Устройство для сбора и очистки ксенона из печи

 

Сущность изобретения: в печь, содержащую две последовательно соединенные трубопроводом низкотемпературные ловушки, первый трубопровод, подключенный к входу печи и входу первой ловушки, второй трубопровод, подключенный к выходу второй ловушки и источнику ксенона, вакуумный насос для откачки печи, два сосуда для хладагента, каждый из которых установлен соосно ловушкам с возможностью вертикального перемещения в сторону ловушек, введены перфорированные перегородки, размещенные в каждой ловушке, и дополнительный трубопровод, соединенный с вторым трубопроводом и вакуумным насосом. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для сбора и очистки ксенона в процессе изготовления горелок натриевых ламп высокого давления.

Известны устройства для очистки ксенона, содержащие объемы с окисью меди, активной медью, губчатым титаном и циалитами [1].

Эти устройства громоздки, адсорбенты требуют периодической регенерации и более приемлемы для очистки газов в больших объемах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для сбора и очистки ксенона из печи, содержащее две последовательно соединенные трубопроводом низкотемпературные ловушки, первый трубопровод, подключенный к входу печи и входу первой ловушки, второй трубопровод, подключенный к выходу второй ловушки и источнику ксенона, вакуумный насос для откачки печи, два сосуда для хладагента, каждый из которых установлен соосно ловушкам с возможностью вертикального перемещения в сторону ловушек [2].

Недостатками этого устройства является то, что конструкция ловушки с жидким азотом обеспечивает температуру минус 196^оС и поэтому одновременно с замораживанием ксенона (температура кипения минус 109^оС) конденсируется и кислород (температура кипения минус 183^оС), который остается затем в системе, все больше загрязняя ксенон.

Вторая ловушка, охлаждающей средой которой является сухой лед в ацетоне, постоянно должна быть в работе, т. е. постоянно связывать загрязняющие вещества. Со временем эффективность работы ее уменьшается, кроме того, ацетон обладает наркотическим действием, последовательно поражающим все отделы центральной нервной системы. Сбор ксенона из печи в замораживающую ловушку осуществляется только за счет его диффузии при наличии градиента концентрации, вызванного разностью температур в печи и ловушке, где ксенон превращается в твердое вещество. Поэтому процесс выморозки ксенона не мгновенный, требует некоторого времени (2-5 мин), кроме того, как показал опыт работы, некоторая часть ксенона остается в печи.

Целью изобретения является повышение степени сбора и очистки ксенона.

Цель достигается тем, что в устройстве для сбора и очистки ксенона из печи, содержащем две последовательно соединенные трубопроводом низкотемпературные ловушки, первый трубопровод, подключенный к входу печи и входу первой ловушки, второй трубопровод, подключенный к выходу второй ловушки и источнику ксенона, вакуумный насос для откачки печи, два сосуда для хладагента, каждый из которых установлен соосно ловушкам с возможностью вертикального перемещения в сторону ловушек, согласно предлагаемому изобретению введены перфорированные перегородки, размещенные в каждой ловушке, и дополнительный трубопровод, соединенный с вторым трубопроводом и вакуумным насосом.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием перфорированных перегородок, размещенных в каждой ловушке, и дополнительного трубопровода, соединенного с вторым трубопроводом и вакуумным насосом.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - изображена система установки, на примере которой показана работа устройства.

Устройство содержит две последовательно соединенные трубопроводом 1 низкотемпературные ловушки 2, 3 с перфорированными перегородками 4, размещенными в каждой ловушке, первый трубопровод 5, подключенный к входу печи 6 через вентиль 7 и входу первой ловушки 2, второй трубопровод 8, подключенный к выходу второй ловушки 3 и источнику ксенона 9 через вентиль 10 и вакуумный насос 11 для откачки печи 6, дополнительный трубопровод 12, соединенный с вторым трубопроводом 8 через вентиль 13 и вакуумным насосом 11, два сосуда 14, 15 для хладагента, каждый из которых установлен соосно ловушкам 2, 3 с возможностью вертикального перемещения в сторону ловушек. Наличие перегородок в конструкции ловушек обеспечивает увеличение площади охлаждаемой поверхности, повышая тем самым эффективность ловушек. Перегородки приварены к корпусам сосудов, чем обеспечивается равномерность распределения температур в ловушках. Толщина стенок сосудов и перегородок, количество и диаметр отверстий перегородок выбраны таким образом, что температура в ловушке 2 поддерживается на 10-20^оС ниже температуры кипения ксенона, а в ловушке 3 - на 10-20^оС выше при использовании одного хладагента. Это позволяет расширить диапазон загрязняющих веществ, отделяемых от ксенона в процессе его замораживания и последующего оттаивания. Кроме того, наличие перегородок в ловушке 2 обеспечивает сохранность ксенона, т. е. его полную задержку в ловушке. Особенно это существенно проявляется в момент достижения низкого давления в системах, когда длина свободного пробега молекул ксенона становится соизмеримой с размерами ловушки, так как прежде чем пройти путь между входом и выходом из ловушки, молекулы ксенона должны пройти через охлажденные перегородки, и вероятность конденсации молекул в ловушке при такой конструкции очень велика. В каждом металлическом сосуде могут быть установлены 2-4 перегородки.

С целью ускорения процесса выморозки ксенона и обеспечения наиболее полного выхода его из печи в момент сбора (осуществляемого после завершения герметизации горелок в печи) ловушка 3 имеет выход через вентиль 13 на вакуумный насос 11. Это обеспечивает дополнительную разность в концентрации ксенона, что вызывает дополнительное принудительное движение ксенона из печи в ловушку 2, ускоряя полную выморозку ксенона из печи.

Устройство работает следующим образом. К началу процесса наполнения печи ксеноном производят вакуумирование с последующим заполнением его ксеноном из источника 9 через вентили 10 и 7 до давления 3-5 атм, оба сосуда для хладагента 14, 15 заполняются жидким азотом, сосуд 14 перемещается вверх до погружения в него ловушки 3 и в этом положении остается все время последующей работы устройства.

Через вентиль 7 производят наполнение печи 6 ксеноном до давления 30-40 мм рт. ст. При достижении этого давления вентиль 7 закрывается. Сосуд с жидким азотом ловушки 2 перемещается вверх, погружая в себя металлический сосуд ловушки 2 с целью создания предпосылки для последующего вымораживания ксенона из печи. Температура в ловушке 2 поддерживается минус 120-130^оС. По истечении времени, достаточного для осуществления технологической операции в печи - дозирования ксенона в горелки и их герметизации - вентиль 7 открывается и оставшийся в печи ксенон поступает из печи в ловушку 2. Для ускорения процесса выморозки и обеспечения полного сбора ксенона из печи 6 открывается вентиль 13 вакуумной системы 11. После полного вымораживания ксенона из печи производится откачка остаточных газов и паров тех загрязняющих веществ, давление насыщенного пара которых при температуре минус 120^оС больше 1˙10^-4 мм рт. ст. (водород, кислород). После откачки загрязняющих ксенон веществ, при достижении вакуума порядка 1˙10^-4 мм рт. ст., вентили 13, 7 закрываются, ловушка 2 опускается и температура в ней поднимается до температуры окружающей среды и замерзший ксенон оттаивается. Те загрязняющие вещества, которые были выморожены из печи вместе с ксеноном и имеющие температуру кипения выше минус 90^оС (пары воды, углеводороды), конденсируются в ловушке 3, а ксенон готов к использованию для дозирования новой партии паяемых в печи горелок. По мере расходования ксенона для наполнения горелок устройство подпитывается новыми порциями ксенона из источника.

По окончании работы (смены) оба сосуда с хладагентом опускаются, освобождая ловушки, и устройство хорошо вакуумируется с целью удаления сконденсируемых веществ в ловушке.

Таким образом, перераспределение температур в ловушках позволяет значительно улучшить чистоту ксенона, что способствует увеличению многократности его использования. Подключение ловушки 2 к вакуумной системе 11 в момент сбора ксенона способствует значительному ускорению процесса и полной выморозке ксенона из печи.

Кроме того, отказ от использования ацетона в ловушке 3 и замена его жидким азотом позволяют улучшить условия работы обслуживающего персонала.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА И ОЧИСТКИ КСЕНОНА ИЗ ПЕЧИ, содержащее две низкотемпературные ловушки, последовательно соединенные общим трубопроводом, первый трубопровод, подключенный к входу печи и входу первой ловушки, второй трубопровод, подключенный к выходу второй ловушки и источнику ксенона, вакуумный насос для откачки печи, два сосуда для хладагента, каждый из которых установлен соосно ловушкам с возможностью вертикального перемещения в сторону ловушек, отличающееся тем, что, с целью повышения степени сбора и очистки ксенона, введены перфорированные перегородки, размещенные в каждой ловушке, и дополнительный трубопровод, соединенный с вторым трубопроводом и вакуумным насосом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3