр при откачке азота и 50 Торр при откачке воздуха) из-за невозможности использовани  в известном способе твердого азота. Это объ сн етс  тем, что подача криоагента в трубчатый змеевик (охлаждаемую поверхность) осуществл ют из внещнего источника (сосуда Дьюара) по соедин ющему их трубопроводу. При уменьшении давлени  в трубчатом змеевике ниже тройной точки криоагента (94 Торр дл  азота) последний замерзает в первую очередь в соедин ющем трубопроводе (переливалке ), что и преп тствует заполнению

внутренней полости трубчатого змеевика твердым азотом.

Известен также способ получени  вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и

5 отвода конденсата с охлаждаемой поверхности , осуществл емый с помощью устройства , в котором охлаждаема  поверхность выполнена в виде набора вертикальных заглушенных с нижней стороны трубок, объе ,0 диненных в верхней части коллектором и помещенных в резервуар с жидким азотом , который при откачке паров ниже 94 Торр переходит в твердую фазу. Такой способ позвол ет увеличить предельный вакуум от 100-50 Торр примерно до 10 Торр. Последнее обсто тельство очень важно, так как азотные конденсационные крионасосы имеют наименьшие энергозатраты по сравнению с другими форвакуумными крионасосами (неоновыми, водородными или гелиевыми) и повышение предельного вакуума с их помощью уменьшает расходы дорогосто щих низкотемпературных криоагентов.

К недостаткам известного способа следует отнести слишком большое врем  получени  предельного вакуума- (10 Торр),

которое обычно составл ет более 2 ч. При этом основное врем  (более ) расходуетс  при получении вакуума в интервале 100-10 Торр. Объ сн етс  это тем, что при реализации способа конденсаци  откачиваемого газа осуществл етс  непрерывно , начина  с момента завершени  заполнени  резервуара жидким азотом и начала откачки паров последнего механическим форвакуумным насосом до получени  предельного вакуума. Таким образом, охлаждаема  поверхность во врем  перевода жидкого азота в твердый подвержена сильному тепловому воздействию со стороны конденсируемого газа (102,3 кал/г откачиваемого воздуха). Это приводит к тому, что между охлаждаемой поверхностью и массой твердого криоагента образуетс  газова  прослойка и теплообмен охлаждаемой поверхности и твердого криоагента осуществл етс  только через эту газовую прослойку. В силу того, что количество подводимого к охлаждаемой поверхности конденсируемого газа в несколько раз превышает ту часть газа, котора  может быть сконденсирована в данный момент на охлаждаемой поверхности, любой локальный контакт твердого азота с охлаждаемой поверхностью быстро устран етс  за счет конденсации откачиваемого газа на обратной стороне соответствующей части охлаждаемой поверхности, сопровождающейс  сублимацией контактирующего с охлаждаемой поверхностью твердого азота. Таким образом , теплообмен охлаждаемой поверхности с твердым азотом осуществл етс  в основном за счет теплопроводности паров азота, заполн ющих пространство резервуара с твердым азотом. Как известно, теплопроводность газообразного азота при низких температурах очень мала и не превышает величины 7-1 аз Вт/м-К 2.

Цель изобретени  - сокращение времени получени  предельного вакуума.

Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и отвода конденсата в сливную емкость конденсацию газа ведут до достижени  криоагентом давлени  его тройной точки.

После отвода конденсата конденсацию прекращают и осуществл ют откачку паров криоагента до полного перехода его в твердую фазу, после чего возобновл ют конденсацию газа, а по достижении откачиваемым криогентом давлени  его тройной точки и отвода конденсата осуществл ют герметизацию сливной емкости.

На чертеже изображено устройство дл  реализации предлагаемого способа.

Реципиент 1 с помощью вакуумпровода 2 с клапаном 3 соединен с крионасосом. Откачивающий элемент крионасоса представл ет собой набор трубок 4, объединенных в нижней и верхней своих част х коллектором 5 и сборником 6 жидкого конденсата. Нижний конец 7 вакуумпровода 2 соединен с коллектором 5. Откачивающий элемент

крионасоса размещен внутри сосуда 8 с криоагентом (жидким, а затем твердым азотом ), снабженным патрубками 9 и 10. Ниже (по высоте) сосуда 8 размещен герметичный резервуар 11, соединенный со сборНИКОМ 6 жидкого конденсата трубопроводом 12 с криогенным вентилем 13.

Способ осуществл етс  следующим образом .

После вакуумировани  полости корпуса

крионасоса с помощью любого дополнительного откачивающего устройства (не показано ) из внешнего источника криоагента - сосуда Дьюара (не показан) подают жидкий азот в сосуд 8.

Заполнение сосуда 8 жидким азотом сопровождаетс  частичной конденсацией кислорода на внутренней поверхности трубок 4 (при откачке воздуха) и охлаждением жидким кислородом резервуара 11. После заполнени  сосуда 8 жидким азотом патрубок 10 подсоедин ют к откачивающему пары азота устройству, например механическому вакуумному насосу (не показан). При этом за счет откачки паров азота температура криоагента в сосуде 8 понижаетс , что приводит к конденсации основных компонентов воздуха (азота и кислорода) на внутренней поверхности трубок 4. Жидкий конденсат при этом стекает по стенкам трубок 4 в сборник 6 жидкого конденсата и далее по трубопроводу 12 (при открытом криогенном вентиле 13) в резурруар 11,

где и накапливаетс . Конденсацию газа ведут до достижени  в сосуде 8 давлени  тройной точки используемого криоагента (дл  азота - 94 Торр). По достижении в сосуде 8 давлени  94 Торр конденсацию газа

д на внутренней поверхности трубок 4 прекращают , (закрыв клапан 3 на вакуумпроводе 2, соедин ющем крионасос с реципиентом 1, при этом резервуар 11 с жидким конденсатом также отсоедин ют от сборника 6, закрыв криогенный вентиль 13. Поскольку

5 откачка паров азота из сосуда 8 при этом продолжаетс , то криоагент в сосуде 8 претерпевает фазовый переход (переходит из жидкой фазы в твердую). При этом отсутствуют теплоподводы к охлаждаемой поверхности - набору трубок 4 вместе с коллектором 5 и сборником 6, что позвол ет получить хороший тепловой контакт образующегос  твердого азота с наружными поверхност ми трубок 4, коллектора 5 и сборника 6.

5 По завершении затвердевани  азота в сосуде 8, открыв клапан 3, возобновл ют конденсацию газа на внутренней поверхности трубок 4 и продолжают ее до получени  предельного вакуума в реципиенте 1.

Таким образом, дл  получени  предельного вакуума по предлагаемому способу требуетс  меньше времени благодар  тому, что значительно улучшен теплообмен системы охлаждаема  поверхность (набор трубок 4, коллектор 5 и сборник 6) - твердый азот в сосуде 8, устранено отрицательное вли ние основной массы сконденсированного газа (около 87%), накопленной в резервуаре 11, за счет герметичного отделени  последнего от откачиваюшего элемента с помощью вентил  13.

Claims (2)

1. Способ получени  вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и отвода конденсата , отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени получени  предельного вакуума, конденсацию газа ведут до достижени  криоагентом давлени  его тройной точки, после отвода конденсата конденсацию прекращают и осуществл ют откачку паров криоагента до полного перехода его в твердую фазу, после чего возобновл ют конденсацию газа.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что по достижении откачиваемым криоагентом давлени  его тройной точки и отвода конденсата осуществл ют герметизацию сливной емкости.

Источники информации,

прин тые во внимание при экспертизе

1.Кобзев П. М. Исследование конденсационной откачки азота и воздуха в

интервале 760 тор-тройна  точка. - «Промышленна  теплоэнергетика, 1970, № 1, с. 250.

2.Авторское свидетельство СССР № 691600, кл. F 04 В 37/08, 1977.