CN102769991A

CN102769991A - 插入式低温冷凝板装置

Info

Publication number: CN102769991A
Application number: CN2012102598877A
Authority: CN
Inventors: 张素平; 潘高峰; 邢建升; 秦久昌; 李振国
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: CN102769991B

Abstract

本发明涉及一种低温冷凝板装置，包括低温冷凝板（3），低温冷凝板（3）的四周设置由下底板和侧面板连接而成的屏蔽板（2），屏蔽板（2）的顶部设置挡板（1），屏蔽板（2）的下底板与制冷机（6）的一级冷头相连接，两套带孔低温冷凝板（3）分别与两台双二级制冷机（6）的二级冷头相连，制冷机（6）固定在安装法兰（4）上，低温冷凝装置通过安装法兰（4）设置在真空室内，因此,本发明能克服传统低温泵对气体的抽速受到低温泵泵口直径以及挡板的限制，通过将气体冷凝到低温表面上，将气体抽除，能获得好于5E-6Pa的清洁超高真空，且本发明涂活性炭时能明显增加对氮气的容量，作为内置泵时能明显提高对氮气的抽速。

Description

插入式低温冷凝板装置

技术领域

本发明涉及一种插入式低温冷凝板装置，涉及通过放置在真空室内部的低温冷凝板冷凝、捕获气体来获得超高真空的技术领域，具体涉及插入式低温冷凝板装置中低温冷凝板的结构及所需的屏蔽板、挡板及与制冷机冷头的连接结构。

背景技术

近年来，紧凑型回旋加速器技术快速发展，由于紧凑型结构尺寸的限制，其可用于真空抽气的空间有限，粒子在加速时的束流损失又要求控制在一定范围以内，故加速腔内的极限真空要求高，所以大抽速、低极限压强、紧凑型的真空系统是越来越多紧凑型回旋加速器需要解决的关键技术问题。目前市场上有各种各样的泵，如低温泵，虽然它有较多的独特优点，如起始压力高（原则上是可以从大气压开始抽气）、极限压力低、抽速大、适于抽除各种气体、可获得清洁的超高真空等。但仍像其它种类的真空泵一样，需要安装在被抽气装置的外部抽气，泵的抽速要受到泵口流导的限制。而对于异型、大体积装置的紧凑型回旋加速器，从外部抽气难于达到所要求的超高真空，目前市场上尚无能满足要求且行之有效的真空泵满足异型、大体积装置的紧凑型回旋加速器的真空要求。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种插入式低温冷凝板装置，能够插入到紧凑型回旋加速器内部来获得超高真空。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：

一种插入式低温冷凝板装置，包括低温冷凝板、低温冷凝板的四周设置屏蔽板、屏蔽板的顶部设置挡板，屏蔽板的下底板与制冷机的一级冷头相连接，低温冷凝板与制冷机的二级冷头相连接，制冷机固定在安装法兰上，其特征在于：所述低温冷凝装置通过安装法兰设置在真空室内。

进一步，所述的安装法兰与真空室通过螺钉或快卡的方式连接。

进一步，所述的低温冷凝板为两套，每套由上、下带孔矩形低温板通过连接板连接而成，低温冷凝板的外表面抛光，内表面粘有活性炭吸附剂。

进一步，所述的制冷机为两台CGR411双二级制冷机，双二级制冷机通过接管固定在安装法兰上的两个安装洞上。

进一步，两套带孔低温冷凝板分别与两台双二级制冷机的二级冷头相连。

进一步，所述的双二级制冷机的电机及控制室设置在真空室外部，一级冷头及二级冷头设置在真空室内部。

进一步，所述的挡板是由支撑杆和挡板条组成，挡板条的外表面镀镍抛光至镜面，内表面涂黑色清漆。

进一步，所述的屏蔽板为半开半闭圆柱状，由下底板、侧面板及人字形挡板焊接而成，屏蔽板的外表面镀镍抛光至镜面，内表面涂黑色清漆。

进一步，所述挡板和屏蔽板采用热传导率高的无氧铜。

再进一步，屏蔽板的流导不低于20000l/s，挡板的流导不低于8400l/s。

本发明的有益效果如下：本发明提供的一种插入式低温冷凝板装置，能够插入到紧凑型回旋加速器内部，充分利用加速器内部空间，减少排气支路管道流导限制，从而获得超高真空，是一种比较灵活的、并且可以根据不同紧凑型回旋加速器内部空间进行定制的低温排气方式。

附图说明

图1是低温冷凝板装置图；

图2是真空测试罩内压力与低温冷凝板装置抽速曲线图；

图3 是低温冷凝板装置对不同气体抽速曲线图；

图4 是挡板的示意图；

图5 是屏蔽板的示意图；

图6 是冷凝板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行描述。

本发明的插入式低温冷凝板装置如图1所示，包括低温冷凝板3、低温冷凝板3的四周设置由下底板和侧面板连接而成的屏蔽板2、屏蔽板2的顶部设置挡板1，屏蔽板2的下底板与制冷机6的一级冷头相连接，两套带孔低温冷凝板3分别与两台双二级制冷机6的二级冷头相连，制冷机6固定在安装法兰4上，所述低温冷凝装置通过安装法兰4设置在真空室内。安装法兰4与真空室可以通过螺钉7或快卡的方式连接。

每套低温冷凝板3由上、下倒扣带孔矩形低温板8、9通过连接板用铆钉连接而成，低温冷凝板3的外表面抛光，内表面粘有活性炭吸附剂作为吸附表面，用以抽除氢气、氦气、氖气等气体。低温冷凝板3的四周用半开半闭的屏蔽板2屏蔽环境辐射热，上方用挡板1屏蔽环境辐射热，两台制冷机6为低温冷凝板3和屏蔽板2及挡板1提供冷量。

本发明的制冷机为两台GM双二级制冷机6，双二级制冷机6通过接管5固定在安装法兰4上的两个安装洞上。双二级制冷机6的电机及控制室设置在真空室外部，一级冷头及二级冷头设置在真空室内部，挡板1、屏蔽板2和低温冷凝板3均在真空室内部，并通过安装法兰4与真空室相连接。挡板1是由支撑杆和挡板条组成，挡板条的外表面抛光，内表面涂黑，如图4所示。

屏蔽板2为半开半闭圆柱状，由下底板、侧面板及人字形挡板焊接而成，屏蔽板的外表面抛光，内表面涂黑，抛光是指镀镍抛光至镜面，涂黑是指涂黑色清漆，如图5所示。

本发明的挡板1和屏蔽板2采用热传导率高的无氧铜，屏蔽板2的流导不低于20000l/s，挡板1的流导不低于8400l/s。

挡板1、屏蔽板2和冷凝板3分别如图4、5、6所示。

在一个实施例中，本发明的插入式低温冷凝板装置包括挡板1、屏蔽板2、两套低温冷凝板3、安装法兰4、两套接管5及两套制冷机6。安装法兰4可以与真空室用螺钉或者快卡的连接方式进行连接。

具体地，低温冷凝板3由上下低温板、连接板连在一起组成，低温冷凝板上打圆孔以增加气体流导，如图6所示。低温冷凝板3的外表面经镀镍达到镜面，内表面粘有吸附剂。低温冷凝板主要对O₂、N₂、Ar进行冷凝抽气，对H₂、He、Ne进行吸附抽气。

挡板1是由支撑杆和挡板条组成，挡板条的外表面经镀镍达到镜面，内表面涂黑。

屏蔽板2是由下底板和侧面板焊接而成，组成一个半开半闭圆柱状的屏蔽结构，屏蔽板2的外表面镀镍达到镜面，内表面涂黑，涂黑能够有效地减少高温环境对低温冷凝板3的辐射热。

挡板1和屏蔽板2采用热传导率高的金属材料，比如无氧铜。挡板1和屏蔽板2的主要作用是：为低温冷凝板3作热屏蔽；冷凝水和碳氢化合物蒸汽。

该插入式低温冷凝板装置优选地使用两台美国CVI公司生产的CGR411双级制冷机6，配用该公司的CBST6.0压缩机。双二级制冷机6通过安装法兰4上的两个安装洞与安装法兰4连接，双二级制冷机6的电机以及控制室设置在真空室外部，一级冷头及二级冷头设置在真空室内部。两台双二级制冷机6分别采用GM循环，每台能提供制冷功率一级80K83W，可以使得双二级制冷机6的一级冷头处温度低于80K；二级功率20K7.5W，可以使得双二级制冷机6的二级冷头处温度低于20K。

安装法兰4是该插入式低温冷凝板装置的载体，低温冷凝板3、挡板1、屏蔽板2与制冷机6连接后，通过接管5，把制冷机6固定在安装法兰4上，这就组成了插入式低温冷凝板装置的整体。再通过安装法兰4把低温冷凝板装置安装在真空室上，安装法兰4与真空室的连接可以用螺钉7也可以用快卡的方式。如果用快卡的方式，则跟螺钉的位置不一样，快卡要放置在安装法兰4周围,或根据自己的需要进行安装。其中，接管5是根据低温冷凝板3、屏蔽板2的尺寸，把制冷机6固定到安装法兰4上的空间位置调整件，它主要起到衔接和固定制冷机6与安装法兰4的作用。

本实施例的挡板1和屏蔽板2采用热传导率高的无氧铜，屏蔽板2的流导不低于20000l/s，挡板1的流导不低于8400l/s。

本发明的真空测试罩内压力与低温冷凝板装置抽速曲线图如图2所示，低温冷凝板装置对不同气体抽速曲线图如图3 所示。

本发明提供的插入式低温冷凝板装置，放置到真空室内部，通过将气体冷凝到低温表面上，将气体抽除，如表1所示，经实验验证可以获得好于5E-6Pa的清洁超高真空。

表1

气体组	I	II	III
				位置	屏蔽板和挡板表面	冷凝板外表面	冷凝板内表面
抽除的气体	H₂0 C0₂等	N₂，0₂,CO,CH₄，Ar	H₂,He，Ne等

如表1 所示，大部分水蒸气和二氧化碳等冷凝在屏蔽板和挡板的抛光外表面上，N₂，0₂,CO,CH₄，Ar等冷凝到冷凝板的抛光外表面上，最后氢气，氦气，氖等气体被冷凝板内表面的吸附剂吸附。低温冷凝板装置正常工作时，屏蔽板和挡板的温度在60K-120K之间，冷凝板的温度17-20K。

表2

Figure 2012102598877100002DEST_PATH_IMAGE002

表2 是对该低温冷凝板装置进行一系列测试的测试结果，包括低温冷凝板上是否涂镀活性炭、低温冷凝板装置作为外置泵和作为内置泵时测试结果。从表2中可以明显看出，涂镀活性炭后，低温冷凝板装置对氮气的容量明显增加，涂镀活性炭前后对氮气的抽速没有太多区别，然而低温冷凝板作为内置泵对氮气的抽速约为作为外置泵时对氮气的抽速的3倍。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种插入式低温冷凝板装置，包括低温冷凝板（3）、低温冷凝板（3）的四周设置屏蔽板（2）、屏蔽板（2）的顶部设置挡板（1），屏蔽板（2）的下底板与制冷机（6）的一级冷头相连接，低温冷凝板（3）与制冷机（6）的二级冷头相连接，制冷机（6）固定在安装法兰（4）上，其特征在于：所述低温冷凝装置通过安装法兰（4）设置在真空室内。

2.如权利要求1所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的安装法兰（4）与真空室通过螺钉或快卡的方式连接。

3.如权利要求1所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的低温冷凝板（3）为两套，每套由上、下带孔矩形低温板(8 、9)通过连接板连接而成，低温冷凝板（3）的外表面抛光，内表面粘有活性炭吸附剂。

4.如权利要求3所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的制冷机为两台CGR411双二级制冷机（6），双二级制冷机（6）通过接管（5）固定在安装法兰（4）上的两个安装洞上。

5.如权利要求4所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：两套带孔低温冷凝板（3）分别与两台双二级制冷机（6）的二级冷头相连。

6.如权利要求4或5所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的双二级制冷机（6）的电机及控制室设置在真空室外部，一级冷头及二级冷头设置在真空室内部。

7.如权利要求1所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的挡板（1）是由支撑杆和挡板条组成，挡板条的外表面镀镍抛光至镜面，内表面涂黑色清漆。

8.如权利要求1所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：所述的屏蔽板（2）为半开半闭圆柱状，由下底板、侧面板及人字形挡板焊接而成，屏蔽板的外表面镀镍抛光至镜面，内表面涂黑色清漆。

9.如权利要求1所述的插入式低温冷凝装置，其特征在于：所述挡板（1）和屏蔽板（2）采用热传导率高的无氧铜。

10.如权利要求9所述的插入式低温冷凝板装置，其特征在于：屏蔽板（2）的流导不低于20000l/s，挡板（1）的流导不低于8400l/s。