CN107725320A - 一种大口径全制冷型低温泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径全制冷型低温泵，是一种气体抽除泵，属于真空制冷技术领域。本发明多台大功率低温制冷机共同使用，形成对大口径、大热容量部件的制冷作用，保证低温泵各部件达到预定温度，保持温度协同效应，达到对不同气体低温冷凝和吸附作用。吸附阵采用长方体结构，在其表面增加上下面敞开的翅片，增大冷凝面积，吸附阵内表面粘接不同比表面积、孔隙率的椰壳活性炭，形成对低分子量气体的吸附，障板是百叶窗结构。通过改进结构，部件制冷全部采用制冷机制冷，而非制冷工质制冷，简化了结构、提高了可靠性，降低了低温泵的复杂性。具有大抽速、系统简便、真空清洁的特点，只以电能为动能，使用简单高效，满足真空系统大抽速的要求。

Description

一种大口径全制冷型低温泵

技术领域

本发明涉及一种大口径全制冷型低温泵，可作为大型高真空、高洁净用真空获得泵使用，属于低温制冷以及真空获得泵技术领域。

背景技术

大型、大容量真空容器，在需要洁净高真空时，需要一种简单实用、大抽速的真空获得泵。过去一般采用油扩散泵来抽除气，但扩散泵一方面会给试验带来油蒸汽污染，同时，更为重要的是扩散泵只能垂直安装，而试验容器上可供垂直安装的位置十分有限。随着近年大冷量G-M低温制冷机技术的快速发展，使得研制大冷量G-M低温制冷机型低温泵具备基本条件，通过低温冷凝和低温吸附得到洁净抽空手段成为可能，真空大口径全制冷机型低温泵具备大抽速、洁净真空，且对安装方式没有限制，成为目前大型真空设备的首选泵种。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有低温泵技术操作复杂、安装方式受限的技术不足，解决液氮型低温泵需要配置液体储存管理系统而导致系统复杂的设备复杂问题，以及低温泵的大口径、大抽速需求，提供了一种大口径全制冷型低温泵。

一种大口径全制冷机型低温泵，简称低温泵，由低温制冷机(包含一级制冷机和二级制冷机)、泵壳、冷屏、障板、吸附阵、温度传感器、障板测温元件以及吸附阵测温元件组成；

其中，至少有两台及以上低温制冷机，包含并不少于一台二级制冷冷头和不少于一台一级制冷冷头，并根据低温泵抽速要求确定低温制冷机数量和类型。

根据低温泵的法兰尺寸和抽速，计算确定低温泵的配置及数量，必然包含但不少于一台二级制冷机冷头和不少于一台二级制冷机冷头，要求二级制冷机冷头具有较大的二级冷头制冷功率，要求一级制冷机冷头具有77K左右制冷功率大和变化平稳的特点；

其中，吸附阵外表面为镀镍表面，吸附阵内表面粘接椰壳活性炭；

此外，为增大吸附面积，吸附阵在长方体表面增加翅片，且长方体沿泵轴线上下面敞开，增大了低温冷凝和吸附面积，可以大大提高低温泵抽速；

冷屏与泵壳连接处采用绝热结构，冷屏采用具有低温下较大热导率的纯铝制成；

温度传感器分别安装在吸附阵和障板上，连接结构采用机械紧固连接方式；

障板是百叶窗形板状结构，位于低温泵口位置；

障板面朝泵体的表面电镀亮镍、面朝吸附阵的表面要进行发黑处理；

一种大口径全制冷机型低温泵各组成部分的连接关系如下：

二级制冷机冷头与冷屏、障板和吸附阵相连，该制冷机通过法兰与泵壳相连，一级冷头与冷屏连接，二级冷头与吸附阵连接；温度传感器分别与吸附阵和障板相连；一级制冷机冷头与冷屏相连，制冷机通过法兰与泵壳相连。

一种大口径全制冷机型低温泵各组成部分的功能如下：

两台或两台以上的低温制冷机用来给吸附阵、冷屏及障板提供冷量，对冷屏和障板进行降温，达到低温泵泵壳为常温，障板和冷屏约为80K，吸附阵为20K以下的温度状态。使得障板、冷板对吸附阵的热防护。

吸附阵的功能是用以吸附氢气、氘为主的小分子量气体，用以提高低温泵的极限压力；吸附阵的镀镍表面功能是进行气体低温冷凝，吸附阵内表面粘接椰壳活性炭，用以进行气体低温吸附，吸附阵保持在20K以下，具有长时间的气体冷凝和吸附作用，从而达到抽除气体的功能；吸附阵在长方体表面增加翅片且长方体沿泵轴线上下面敞开的功能是增大吸附面积、增大低温冷凝和吸附面积以及提高低温泵抽速；吸附阵测温元件的功能是监测低温泵运行时吸附阵的温度状态；

冷屏采用纯铝制成。冷屏与泵壳机械连接，连接处采用绝热结构以防止形成从冷屏到泵壳的导热热桥。冷板外表面镀镍，内表面发黑；对水汽、氮气为主的大分子量气体进行低温冷凝，起到抽气作用；

障板为百叶窗形板状结构，要求其具有尽可能大的流导，并起到对吸附阵的热辐射屏蔽作用，使得被抽气体在被吸附板低温冷凝前至少与冷屏“碰撞”一次，起到对气体的预冷作用；障板与冷屏为机械连接，连接处尽可能增大连接处的导热截面积用来增加热导率，用以保持其80K左右的低温温度。

一种大口径全制冷机型低温泵各组成部分的安装过程如下：

所采用的一级低温制冷机和二级低温制冷机均通过法兰安装在泵壳上，和泵壳之间采用橡胶密封圈密封；

吸附阵安装在二级低温制冷机的二级冷头上，连接处垫金属铟片；

冷屏通过机械连接方式，直接连接到二级低温制冷机一级冷头和一级低温制冷机单级冷头上，连接处垫金属铟片；

吸附阵上安装有吸附阵测温元件；

障板通过螺钉固定在冷屏端面连接装置上，与低温泵口位置齐平；

障板上也安装有障板测温元件。

有益效果

一种大口径全制冷型低温泵，与现有制冷低温泵设备采用的技术相比，具有如下有益效果：

1.本发明所述的制冷型低温泵具有大抽速的优势；

2.本发明所述的制冷型低温泵具有无油洁净真空的优点；

3.本发明所述的制冷型低温泵采用工业电为动能，具有配置简单的特点；

4.本发明所述的制冷机低温泵具有操作简便的优势。

附图说明

图1为本发明一种大口径全制冷型低温泵的整体结构图；

图2为本发明一种大口径全制冷型低温泵的吸附阵俯视图；

一级低温制冷机1、二级低温制冷机2、一级低温制冷机3、泵壳4、冷屏5、障板6、吸附阵7、障板测温元件8、吸附阵测温元件9组成。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进行详细阐述。

实施例1

本实施例叙述了本发明低温泵的整体结构及具体实施。

如图1和图2所示，分别为本发明的整体结构图及吸附阵的俯视图，即本发明的基本形式。图1中，本发明所述的低温泵由一级低温制冷机1、二级低温制冷机2、一级低温制冷机3、泵壳4、冷屏5、障板6、吸附阵7、障板测温元件8、吸附阵测温元件9组成。

具体到本实例，泵壳4内径为Ф1250mm、直段长850mm，带有标准法兰机械连接界面的壳体；二级低温制冷机2通过法兰安装在泵壳4上，采用橡胶密封圈密封安装；吸附阵7安装在二级低温制冷机2的二级冷头上，接触部分采用铟垫片，吸附阵7是由1.5mm厚无氧铜铆接而成，在长方体吸附阵结构4个侧面表面增加4组翅片，且长方体沿泵轴线上下面敞开，这样可增大低温冷凝面积，吸附阵外表面镀镍，内表面粘接椰壳活性炭。吸附阵7上安装有测温元件9，以便监测低温泵运行时吸附阵的温度指标。测温元件的测量范围为10K～400K，精度为±1K。冷屏5由2mm厚超纯铝加工而成，外表面(朝向泵壳的)表面镀镍，内表面(朝向吸附阵的)表面喷黑漆，并由螺钉固定在低温制冷机2的一级冷头上，冷屏5同时也安装在一级制冷机1、一级制冷机3的单级冷头上，接触部分采用铟垫片。一级制冷机1和一级制冷机3通过法兰分别连接在泵壳4上。障板6安装冷屏5上，障板6宽厚1.5mm，百叶窗型结构，外表面镀镍，内表面发黑，障板6上安装有障板测温元件8，以便监测低温泵运行时障板6的温度指标。测温元件的测量范围为40K～400K，精度为±1K。

实施例2

本实施例描述了采用一台二级低温制冷机和两台一级低温制冷机组成的一种大口径全制冷机型低温泵。可以根据低温泵的口径需要和抽速要求选择低温制冷机的规格和数量，采用实施例中描述的方法，研制满足实际需要的全制冷机型低温泵。

上述本申请的内容结合附图实例描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些也视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大口径全制冷型低温泵，其特征在于：由低温制冷机、泵壳、冷屏、障板、吸附阵、温度传感器、障板测温元件以及吸附阵测温元件组成；

其中，低温制冷机包含一级制冷机和二级制冷机；至少包含两台及以上低温制冷机，包含并不少于一台二级制冷冷头和不少于一台一级制冷冷头，并根据低温泵抽速要求确定低温制冷机数量和类型；

根据低温泵的法兰尺寸和抽速，计算确定低温泵的配置及数量，必然包含但不少于一台二级制冷机冷头和不少于一台二级制冷机冷头，要求二级制冷机冷头具有较大的二级冷头制冷功率，要求一级制冷机冷头具有77K左右制冷功率大和变化平稳的特点；

其中，吸附阵外表面为镀镍表面，吸附阵内表面粘接椰壳活性炭；

此外，为增大吸附面积，吸附阵在长方体表面增加翅片，且长方体沿泵轴线上下面敞开，增大了低温冷凝和吸附面积，可以大大提高低温泵抽速；

冷屏与泵壳连接处采用绝热结构，冷屏采用具有低温下较大热导率的纯铝制成；

温度传感器分别安装在吸附阵和障板上，连接结构采用机械紧固连接方式；

障板是百叶窗形板状结构，位于低温泵口位置；

障板面朝泵体的表面电镀亮镍、面朝吸附阵的表面要进行发黑处理；

冷屏采用纯铝制成，冷板外表面镀镍，内表面发黑。

2.根据权利要求1所述的一种大口径全制冷型低温泵，其特征在于：一种大口径全制冷机型低温泵各组成部分的连接关系如下：

二级制冷机冷头与冷屏、障板和吸附阵相连，该制冷机通过法兰与泵壳相连，一级冷头与冷屏连接，二级冷头与吸附阵连接；温度传感器分别与吸附阵和障板相连，一级制冷机冷头与冷屏相连，制冷机通过法兰与泵壳相连。

3.根据权利要求1所述的一种大口径全制冷型低温泵，其特征在于：该低温泵各组成部分的功能如下：

两台或两台以上的低温制冷机用来给吸附阵、冷屏及障板提供冷量，对冷屏和障板进行降温，达到低温泵泵壳为常温，障板和冷屏约为80K，吸附阵为20K以下的温度状态；使得障板、冷屏对吸附阵进行热防护；

吸附阵的功能是用以吸附氢气、氘为主的小分子量气体，用以提高低温泵的极限压力；吸附阵的镀镍表面功能是进行气体低温冷凝，吸附阵内表面粘接椰壳活性炭，用以进行气体低温吸附，吸附阵保持在20K以下，具有长时间的气体冷凝和吸附作用，从而达到抽除气体的功能；吸附阵在长方体表面增加翅片且长方体沿泵轴线上下面敞开的功能是增大吸附面积、增大低温冷凝和吸附面积以及提高低温泵抽速；吸附阵测温元件的功能是监测低温泵运行时吸附阵的温度状态；

冷屏与泵壳机械连接，连接处采用绝热结构以防止形成从冷屏到泵壳的导热热桥；冷屏对水汽、氮气为主的大分子量气体进行低温冷凝，起到抽气作用；

障板为百叶窗形板状结构，要求其具有尽可能大的流导，并起到对吸附阵的热辐射屏蔽作用，使得被抽气体在被吸附板低温冷凝前至少与冷屏“碰撞”一次，起到对气体的预冷作用；障板与冷屏为机械连接，连接处尽可能增大连接处的导热截面积用来增加热导率，用以保持其80K左右的低温温度。

4.根据权利要求1所述的一种大口径全制冷型低温泵，其特征在于：该低温泵各组成部分的安装过程如下：

所采用的一级低温制冷机和二级低温制冷机均通过法兰安装在泵壳上，和泵壳之间采用橡胶密封圈密封；

吸附阵安装在二级低温制冷机的二级冷头上，连接处垫金属铟片；

冷屏通过机械连接方式，直接连接到二级低温制冷机一级冷头和一级低温制冷机单级冷头上，连接处垫金属铟片；

吸附阵上安装有吸附阵测温元件；

障板通过螺钉固定在冷屏端面连接装置上，与低温泵口位置齐平；障板上也安装有障板测温元件。