CN106813097A - 带检测和安全保护的杜瓦结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：包括杜瓦罐体，杜瓦罐体内具有与外界隔离的内腔；在所述杜瓦罐体上设置注入口和排气口，低温液态介质由注入口注入内腔中，内腔内的气体由排气口排出；在所述杜瓦罐体上设置用于连接冷阱的冷阱适配接口，在杜瓦罐体上设置用于检测内腔压力和低温液态介质液位高度的状态检测系统、以及用于将内腔多余压力排出的泄压系统。本发明用于材料沉积、生长及加工设备中尾气处理，能够减少低温液体介质的挥发，避免结冰带来的安全性问题。

Description

带检测和安全保护的杜瓦结构

技术领域

本发明涉及一种杜瓦结构，尤其是一种带检测和安全保护的杜瓦结构。

背景技术

材料沉积、生长及加工设备属于真空系统，材料沉积、生长及加工工艺的蒸气尾气对后级管道及真空泵会有腐蚀及损伤，而油封真空泵的油蒸气返回真空反应腔室也会对产品造成影响。所以需要用冷阱等装置来冷凝反应尾气和油蒸气，确保工艺及设备的正常。冷阱的冷却温度越低，对反应尾气及油蒸气的捕集效果越好，所以一般配合杜瓦使用，低温制冷介质常规采用液态气体如液氮。

常规杜瓦结构为真空绝热的筒式结构，外筒和内筒之间的夹层抽真空，上部有个敞口与大气接触。其优点在于：第一是和压缩气体钢瓶相比它能够在相对低的压力下容纳大量的气体，第二个是它提供了容易操作的低温液体源。但是，这种标准杜瓦结构还存在诸多缺陷，保温性能差，低温液态介质容易挥发，在高湿度环境会有敞口处结冰无法泄压的安全隐患，不便于配合冷阱使用。

当冷阱放置在杜瓦瓶中，上部敞口不能完全密封，敞口仍旧接触大气，低温液态介质容易进行热交换而挥发，同时大气中的水分会在敞口的冷壁处冷凝成冰，逐步堵塞杜瓦容器中液氮挥发的通道，造成压力无法正常泄压，杜瓦容器内部压力增大会有安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种带检测和安全保护的杜瓦结构，用于材料沉积、生长及加工设备中尾气处理，能够减少低温液体介质的挥发，避免结冰带来的安全性问题。

按照本发明提供的技术方案，所述带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：包括杜瓦罐体，杜瓦罐体内具有与外界隔离的内腔；在所述杜瓦罐体上设置注入口和排气口，低温液态介质由注入口注入内腔中，内腔内的气体由排气口排出；在所述杜瓦罐体上设置用于连接冷阱的冷阱适配接口，在杜瓦罐体上设置用于检测内腔压力和低温液态介质液位高度的状态检测系统、以及用于将内腔多余压力排出的泄压系统。

在一个具体实施方式中，所述状态检测系统包括用于检测内腔压力的压力传感器和用于检测低温液态介质液位高度的液位计。

在一个具体实施方式中，所述状态检测系统还包括用于实时显示内腔压力的压力指示表。

在一个具体实施方式中，所述泄压系统包括多个分别对应于相应泄压值的泄压装置。

在一个具体实施方式中，所述泄压系统包括对应第一泄压值的泄压阀和对应于第二泄压值的爆破片，第二泄压值大于第一泄压值。

在一个具体实施方式中，所述泄压系统包括对应于第一泄压值的泄压阀、对应于第二泄压值的机械式泄压阀和对应于第三泄压值的爆破片，第三泄压值>第二泄压值>第一泄压值。

在一个具体实施方式中，所述杜瓦罐体为一个整体，或者由主罐和上盖通过锁紧机构连接而成。

在一个具体实施方式中，所述杜瓦罐体包括杜瓦外筒体和杜瓦内筒体，在杜瓦外筒体和杜瓦内筒体之间的夹层设置绝热层，杜瓦外筒体和杜瓦内筒体之间的夹层通过真空抽口对绝热层进行抽真空。

在一个具体实施方式中，所述冷阱通过冷阱适配接口采用活动连接或者固定连接的方式与杜瓦罐体连接。

在一个具体实施方式中，所述低温液态介质采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，优选惰性物质。

在一个具体实施方式中，所述低温液态介质采用液氮、液氩、液氦、液氢、二氧化碳或二氟甲烷。

本发明所述带检测和安全保护的杜瓦结构用于材料沉积、生长及加工设备中的尾气处理，与现有技术对比，本发明采用封闭式杜瓦，减少了低温液体介质的挥发，减少了使用成本；实时监控压力，多重过压保护措施，安全性得到提升，适用于不同湿度环境，不会有结冰带来的安全性问题；使用方便，在低温液体较少的情况下可以在外部补充，不需要打开设备，操作简单。

附图说明

图1为实施例1所述杜瓦结构的示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为实施例2所述杜瓦结构的示意图。

图4为实施例3所述杜瓦结构的示意图。

图5为实施例4所述杜瓦结构的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明所述带检测和安全保护的杜瓦结构主要包括由杜瓦外筒体101和杜瓦内筒体102组成的杜瓦罐体、由压力传感器109和液位计110组成的状态检测系统、由爆破片111和泄压阀112组成的泄压系统以及杜瓦罐体上预留的冷阱适配接口113，杜瓦罐体通过冷阱适配接口113与冷阱T连接。本发明通过状态检测系统实时检测杜瓦罐体的状态，多余的压力通过泄压系统及时排出，以保证冷阱T的正常和安全使用。具体地：

所述杜瓦罐体包括杜瓦外筒体101和杜瓦内筒体102，在杜瓦外筒体101和杜瓦内筒体102之间的夹层设置绝热层106，杜瓦外筒体101和杜瓦内筒体102之间的夹层通过真空抽口103对绝热层106进行抽真空，并保持绝热层106的真空度，使绝热层106达到绝热效果。所述杜瓦罐体具有内腔108，内腔108与外界隔离；在所述杜瓦罐体上设置注入口105和排气口104，低温液态介质107通过注入口105注入内腔108中，内腔108内的气体则由排气口104排出；所述低温液态介质107采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，如液氮、液氩、液氦、液氢、二氧化碳或二氟甲烷等，优选惰性物质。

所述冷阱T通过冷阱适配接口113采用活动连接或固定连接的方式与杜瓦罐体进行连接，并且冷阱T浸入低温液态介质107中。

所述状态检测系统的压力传感器109和液位计110均连接在杜瓦罐体上，压力传感器109用于检测杜瓦罐体的内腔108的压力，液位计110用于检测杜瓦罐体的内腔108中低温液态介质107的液位高度，保证冷阱T的有效浸入深度。

所述泄压系统包括泄压阀112和爆破片111，泄压阀112和爆破片111均连接在与杜瓦罐体的内腔108连通的管道上；所述爆破片111严格参照国家标准，当压力传感器109检测到的压力大于安全值，则打开泄压阀112进行放气泄压；若泄压阀112失效，杜瓦罐体的内腔108压力过高，则通过爆破片111的自行爆破进行泄压。

实施例1在工作时，通过对排气口104抽气，在杜瓦罐体的内腔108形成负压，低温液态介质107即可从注入口105被吸入杜瓦罐内腔108中；亦可保持排气口104打开，从注入口105灌入低温液态介质至杜瓦罐内腔108中。其中低温液态介质107常采用液氮等沸点较低的惰性物质。

冷阱T不断进行热交换来冷却流经冷阱T的蒸气，将热量释放给低温液态介质107，使其吸热蒸发。因此杜瓦罐内腔108内压力上升，由压力传感器109检测到的压力值超过设定的安全值，则打开泄压阀112，排出杜瓦罐内腔内超出的压力。

状态检测系统中的液位计110检测杜瓦中的低温液态介质107的液位。当从注入口105注入低温液态介质至一定液位时，液位计110反馈数据提示停止注入，避免过高的液位造成压力缓冲区域过小而频繁触发泄压系统动作。当低温液态介质107低于一定液位时，液位计110反馈数据提示添加低温液态介质，以保证冷阱T的正常工作。

如果压力传感器109或泄压阀112因故障或失灵造成无法正常排放多余压力，爆破片111开始承受压力，当压力超过临界值时，过大的压力冲破爆破片111，使得杜瓦罐内腔108的压力降回到安全临界值内。

实施例2：

如图3所示，本发明所述带检测和安全保护的杜瓦结构主要包括由杜瓦外筒体201和杜瓦内筒体202组成的杜瓦罐体、由压力传感器209、液位计210和压力指示表214组成的状态检测系统、由爆破片211和泄压阀212组成的泄压系统以及杜瓦罐体上预留的冷阱适配接口213，杜瓦罐体通过冷阱适配接口213与冷阱T连接。具体地：

所述杜瓦罐体包括杜瓦外筒体201和杜瓦内筒体202，在杜瓦外筒体201和杜瓦内筒体202之间的夹层设置绝热层206，杜瓦外筒体201和杜瓦内筒体202之间的夹层通过真空抽口203对绝热层206进行抽真空，并保持绝热层206的真空度，使绝热层206达到绝热效果。所述杜瓦罐体具有内腔208，内腔208与外界隔离；在所述杜瓦罐体上设置注入口205和排气口204，低温液态介质207通过注入口205注入内腔208中，内腔208内的气体则由排气口204排出；所述低温液态介质207采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，如液氮、液氩、液氦、液氢、二氧化碳或二氟甲烷等，优选惰性物质。

实施例2在工作时，通过对排气口204抽气，在杜瓦罐内腔208形成负压，低温液态介质207即可从注入口205被吸入杜瓦罐内腔208中；亦可保持排气口204打开，从注入口205灌入低温液态介质至杜瓦罐内腔208中。其中低温液态介质207常采用液氮等沸点较低的惰性物质。

冷阱T不断进行热交换来冷却流经冷阱T的蒸气，将热量释放给低温液态介质207，使其吸热蒸发。因此杜瓦罐内腔208内压力上升，由压力传感器209检测到的压力值超过设定的安全值，则打开泄压阀212，排出杜瓦罐内腔内超出的压力。

状态检测系统中的压力指示表214则将当前杜瓦系统中杜瓦罐内腔208的压力实时显示，便于观测杜瓦系统当前的压力状态。从压力指示表214的数据，可以大致判断当前杜瓦系统的状态，如压力与杜瓦系统所处大气压力相等或者两者压差为0，则表示杜瓦系统可能未进行完好密封。

如果压力传感器209或泄压阀212因故障或失灵造成无法正常排放多余压力，爆破片211开始承受压力，当压力超过临界值时，过大的压力冲破爆破片211，使得杜瓦罐内腔208的压力降回到安全临界值内。

实施例3：

如图4所示，本发明所述带检测和安全保护的杜瓦结构主要包括由杜瓦外筒体301和杜瓦内筒体302组成的杜瓦罐体、由压力传感器309和液位计310组成的状态检测系统、由爆破片311、机械式泄压阀314和泄压阀312组成的泄压系统以及杜瓦罐体上预留的冷阱适配接口213，杜瓦罐体通过冷阱适配接口213与冷阱T连接。具体地：

所述杜瓦罐体包括杜瓦外筒体301和杜瓦内筒体302，在杜瓦外筒体301和杜瓦内筒体302之间的夹层设置绝热层306，杜瓦外筒体301和杜瓦内筒体302之间的夹层通过真空抽口303对绝热层306进行抽真空，并保持绝热层306的真空度，使绝热层306达到绝热效果。所述杜瓦罐体具有内腔308，内腔308与外界隔离；在所述杜瓦罐体上设置注入口305和排气口304，低温液态介质307通过注入口305注入内腔308中，内腔308内的气体则由排气口304排出；所述低温液态介质307采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，如液氮、液氩、液氦、液氢、二氧化碳或二氟甲烷等，优选惰性物质。

实施例3在工作时，通过对排气口304抽气，在杜瓦罐内腔308形成负压，低温液态介质307即可从注入口305被吸入杜瓦罐内腔308中；亦可保持排气口304打开，从注入口305灌入低温液态介质至杜瓦罐内腔308中。其中低温液态介质307常采用液氮等沸点较低的惰性物质。

冷阱T不断进行热交换来冷却流经冷阱T的蒸气，将热量释放给低温液态介质307，使其吸热蒸发。因此杜瓦罐内腔308内压力上升，由压力传感器309检测到的压力值超过设定的安全值，则打开泄压阀312，排出杜瓦罐内腔内超出的压力。

状态检测系统中的液位计310检测杜瓦中的低温液态介质307的液位。当从注入口305注入低温液态介质至一定液位时，液位计310反馈数据提示停止注入，避免过高的液位造成压力缓冲区域过小而频繁触发泄压系统动作。当低温液态介质307低于一定液位时，液位计310反馈数据提示添加低温液态介质，以保证冷阱T的正常工作。

如果压力传感器309或泄压阀312因故障或失灵，如电气控制系统无法正常运行，因此造成无法正常排放多余压力的情况，压力到一定数值，该数值一般低于爆破片311的设计爆破压力，机械式泄压阀314开始动作，排出多余压力。降低爆破片311的使用概率，增加爆破片311的寿命，降低使用成本。

如果压力传感器309、泄压阀312和机械式泄压阀314均故障或者失灵，无法排出杜瓦罐内腔308多余压力，爆破片311开始承受压力，当压力超过临界值时，过大的压力冲破爆破片311，使得杜瓦罐内腔308的压力降回到安全临界值内。

实施例4：

如图5所示，本发明所述带检测和安全保护的杜瓦结构主要包括由杜瓦外筒体401和杜瓦内筒体402组成的杜瓦罐体、由压力传感器409、压力指示表414和液位计410组成的状态检测系统、由爆破片411、机械式泄压阀415和泄压阀412组成的泄压系统以及杜瓦罐体上预留的冷阱适配接口213，杜瓦罐体通过冷阱适配接口213与冷阱T连接。具体地：

所述杜瓦罐体由主罐和上盖通过锁紧机构416连接而成，杜瓦罐体包括杜瓦外筒体401和杜瓦内筒体402，在杜瓦外筒体401和杜瓦内筒体402之间的夹层设置绝热层406，杜瓦外筒体401和杜瓦内筒体402之间的夹层通过真空抽口403对绝热层406进行抽真空，并保持绝热层406的真空度，使绝热层406达到绝热效果。所述杜瓦罐体具有内腔408，内腔408与外界隔离；在所述杜瓦罐体上设置注入口405和排气口404，低温液态介质407通过注入口405注入内腔408中，内腔408内的气体则由排气口404排出；所述低温液态介质407采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，如液氮、液氩、液氦、液氢、二氧化碳或二氟甲烷等，优选惰性物质。

实施例4在工作时，通过对排气口404抽气，在杜瓦罐内腔408形成负压，低温液态介质407即可从注入口405被吸入杜瓦罐内腔408中；亦可保持排气口404打开，从注入口405灌入低温液态介质至杜瓦罐内腔408中。其中低温液态介质常采用液氮等沸点较低的惰性物质。

冷阱T不断进行热交换来冷却流经冷阱T的蒸气，将热量释放给低温液态介质407，使其吸热蒸发。因此杜瓦罐内腔408内压力上升，由压力传感器409检测到的压力值超过设定的安全值，则打开泄压阀412，排出杜瓦罐内腔内超出的压力。

状态检测系统中的液位计410检测杜瓦中的低温液态介质407的液位。当从注入口405注入低温液态介质至一定液位时，液位计410反馈数据提示停止注入，避免过高的液位造成压力缓冲区域过小而频繁触发泄压系统动作。当低温液态介质407低于一定液位时，液位计410反馈数据提示添加低温液态介质，以保证冷阱T的正常工作。

状态检测系统中的压力指示表414则将当前杜瓦系统中杜瓦罐内腔408的压力实时显示，便于观测杜瓦系统当前的压力状态。从压力指示表414的数据，可以大致判断当前杜瓦系统的状态，如压力与杜瓦系统所处大气压力相等或者两者压差为0，则表示杜瓦系统可能未进行完好密封。

如果压力传感器409或泄压阀412因故障或失灵，如电气控制系统无法正常运行，因此造成无法正常排放多余压力的情况，压力到一定数值，该数值一般低于爆破片411的设计爆破压力，机械式泄压阀415开始动作，排出多余压力。

如果压力传感器409、泄压阀412和机械式泄压阀415均故障或者失灵，无法排出杜瓦罐内腔408多余压力，爆破片411开始承受压力，当压力超过临界值时，过大的压力冲破爆破片411，使得杜瓦罐内腔408的压力降回到安全临界值内。

本发明具有以下优点：

（1）与现有技术相比，本发明所述杜瓦结构不受到杜瓦瓶外形结构的限制能根据设备需要变换外形结构的大小使得设备能够满足不同大小的设备需求。

（2）本发明所述杜瓦结构可以对杜瓦罐内状态进行监控，包括杜瓦罐内腔气体压力以及低温液态介质的液位。

（3）本发明有主动及被动多层安全保护措施，即使主动措施失效，依然可以依靠物理爆破方式来保证杜瓦罐内压力不会超过临界压力。

（4）本发明所述杜瓦结构运行成本降低。设备在不运行的情况下低温液态介质的挥发比较慢，提高了低温液体的利用率从而降低了成本。

（5）本发明可以不必打开杜瓦罐添加低温液态介质，保证了低温杜瓦的密闭性使杜瓦在加注液体的过程中尽可能少的挥发。

Claims (10)

1.一种带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：包括杜瓦罐体，杜瓦罐体内具有与外界隔离的内腔；在所述杜瓦罐体上设置注入口和排气口，低温液态介质由注入口注入内腔中，内腔内的气体由排气口排出；在所述杜瓦罐体上设置用于连接冷阱的冷阱适配接口，在杜瓦罐体上设置用于检测内腔压力和低温液态介质液位高度的状态检测系统、以及用于将内腔多余压力排出的泄压系统。

2.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述状态检测系统包括用于检测内腔压力的压力传感器和用于检测低温液态介质液位高度的液位计。

3.如权利要求2所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述状态检测系统还包括用于实时显示内腔压力的压力指示表。

4.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述泄压系统包括多个分别对应于相应泄压值的泄压装置。

5.如权利要求3所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述泄压系统包括对应第一泄压值的泄压阀和对应于第二泄压值的爆破片，第二泄压值大于第一泄压值。

6.如权利要求3所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述泄压系统包括对应于第一泄压值的泄压阀、对应于第二泄压值的机械式泄压阀和对应于第三泄压值的爆破片，第三泄压值>第二泄压值>第一泄压值。

7.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述杜瓦罐体为一个整体，或者由主罐和上盖通过锁紧机构连接而成。

8.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述杜瓦罐体包括杜瓦外筒体和杜瓦内筒体，在杜瓦外筒体和杜瓦内筒体之间的夹层设置绝热层，杜瓦外筒体和杜瓦内筒体之间的夹层通过真空抽口对绝热层进行抽真空。

9.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述冷阱通过冷阱适配接口采用活动连接或者固定连接的方式与杜瓦罐体连接。

10.如权利要求1所述的带检测和安全保护的杜瓦结构，其特征是：所述低温液态介质采用常温常压下呈气态，常压下沸点低于253K的物质，优选惰性物质。