一种液氮超低温偏心冷井的制作方法

1.本发明涉及抽真空技术领域，特别是涉及一种液氮超低温偏心冷井。


背景技术：

2.冷井是提升抽真空效率的有效手段，而采用液氮作为冷却介质的超低温冷井，对抽真空的效率的提升更为明显。目前，超低温冷井主要包括同轴设置的内腔体和外腔体，内腔体内通入有液氮，内腔体和外腔体之间的空间为抽空腔体。超低温冷井在使用过程中，由于过低的冷井温度，且为了提升抽空气流与冷井冷壁(即内腔体的外表面)的接触效果，内腔体和外腔体之间一般保留较小的间隙。如此，最终导致被抽空腔体内的水气等会在冷井表面凝结，进而容易堵住抽空口，从而需要较为频繁的清理冷井，最终影响抽空效率。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种液氮超低温偏心冷井，能有效缓解凝结物堵住抽空口。
4.为实现上述目的，本发明提供一种液氮超低温偏心冷井，包括用于容置液氮的液氮内腔体、密封设置在液氮内腔体外部的外腔体、以及形成在液氮内腔体和外腔体之间的抽空腔体，所述外腔体上开设有都与抽空腔体相通的抽空进气口和抽空出气口，所述液氮内腔体相对于外腔体向远离抽空进气口、靠近抽空出气口的方向偏心设置。
5.进一步地，所述液氮内腔体的外壁面为冷壁面，所述抽空进气口和抽空出气口沿外腔体的周向180
°
间隔分布，所述冷壁面与抽空进气口之间的距离l1是冷壁面与抽空出气口之间的距离l2的1.1～1.25倍。
6.进一步地，所述液氮超低温偏心冷井还包括加热部件，所述加热部件固定在液氮内腔体的内壁面上。
7.进一步地，所述液氮超低温偏心冷井还包括排液阀，所述液氮内腔体的外壁下端设有第一引流结构，所述外腔体的内壁下端设有第二引流结构、开设在第二引流结构底部的排液口、以及从排液口处向外延伸的排液管，所述排液阀安装在排液管上。
8.进一步地，所述第一引流结构包括构成液氮内腔体底部外壁面的第一圆锥面或第一圆弧面、以及设置在第一圆锥面或第一圆弧面底部且朝下的尖角部，所述尖角部与排液口上下正对设置，所述第一圆锥面或第一圆弧面与尖角部之间为平滑过渡。
9.进一步地，所述第二引流结构包括构成外腔体底部内壁面的第二圆锥面或第二圆弧面。
10.进一步地，所述抽空进气口分布在外腔体的下段部分上，所述抽空出气口分布在外腔体的上段部分上，使所述抽空进气口低于抽空出气口。
11.进一步地，还包括法兰密封结构，所述外腔体包括容纳液氮内腔体的腔体本部，所述法兰密封结构包括固定连接在腔体本部上端的密封法兰、盖合在腔体本部上端开口处的密封法兰盖、以及设置在密封法兰和密封法兰盖之间的密封圈，所述液氮内腔体的上端固
定连接有液氮补液管，所述液氮补液管与液氮内腔体的内部连通，所述液氮补液管密封穿设在密封法兰盖中。
12.进一步地，所述液氮补液管包括分布在密封法兰盖上部的第一管段、以及分布在密封法兰盖和液氮内腔体之间的第二管段，所述第一管段为上下延伸的硬直管，所述第二管段为上下延伸的弹性波纹管。
13.进一步地，所述外腔体上开设有观察窗，所述观察窗连通抽空腔体和外腔体的外部。
14.如上所述，本发明涉及的液氮超低温偏心冷井，具有以下有益效果：
15.本技术涉及的液氮超低温偏心冷井中，液氮内腔体相对于外腔体向远离抽空进气口、靠近抽空出气口的方向偏心设置，一方面增加液氮内腔体的冷壁面与抽空进气口之间的距离，给抽空进气口侧的水气凝结提供充足的冷凝空间，另一方面又减少液氮内腔体的冷壁面与抽空出气口之间的距离，保证抽出气体可以与液氮内腔体的冷壁面充分接触。如此，能有效缓解凝结物堵住抽空进气口的问题，使得液氮超低温偏心冷井的清理频次降低、清理效率提高，最终有效提升抽空效率。
附图说明
16.图1为本技术中液氮超低温偏心冷井实施例一的半剖图。
17.图2为图1的俯视图。
18.图3为本技术中液氮超低温偏心冷井实施例二的半剖图。
19.元件标号说明
20.10液氮内腔体
21.11第一圆锥面
22.12第一圆弧面
23.13尖角部
24.20外腔体
25.21抽空进气口
26.22抽空出气口
27.24排液口
28.25排液管
29.26第二圆锥面
30.27第二圆弧面
31.28腔体本部
32.29密封法兰
33.210密封圈
34.211观察窗
35.30抽空腔体
36.40加热部件
37.50排液阀
38.60液氮补液管
39.61第一管段
40.62第二管段
41.70冷壁面
42.80密封法兰盖
具体实施方式
43.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
44.须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
45.本技术提供一种液氮超低温偏心冷井，用于抽真空系统。如图1或图3所示，本技术涉及的液氮超低温偏心冷井包括液氮内腔体10、密封设置在液氮内腔体10外部的外腔体20、以及形成在液氮内腔体10和外腔体20之间的抽空腔体30，液氮内腔体10用于容置液氮，外腔体20上开设有都与抽空腔体30相通的抽空进气口21和抽空出气口22，抽空进气口21和抽空出气口22构成液氮超低温偏心冷井的抽空口。特别地，如图1和图2所示，液氮内腔体10相对于外腔体20向远离抽空进气口21、靠近抽空出气口22的方向偏心设置。
46.上述液氮超低温偏心冷井作业时，将抽空进气口21与被抽空工件连接，将抽空出气口22与抽空泵连接，抽空泵启动后，被抽空工件内的水气混合物经抽空进气口21进入液氮超低温偏心冷井的抽空腔体30中，再经抽空出气口22抽出。液氮内腔体10内通入有液氮，液氮内腔体10的外壁面为冷壁面70，在抽空过程中，抽空腔体30中的水气混合物与液氮内腔体10的冷壁面70相接触后凝结，大大提升抽空效率。特别地，液氮超低温偏心冷井中的液氮内腔体10相对于外腔体20向远离抽空进气口21、靠近抽空出气口22的方向偏心设置，也就使得液氮内腔体10更加靠近外腔体20上的抽空出气口22；如此，一方面增加液氮内腔体10的冷壁面70与抽空进气口21之间的距离，给抽空进气口21侧的水气凝结提供充足的冷凝空间，另一方面又减少液氮内腔体10的冷壁面70与抽空出气口22之间的距离，保证抽出气体可以与液氮内腔体10的冷壁面70充分接触，故能有效缓解凝结物堵住抽空进气口21的问题，使得液氮超低温偏心冷井的清理频次降低、清理效率提高、易维护，从而提升液氮超低温偏心冷井在抽空过程中的使用效果，最终有效提升抽空效率。
47.优选地，本实施例中，如图1和图2所示，抽空进气口21和抽空出气口22沿外腔体20的周向180
°
间隔分布；液氮内腔体10略微偏心：冷壁面70与抽空进气口21之间的距离l1是冷壁面70与抽空出气口22之间的距离l2的1.1～1.25倍，即距离l1为距离l2的110％～125％，距离l1和距离l2都是径向间距，进而避免液氮内腔体10的过大偏心导致冷壁面70朝向抽空出气口22侧的流阻过大、而冷壁面70朝向抽空进气口21侧的流阻过小，也即使得液氮内腔体10的冷壁面70朝向抽空进气口21和抽空出气口22的两侧流阻能达到均衡，充分发
挥液氮内腔体10的所有冷壁面70的冷凝作用。
48.进一步地，如图1或图3所示，抽空进气口21分布在外腔体20的下段部分上、靠近外腔体20的底部，抽空出气口22分布在外腔体20的上段部分上、靠近外腔体20的顶部，从而使抽空进气口21低于抽空出气口22。水汽密度低于空气，抽空进气口21偏下、抽空出气口22偏上的结构设计，有利于水汽向上飘冷凝，也能充分利用液氮内腔体10的冷壁面70。
49.进一步地，如图1或图3所示，液氮超低温偏心冷井还包括加热部件40，加热部件40固定在液氮内腔体10的内壁面上。本实施例中，加热部件40为电热丝，电热丝的外部包裹有绝缘隔离层，使得加热部件40与液氮内腔体10的内壁面之间保持电隔离。加热部件40开启后，可使液氮内腔体10的冷壁面70和外腔体20的内壁面上的冷凝水融化，简化清理流程，降低液氮超低温偏心冷井的清理频次和清理效率，提升液氮超低温偏心冷井的效率。
50.进一步地，如图1或图3所示，液氮超低温偏心冷井还包括排液阀50，液氮内腔体10的外壁下端设有第一引流结构，外腔体20的内壁下端设有第二引流结构、开设在第二引流结构底部的排液口24、以及从排液口24处向外延伸的排液管25，第一引流结构分布在第二引流结构的正上方，排液阀50安装在排液管25上。加热部件40和排液阀50都开启后，液氮内腔体10的冷壁面70上融化的冷凝水沿第一引流结构滑落、并滴落在外腔体20的第二引流结构上，外腔体20的第二引流结构上的冷凝水滑落至排液口24处，经排液管25排出。
51.优选地，第一引流结构和第二引流结构有下述两种优选结构：结构一、如图1所示，液氮内腔体10的主体部分和外腔体20的主体部分都为圆柱筒结构，第一引流结构包括构成液氮内腔体10底部外壁面的第一圆弧面12和设置在第一圆弧面12底部且朝下的尖角部13，尖角部13与排液口24上下正对设置，第一圆弧面12与尖角部13之间为平滑过渡，第二引流结构包括构成外腔体20底部内壁面的第二圆弧面27。抽空进气口21设置在第二圆弧面27的45
°
位置附近，朝向第一圆弧面12的冷壁面70。结构二、如图3所示，液氮内腔体10的主体部分和外腔体20的主体部分都为圆柱筒结构，第一引流结构包括构成液氮内腔体10底部外壁面的第一圆锥面11和设置在第一圆锥面11底部且朝下的尖角部13，尖角部13与排液口24上下正对设置，第一圆锥面11与尖角部13之间为平滑过渡，第二引流结构包括构成外腔体20底部内壁面的第二圆锥面26。这两个结构中，液氮内腔体10的主体部分的下端与第一引流结构之间平滑过渡，尖角部13位于液氮内腔体10外壁面的最低端；外腔体20的主体部分的下端与第二引流结构之间也平滑过渡，排液口24位于外腔体20内壁面的最低端。
52.进一步地，如图1或图3所示，外腔体20上开设有观察窗211，观察窗211连通抽空腔体30和外腔体20的外部；通过观察窗211可以方便地观察液氮超低温偏心冷井内的冷凝程度，再决定是否需要清理。本技术中，观察窗211设置在外腔体20的主体部分的下端处、并位于抽空进气口21的正上方侧，则观察窗211高于抽空进气口21、但低于抽空出气口22。另外，观察窗211还对准抽空进气口21的中心轴线与液氮内腔体10的焦点。
53.进一步地，如图1或图3所示，液氮超低温偏心冷井还包括法兰密封结构，外腔体20包括容纳液氮内腔体10的腔体本部28，法兰密封结构包括固定连接在腔体本部28上端的密封法兰29、盖合在腔体本部28上端开口处的密封法兰盖80、以及设置在密封法兰29和密封法兰盖80之间的密封圈210，液氮内腔体10的上端固定连接有液氮补液管60，液氮补液管60与液氮内腔体10的内部连通，液氮补液管60密封穿设在密封法兰盖80中，液氮补液管60用于向液氮内腔体10内通入液氮，实现液氮的补给；密封法兰29为环形结构，密封法兰29与密
封法兰盖80之间可以通过数个螺栓固定连接；在设置加热部件40的前提下，密封法兰29与密封法兰盖80之间也可以直接焊接密封。优选地，液氮补液管60包括分布在密封法兰盖80上部的第一管段61、以及分布在密封法兰盖80和液氮内腔体10之间的第二管段62，第一管段61为上下延伸的硬直管，第二管段62为上下延伸的弹性波纹管。如此，可在弹性波纹管上安装检测器，检测器用于测量弹性波纹管的变形，进而获取液氮内腔体10内的液氮重量，也就更加准确地获取液氮内腔体10内的液氮的液位数据，更加准确控制液氮内腔体10内的液氮的补给。
54.综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
55.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。