Способ получения вакуума

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик972159Опубликовано 07.1 .82. Бюллетень41Дата опубликования описания 17.11.82 ло делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАКУУМА 1Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к способам получения чистого безмасляного вакуума с помощью криогенных средств откачки.Известен способ получения вакуума путем конденсации откачиваем ого 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 использования в известном способе твердого азота. Это объясняется тем, что подача криоагента в трубчатый змеевик (охлаждаемую поверхность) осуществляют из внешнего источника (сосуда Дьюара) по соединяющему их трубопроводу. При уменьшении давления в трубчатом змеевике ниже тройной точки криоагента (94 Торр для азота) последний замерзает в первую очередь в соединяющем трубопроводе (переливалке), что и препятствует заполнению 2внутренней полости трубчатого змеевика твердым азотом.Известен также способ получения вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и отвода конденсата с охлаждаемой поверхности, осуществляемый с помощью устройства, в котором охлаждаемая поверхность выполнена в виде набора вертикальных заглушенных с нижней стороны трубок, объединенных в верхней части коллектором и помещенных в резервуар с жидким азотом, который при откачке паров ниже 94 Торр переходит в твердую фазу. Такой способ позволяет увеличить предельный вакуум от 100 - 50 Торр примерно до 10 Торр. Пос леднее обстоятельство очень важно, так каказотные конденсационные крионасосы имеют наименьшие энергозатраты по сравнению с другими форвакуумными крионасосами (неоновыми, водородными или гелиевыми) и повышение предельного вакуума с их помощью уменьшает расходы дорогостоящих низкотемпературных криоагентов.К недостаткам известного способа следует отнести слишком большое время получения предельного вакуума (1 О Торр), 9721594 о 45 50 55 которое обычно составляет более 2 ч. При этом основное время (более 83/О) расходуется при получении вакуума в интервале 100 вТорр, Объясняется это тем, что при реализации способа конденсация откачиваемого газа осуществляется непрерывно, начиная с момента завершения заполнения резервуара жидким азотом и начала откачки паров последнего механическим форвакуумным насосом до получения предельного вакуума. Таким образом, охлаждаемая поверхность во время 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 образуется газовая прослойка и теплообмен охлаждаемой поверхности и твердого криоагента осуществляется только через эту газовую прослойку. В силу того, что количество подводимого к охлаждаемой поверхности конденсируемого газа в несколько раз превышает ту часть газа, которая может быть сконденсирована в данный момент на охлаждаемой поверхности, любой локальный контакт твердого азота с охлаждаемой поверхностью быстро устраняется за счет конденсации откачиваемого газа на обратной стороне соответствующей части охлаждаемой поверхности, сопровождающейся сублимацией контактирующего с охлаждаемой поверхностью твердого азота. Таким образом, теплообмен охлаждаемой поверхности с твердым азотом осуществляется в основном за счет теплопроводности паров азота, заполняющих пространство резервуара с твердым азотом, Как известно, теплопроводность газообразного азота при низких температурах очень мала и не превышает величины 7 10 Вт/м КР,1 Цель изобретения - сокращение времени получения предельного вакуума.Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и отвода конденсата в сливную емкость конденсацию газа ведут до достижения криоагентом давления его тройной точки.После отвода конденсата конденсацию прекращают и осушествляют откачку паров криоагента до полного перехода его в твердую фазу, после чего возобновляют конденсацию газа, а по достижении откачиваемым криогентом давления его тройной точки и отвода конденсата осуществляют герметизацию сливной емкости,На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа.Реципиент 1 с помощью вакуумпровода 2 с клапаном 3 соединен с крионасосом. Откачивающий элемент крионасоса представ 5 1 О 15 го 25 зо З 5 ляет собой набор трубок 4, объединенных в нижней и верхней своих частях 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 осуществляется следующим образом.После вакуумирования 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 сопровождается частичной конденсацией кислорода на внутренней поверхности трубок 4 (при откачке воздуха) и охлаждением жидким кислородом резервуара 11. После заполнения сосуда 8 жидким азотом патрубок 10 подсоединяют к откачивающему пары азота устройству, например механическому вакуумному насосу (не показан). При этом за счет откачки паров азота температура криоагента в сосуде 8 понижается, 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 накапливается, Конденсацию газа ведут до достижения в сосуде 8 давления тройной точки используемого криоагента (для азота - 94 Торр). По достижении в сосуде 8 давления 94 Торр конденсацию газа на внутренней поверхности трубок 4 прекращают, (закрыв клапан 3 на вакуумпроводе 2, соединяющем крионасос с реципиентом 1, при этом резервуар 11 с жидким конденсатом также отсоединяют от сборника 6, закрыв криогенный вентиль 13. Поскольку откачка паров азота из сосуда 8 при этом продолжается, 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 позволяет получить хороший тепловой контакт образующегося твердого азота с наружными поверхностями трубок 4, коллектора 5 и сборника 6.По завершении затвердевания азота в сосуде 8, открыв клапан 3, возобновляют конденсацию газа на внутренней поверхности трубок 4 и продолжают ее до получения предельного вакуума в реципиенте 1.972159 формула изобретения Составитель О. Тишина Редактор Л. Торинец Техред И. Верес Корректор О. Билак Заказ 7665/23 Тираж 678 Поди исное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Таким образом, для получения предельного вакуума по предлагаемому способу требуется меньше времени благодаря тому, что значительно улучшен теплообмен системы охлаждаемая поверхность (набор трубок 4, коллектор 5 и сборник 6) - твердый азот в сосуде 8, устранено отрицательное влияние основной массы сконденсированного газа (около 87 о/о), накопленной в резервуаре 11, за счет герметичного отделения последнего от откачивающего элемента с помощью вентиля 13,1. Способ получения вакуума путем конденсации откачиваемого газа на охлаждаемой криоагентом поверхности и отвода конденсата, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени получения предельного вакуума, конденсацию газа ведут до достижения криоагентом давления его тройнойточки, после отвода конденсата конденсацию прекращают и осуществляют откачкупаров криоагента до полного перехода егов твердую фазу, после чего возобновляютконденсацию газа.2. Способ по п. 1, отличающийся тем,что по достижении откачиваемым криоагентом давления его тройной точки и отводаконденсата осуществляют герметизациюсливной емкости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кобзев П. М. Исследование конденсационной откачки азота и воздуха в15 интервале 760 тор-тройная точка. - Промышленная теплоэнергетика, 1970,1,с. 250.2. Авторское свидетельство СССР691600, кл. Г 04 В 37/08, 1977.