ЛОВУШКА Российский патент 1996 года по МПК B01D8/00 

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано при изготовлении, например, вакуумных установок.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ловушка (ловушка Альперта) со спиральным гофрированным элементом (медной фольгой) [1]
Эта ловушка сочетает в себе относительно высокую проводимость с большой площадью внутренней поверхности и, следовательно, с большой эффективностью из-за частых столкновений молекул со стенками.

Однако, хотя эффективность такой ловушки и высока, но проводимость ее (пропускная способность) все же меньше, чем у такой же ловушки, но без фольги.

Кроме того, при необходимости отключения ловушка, обладая большой инерционностью, долго оттаивает (нагревается до комнатной температуры), что приводит к удлинению технологического процесса и уменьшению производительности труда.

Еще одним недостатком ловушки является то, что в процессе оттаивания в ней скапливаются некоторые фракции масел (например, от масляных насосов), что приводит к загрязнению и выходу из строя ловушки, так как грязная ловушка не позволяет получать необходимый вакуум. Это приводит к необходимости частой замены ловушки на новую, т.е. ее долговечность низкая.

Целью изобретения является повышение качества ловушки путем увеличения ее проводимости и долговечности, а также обеспечения возможности регулирования скорости оттаивания.

Цель достигается тем, что в известной ловушке, содержащей гофрированный спиральный элемент, последний выполнен в виде сетки, сплетенной из цельного куска константановой проволоки таким образом, что длина просвета ячейки сетки превышает диаметр проволоки не более чем в 2,1 раза, причем концы провода и ее средняя часть выходят наружу из ловушки в ее верхней части и вакуумно-плотно вварены в нее.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная ловушка отличается тем, что гофрированный спиральный элемент (фольга в прототипе) выполнены в виде сетки, т.е. имеет отверстия-просветы (в прототипе фольга была без отверстий). Причем сетка выполнена из константановой проволоки таким образом, что через свободные концы проволоки, из которой сплетена сетка, можно пропускать электрический ток и нагревать сетку.

Константановые провода в технике используются. Однако использование в ловушке именно сетки, выполненной специальным образом из константановой проволоки, приводит к повышению качества ловушки. Это говорит о соответствии решения критериям "Новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 показана предлагаемая ловушка, вид сбоку и сверху, соответственно; на фиг. 3 сетка; на фиг. 4 показана электрическая схема включения сетки.

Стеклянная ловушка 1 содержит сетку 2, выполненную из константановой проволоки. Два конца 3 и 4 проволоки, из которой сплетена сетка, а также ее средняя часть 5 выведены из ловушки наружу и образуют с ловушкой вакуумный спай (см. фиг. 4 и 3).

На фиг. 3 толщина проволоки, из которой сплетена сетка, равна d, длина отверстия (просвета) ячейки равна h.

Наличие в ловушке вместо сплошной фольги (как в прототипе) сетки приводит к увеличению проводимости ловушки. Но при этом наличие отверстий (в вакуумном смысле сетка это, в принципе, фольга с отверстиями) не должно негативно сказываться на эффективности ловушки в целом. Поэтому уменьшение из-за наличия отверстий (просветов) площади поверхности гофрированного спирального элемента должно компенсироваться площадью боковой поверхности одного отверстия (просвета одной ячейки сетки).

Таким образом, как видно из фиг. 3,
2(h+d) ·πd 2 (h+d)² или h + dπd, отсюда h (π- 1) d≈(3,14-1)d, т.е. h≈2,14 d.

Таким образом, для сетки с квадратными ячейками, сплетенной из проволоки круглого сечения, длина просвета ячейки может быть больше диаметра проволоки не более, чем в 2,14 раза. Ячейки (просвет) могут иметь и больший размер, но тогда эффективность ловушки упадет по отношению к прототипу.

Для изготовления предлагаемой ловушки может быть использована сетка, сделанная из проволоки диаметром, например 0,5 мм, с размером просвета, например 1 мм.

Изготовление сетки из константана позволяет пропускать по ней электрический ток таким образом, что электроны, войдя в один конец составляющего сетку провода, выходят из другого его конца, не закорачиваясь в узлах сетки (т. е. в местах соприкосновения горизонтально идущих проволок с вертикальными). Это происходит благодаря уникальному свойству константана образовывать на поверхности очень стойкую оксидную пленку, являющуюся хорошим диэлектриком. Эта пленка сохраняет свои свойства до 500^оС и образуется непосредственно в процессе изготовления константановых проводов (на заводе). Кроме того, константан обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, что позволяет использовать его в качестве нагревательного элемента.

Сетка должна сплетаться из одного куска провода. В случае, если такая возможностью отсутствует, ее можно сплести и из двух кусков провода или даже из большого числа проводов. Но в последнем концы отдельных проводов должны быть соединены между собой (например, методом контактной, точечной сварки) так, чтобы с электротехнической точки зрения получился один сплошной провод, сплетенный в сетку (на фиг. 3 приведен именно этот случай). На фиг. 3 места соединения отдельных проводов обозначены точками. Сетка должна иметь три отдельных вывода 3-5, причем последний вывод взят из центра составляющего сетку провода. Выводы на фигурах обозначены теми же цифрами.

Ловушка может быть изготовлена следующим образом. Вначале на заготовку, т.е. стеклянную трубку, наматывают сетку (в прототипе сплошную фольгу) в виде спирали. Сетку, как и в прототипе, можно гофрировать. Концы проводов спирали должны быть заранее соединены с, например, молибденовыми проводами, для вакуумного вваривания в стекло (ловушки обычно изготовляют из молибденового стекла). После этого ловушку изготавливают целиком (см.фиг.1).

Ловушка работает следующим образом. Два вывода 6 и 7 ловушки соединяют с вакуумной системой (фиг.1). После включения вакуумного насоса цилиндрическую (нижнюю часть, на фиг. 1 обозначена цифрой 1) погружают в жидкий хладагент. Хладагент может находиться в сосуде Дьюара.

После окончания работы для более быстрого оттаивания ловушки по сетке пропускают ток. Для этого подключают (фиг.4) сетку через двойной выключатель к источнику тока. Выключатель в положении "1" и ток идет от точки 4 сетки через точку 5 к точке 3 (фиг. 3 и 4). В этом случае общее электрическое сопротивление максимальное и мощность, выделяемая в сетке, минимальная. Происходит оттаивание (размораживание) сетки и ловушки (нельзя сразу включать сетку в максимальный режим, так как выделение большой мощности может привести к потрескиванию ловушки). После того как ловушка разморозилась (об этом можно узнать по характерному исчезновению инея) сетка включается на более мощный режим. Для этого пропускают ток лишь по одной половине сетки (выключатель в положении "2"). В этом режиме происходит нагрев сетки и ловушки до температур, превышающих комнатную на 100-200^оС, и испарение прилипших к сетке и стенкам ловушки легко испаряемых веществ. Затем включают сетку на максимальную мощность (выключатель в положении "3"). В этом режиме две половины сетки включены как бы параллельно и выделяемая мощность максимальна. Температура может быть повышена до 450^оС. При таких температурах происходит полная очистка ловушки от даже трудноиспаряющихся фракций масел и после охлаждения ловушка способна дать предельный вакуум. Обычные ловушки из-за того, что не обладают возможностью очищаться, быстро выходят из строя. В результате этого их приходится часто менять, т.е. у них низкая долговечность. Кроме того, подобные работы связаны с привлечением стеклодувов, что экономически не выгодно.

Предлагаемая ловушка имеет следующие преимущества: имеет большую по сравнению с прототипом проводимость, т.е. позволяет быстрее достичь нужного вакуума, т. е. растет производительность труда; ее инертность мала, т.е. за одно и то же время она может большее число раз разморозиться и быть готовой к действию.

Предлагаемая ловушка имеет большую по сравнению с прототипом долговечность, так как имеет возможность из-за нагревов (причем этот процесс можно автоматизировать) очищаться.

Сущность изобретения: ловушка включает в себя гофрированный спиральный элемент. Ловушка отличается тем, что элемент выполнен в виде сетки, сплетенной из цельного куска константановой проволоки таким образом, что длина просветов ячеек сетки превышает диаметр проволоки не более, чем в 2,1 раза, причем концы провода и ее средняя часть выходят наружу из ловушки в ее верхней части и вакуумно-плотно вварены в нее. 4 ил.

ЛОВУШКА, содержащая корпус и размещенный в ней гофрированный металлический спиральный элемент, отличающаяся тем, что элемент выполнен в виде сетки, сплетенной из цельного куска константановой проволоки, при этом длина ячеек сетки превышает диаметр проволоки не более чем в 2,1 раза и концы проволоки и ее средняя часть имеют ваккумно-плотно вваренные в нее провода, выведенные наружу из ловушки в верхней части корпуса для подключения к источнику электрического тока.