[發(fā)明專利]一種改進(jìn)型低溫泵結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910711007.7
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN112302903B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛文瑞;王為民;杜建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海優(yōu)拓低溫技術(shù)有限公司
• 主分類號: F04B37/08
• 分類號: F04B37/08
• 代理公司: 上海愉騰專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31306
• 代理人: 唐海波

本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型低溫泵結(jié)構(gòu)，包括多片擋板，從上往下都有間隙通道，擋板之間互相遮擋，徑向不能直線穿透，允許防輻射屏蔽筒外部的氣體進(jìn)入內(nèi)部，進(jìn)而到達(dá)二級冷傘表面被冷凝或者吸附；消除了低溫泵內(nèi)部的局部高壓，減小了低溫泵的極限壓力，由此也增加了低溫泵對Ⅱ類氣體的抽氣速度；并且防輻射屏蔽筒外部的氣體可以到達(dá)二級冷傘下部分，在二級冷傘下側(cè)幾層冷傘片上冷凝，使得二級冷傘下側(cè)幾層冷傘片的低溫表面能夠冷凝更多的氣體，二級冷傘的所有冷傘片低溫表面得到更充分的利用；低溫泵對Ⅱ類氣體的抽氣容量增加，減少了低溫泵的再生頻次。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低溫泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改進(jìn)型低溫泵結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

低溫泵是通過制冷機(jī)膨脹制冷產(chǎn)生超低溫表面，并利用超低溫表面冷凝或吸附氣體的一種高真空泵。

一臺典型的低溫泵結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主要包括腔體10、防輻射屏蔽筒20、防輻射擋板30、二級冷傘40、雙級制冷機(jī)50。其中，防輻射屏蔽桶20和防輻射擋板30連接固定在雙級制冷機(jī)50的第一級冷頭處，二級冷傘40連接固定在雙級制冷機(jī)50的第二級冷頭處。

防輻射屏蔽筒20采用的是一個圓筒形的結(jié)構(gòu)，其底部或者側(cè)面與雙級制冷機(jī)50的第一級冷頭連接，其頂部與防輻射擋板30連接。防輻射屏蔽筒20，通常是一個旋壓或沖壓而成的整體圓筒形狀，或者由圓形底板加環(huán)形側(cè)壁卷圓焊接而成。對于具備立式制冷機(jī)的低溫泵結(jié)構(gòu)(即雙級制冷機(jī)50中心軸與腔體10中心軸平行或重合)，防輻射屏蔽筒20的底面與雙級制冷機(jī)50的第一級冷頭連接。對于具備臥式制冷機(jī)的低溫泵結(jié)構(gòu)(即雙級制冷機(jī)50中心軸與腔體10中心軸垂直)，防輻射屏蔽筒20側(cè)面與雙級制冷機(jī)50的第一級冷頭連接。本文所有低溫泵示意圖，都是默認(rèn)具備立式制冷機(jī)的低溫泵結(jié)構(gòu)。

低溫泵工作時，雙級制冷機(jī)50通過膨脹制冷原理產(chǎn)生冷量，使得第一級冷頭和與之連接的防輻射屏蔽筒20和防輻射擋板30溫度維持在大約50～100K，使得第二級冷頭和與之連接的二級冷傘40溫度維持在大約10～20K。

與溫度對應(yīng)的，空間中的沸點(diǎn)較高的水蒸氣等氣體，稱為Ⅰ類氣體，在防輻射屏蔽筒20和防輻射擋板30表面被冷凝。沸點(diǎn)較低的氮?dú)狻⒀鯕狻鍤獾葰怏w，稱為Ⅱ類氣體，在二級冷傘40外表面被冷凝。不能冷凝的氫氣等氣體，稱為Ⅲ類氣體，被二級冷傘40內(nèi)表面粘接的活性炭吸附。

低溫泵連續(xù)工作一段時間后，內(nèi)部捕集(包括低溫冷凝和低溫吸附)的氣體過多，低溫泵將不能維持所要求的壓力。此時需要對低溫泵進(jìn)行再生，即通過加熱或者自然升溫方式，釋放內(nèi)部捕集的各類氣體。做完再生的低溫泵，將恢復(fù)初始抽氣性能。

如圖2所示，空間中的氣體由腔體10口部進(jìn)入低溫泵內(nèi)部，Ⅰ類氣體(水蒸氣)被防輻射屏蔽筒20和防輻射擋板30表面冷凝。絕大部分Ⅱ類氣體(氮?dú)狻⒀鯕狻鍤獾?，經(jīng)由A路徑與B路徑，穿過防輻射擋板30間隙，到達(dá)防輻射屏蔽筒20內(nèi)部，進(jìn)入輻射屏蔽筒20內(nèi)部，然后到達(dá)二級冷傘40上部分，特別是最上側(cè)幾層冷傘片，并在二級冷傘40上側(cè)幾層冷傘片上冷凝。相對而言，氣體較難到達(dá)二級冷傘40下半部分，所以二級冷傘40每一層冷傘片的冷凝氣體量，越往下越少。隨著氣體在二級冷傘40上部分冷凝達(dá)到飽和，低溫泵也將必須開始再生。因此冷傘下側(cè)幾層冷傘片沒有被充分有效利用。

空間中的少部分氣體，經(jīng)由C路徑到達(dá)防輻射屏蔽筒20與低溫泵腔體10之間的間隙。因?yàn)榍惑w10內(nèi)表面溫度接近常溫300K(27℃)，而防輻射屏蔽筒20外表面溫度大約50～100K。氣體進(jìn)入該間隙空間以后，僅Ⅰ類氣體(水蒸氣)可以被防輻射屏蔽筒20外表面冷凝，其余的Ⅱ類氣體(氮?dú)狻⒀鯕狻鍤獾?和Ⅲ類氣體(氫氣)等不能被冷凝或吸附，這部分氣體又難以到達(dá)防輻射屏蔽筒20內(nèi)部，這會造成低溫泵內(nèi)局部空間壓力較高，也造成低溫泵內(nèi)部極限壓力升高。

以上兩個原因限制了低溫泵對Ⅱ類氣體(氮?dú)狻⒀鯕狻鍤獾?的抽氣容量，進(jìn)而減短了低溫泵的周期運(yùn)行壽命，并增加了低溫泵再生頻次。

發(fā)明內(nèi)容