CN112302903A - 一种改进型低温泵结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型低温泵结构，包括多片挡板，从上往下都有间隙通道，挡板之间互相遮挡，径向不能直线穿透，允许防辐射屏蔽筒外部的气体进入内部，进而到达二级冷伞表面被冷凝或者吸附；消除了低温泵内部的局部高压，减小了低温泵的极限压力，由此也增加了低温泵对Ⅱ类气体的抽气速度；并且防辐射屏蔽筒外部的气体可以到达二级冷伞下部分，在二级冷伞下侧几层冷伞片上冷凝，使得二级冷伞下侧几层冷伞片的低温表面能够冷凝更多的气体，二级冷伞的所有冷伞片低温表面得到更充分的利用；低温泵对Ⅱ类气体的抽气容量增加，减少了低温泵的再生频次。

Description

一种改进型低温泵结构

技术领域

本发明涉及低温泵技术领域，尤其涉及一种改进型低温泵结构。

背景技术

低温泵是通过制冷机膨胀制冷产生超低温表面，并利用超低温表面冷凝或吸附气体的一种高真空泵。

一台典型的低温泵结构，如图1所示，主要包括腔体10、防辐射屏蔽筒20、防辐射挡板30、二级冷伞40、双级制冷机50。其中，防辐射屏蔽桶20和防辐射挡板30连接固定在双级制冷机50的第一级冷头处，二级冷伞40连接固定在双级制冷机50的第二级冷头处。

防辐射屏蔽筒20采用的是一个圆筒形的结构，其底部或者侧面与双级制冷机50的第一级冷头连接，其顶部与防辐射挡板30连接。防辐射屏蔽筒20，通常是一个旋压或冲压而成的整体圆筒形状，或者由圆形底板加环形侧壁卷圆焊接而成。对于具备立式制冷机的低温泵结构(即双级制冷机50中心轴与腔体10中心轴平行或重合)，防辐射屏蔽筒20的底面与双级制冷机50的第一级冷头连接。对于具备卧式制冷机的低温泵结构(即双级制冷机50中心轴与腔体10中心轴垂直)，防辐射屏蔽筒20侧面与双级制冷机50的第一级冷头连接。本文所有低温泵示意图，都是默认具备立式制冷机的低温泵结构。

低温泵工作时，双级制冷机50通过膨胀制冷原理产生冷量，使得第一级冷头和与之连接的防辐射屏蔽筒20和防辐射挡板30温度维持在大约50～100K，使得第二级冷头和与之连接的二级冷伞40温度维持在大约10～20K。

与温度对应的，空间中的沸点较高的水蒸气等气体，称为Ⅰ类气体，在防辐射屏蔽筒20和防辐射挡板30表面被冷凝。沸点较低的氮气、氧气、氩气等气体，称为Ⅱ类气体，在二级冷伞40外表面被冷凝。不能冷凝的氢气等气体，称为Ⅲ类气体，被二级冷伞40内表面粘接的活性炭吸附。

低温泵连续工作一段时间后，内部捕集(包括低温冷凝和低温吸附)的气体过多，低温泵将不能维持所要求的压力。此时需要对低温泵进行再生，即通过加热或者自然升温方式，释放内部捕集的各类气体。做完再生的低温泵，将恢复初始抽气性能。

如图2所示，空间中的气体由腔体10口部进入低温泵内部，Ⅰ类气体(水蒸气)被防辐射屏蔽筒20和防辐射挡板30表面冷凝。绝大部分Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)，经由A路径与B路径，穿过防辐射挡板30间隙，到达防辐射屏蔽筒20内部，进入辐射屏蔽筒20内部，然后到达二级冷伞40上部分，特别是最上侧几层冷伞片，并在二级冷伞40上侧几层冷伞片上冷凝。相对而言，气体较难到达二级冷伞40下半部分，所以二级冷伞40每一层冷伞片的冷凝气体量，越往下越少。随着气体在二级冷伞40上部分冷凝达到饱和，低温泵也将必须开始再生。因此冷伞下侧几层冷伞片没有被充分有效利用。

空间中的少部分气体，经由C路径到达防辐射屏蔽筒20与低温泵腔体10之间的间隙。因为腔体10内表面温度接近常温300K(27℃)，而防辐射屏蔽筒20外表面温度大约50～100K。气体进入该间隙空间以后，仅Ⅰ类气体(水蒸气)可以被防辐射屏蔽筒20外表面冷凝，其余的Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)和Ⅲ类气体(氢气)等不能被冷凝或吸附，这部分气体又难以到达防辐射屏蔽筒20内部，这会造成低温泵内局部空间压力较高，也造成低温泵内部极限压力升高。

以上两个原因限制了低温泵对Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)的抽气容量，进而减短了低温泵的周期运行寿命，并增加了低温泵再生频次。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中低温泵对Ⅱ类气体的抽气容量不足，进而造成低温泵的周期运行寿命减短，低温泵再生频次增加的问题，而提出的一种改进型低温泵结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种改进型低温泵结构，包括防辐射屏蔽筒，防辐射屏蔽筒的底部或者侧面与双级制冷机的第一级冷头连接，防辐射屏蔽筒的顶部与防辐射挡板连接，所述防辐射屏蔽筒包括多片挡板，所述多片挡板在竖直方向上层叠或者以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，多片挡板之间互相遮挡，在防辐射屏蔽筒的径向形成间隙通道，但不能直线穿透。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片锥状环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片锥状环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片锥状环形挡板焊接为一体。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片带裙边蝶形底板、多片带裙边锥状环形挡板，以及数片条形筋板；一片带裙边蝶形底板位于底部，多片带裙边锥状环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片带裙边锥状环形挡板焊接为一体；所述带裙边锥状环形挡板的裙边设置为朝内、朝外、朝上或者朝下。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片V型截面环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片V型截面环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片V型截面环形挡板焊接为一体；所述V型截面环形挡板的V型开口设置为朝上或者朝下。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片“<”型截面环形挡板、多片直径稍小的“>”型截面环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片“<”型截面环形挡板在竖直方向往上叠加、位于外圈，多片直径稍小的“>”型截面环形挡板在竖直方向往上叠加、位于内圈，“<”型截面环形挡板与直径稍小的“>”型截面环形挡板上下错落分布，数片条形筋板将多片“<”型截面环形挡板和多片直径稍小的“>”型截面环形挡板焊接为一体。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片片状竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片片状挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片片状竖挡板焊接为一体。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片V型截面竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片V型截面竖挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片V型截面竖挡板焊接为一体。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片片状竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片片状竖挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，分为两层以上，互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片片状竖挡板焊接为一体。

优选的，所述防辐射屏蔽筒包括一个侧壁多孔型的屏蔽筒、以及多片片状挡板；所述屏蔽筒的侧壁开通孔，每个通孔配一片片状挡板，片状挡板与屏蔽筒的侧壁成角度，片状挡板的形状与侧壁通孔的形状对应，片状挡板固定在屏蔽筒的侧壁孔处或者使屏蔽筒与片状挡板做成一体。

由于采用上述方案，本发明的有益效果为：

本发明的防辐射屏蔽筒侧面，由多片挡板组成，从上往下都有间隙通道，挡板之间互相遮挡，径向不能直线穿透，但是允许防辐射屏蔽筒外部的气体进入内部，进而到达二级冷伞表面被冷凝或者吸附。低温泵腔体和防辐射屏蔽筒之间的Ⅱ类气体能够被冷凝，消除了低温泵内部的局部“高”压，减小了低温泵的极限压力，由此也增加了低温泵对Ⅱ类气体的抽气速度。并且防辐射屏蔽筒外部的气体可以到达二级冷伞下部分，在二级冷伞下侧几层冷伞片上冷凝，使得二级冷伞下侧几层冷伞片的低温表面能够冷凝更多的气体，二级冷伞的所有冷伞片低温表面得到更充分的利用。低温泵对Ⅱ类气体的抽气容量将会增加，即低温泵相对于旧结构可以正常运行更长时间，减少了低温泵的再生频次。

本发明也适用于矩形或者其它不规则形状的低温泵的防辐射屏蔽筒。

本发明新的防辐射屏蔽筒，适用于具备立式制冷机的低温泵结构(即双级制冷机中心轴与腔体中心轴平行或者重合)，同时也适用于具备卧式制冷机的低温泵结构(即双级制冷机中心轴与腔体中心轴垂直)。

附图说明

图1是典型的低温泵的结构图。

图2是典型的低温泵的气体路径图。

图3是本发明第一种实施例的结构图。

图4是本发明第一种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图5是本发明第一种实施例的气体路径图。

图6是本发明第二种实施例的结构图。

图7是本发明第二种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图8是本发明第三种实施例的结构图。

图9是本发明第三种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图10是本发明第四种实施例的结构图。

图11是本发明第四种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图12是本发明第五种实施例的俯视结构图。

图13是本发明第五种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图14是本发明第六种实施例的俯视结构图。

图15是本发明第六种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图16是本发明第七种实施例的俯视结构图。

图17是本发明第七种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

图18是本发明第八种实施例的俯视结构图。

图19是本发明第八种实施例中防辐射屏蔽筒的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

【实施例1】

本发明的低温泵结构，如图3所示，采用了与图1所示不同结构的防辐射屏蔽筒21。本发明的防辐射屏蔽筒21的安装位置和安装方式，与原防辐射屏蔽筒20一样，也是底部或者侧面与双级制冷机50的第一级冷头连接，其顶部与防辐射挡板30连接。

本发明的防辐射屏蔽筒21，如图4(剖视图)所示，由一片蝶形底板213、多片锥状环形挡板211，以及数片条形筋板212连接组成。一片蝶形底板213位于底部，多片锥状环形挡板211在竖直方向往上叠加，并由数片条形筋板焊接为一体。蝶形底板213和锥状环形挡板211可以由旋压或者冲压而成，也可以拼焊而成。条形筋板212由线切割或激光切割等方式加工而成。

新的防辐射屏蔽筒21，与旧防辐射屏蔽筒20总体高度一样。与旧的防辐射屏蔽筒20一样，防辐射屏蔽筒21底部，即蝶形底板213，设有与双级制冷机50的第一级冷头连接的安装孔。或者也可以根据低温泵制冷机立式或者卧式需要，将该安装孔设在防辐射屏蔽筒21侧面。并且与旧的防辐射屏蔽筒20一样，在防辐射屏蔽筒21顶部位置，设置安装孔，以螺钉或铆钉等形式与防辐射挡板30挡板连接。

工作原理：如图5所示，这种结构的防辐射屏蔽筒21，相对于原防辐射屏蔽筒20，在侧面留有从防辐射屏蔽筒21外部到防辐射屏蔽筒21内部的间隙通道，可以允许防辐射屏蔽筒21与低温泵腔体10之间不能被冷凝的气体，经由新的C路径，到达防辐射屏蔽筒21内部，进而到达二级冷伞40表面被冷凝或者吸附。

低温泵腔体10和防辐射屏蔽筒21之间的Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)能够被冷凝，消除了低温泵内部的局部“高”压，减小了低温泵的极限压力，由此也增加了低温泵对Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)的抽气速度。

并且因为防辐射屏蔽筒21从上往下都有间隙通道，防辐射屏蔽筒21外部的气体可以进入防辐射屏蔽筒21内部，这部分气体可以到达二级冷伞40下部分，在二级冷伞40下侧几层冷伞片上冷凝。相对于旧的防辐射屏蔽筒20结构，新的防辐射屏蔽筒21结构，使得二级冷伞40下侧几层冷伞片的低温表面能够冷凝更多的气体，二级冷伞40的所有冷伞片低温表面得到更充分的利用。

低温泵对Ⅱ类气体(氮气、氧气、氩气等)的抽气容量将会增加，即低温泵相对于旧结构可以正常运行更长时间，减少了低温泵的再生频次。

【实施例2】

如图6、图7(剖视图)所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成22形式。由一片带裙边蝶形底板223、多片带裙边锥状环形挡板221，以及数片条形筋板222连接组成。此方案带裙边锥状环形221的裙边可以朝内，也可以朝外，可以朝上，也可以朝下。

【实施例3】

如图8、图9(剖视图)所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成23形式。由一片蝶形底板233、多片V型截面环形挡板231，以及数片条形筋板232连接组成。此方案V型开口也可以设置为朝下。

【实施例4】

如图10、图11(剖视图)所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成24形式。由一片蝶形底板244、多片“<”型截面环形挡板242，多片直径稍小的“>”型截面环形挡板243，以及数片条形筋板241连接组成，“<”型截面环形挡板242与直径稍小的“>”型截面环形挡板243上下错落分布。

【实施例5】

如图12、图13所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成25形式。由一片圆形底板253、多片片状竖挡板251，以及数片环形筋板252连接组成。片状挡板251，以低温泵腔体10中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透。

【实施例6】

如图14、图15所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成25形式。由一片圆形底板263、多片V型截面竖挡板261，以及数片环形筋板262连接组成。V型截面竖挡板261，以低温泵腔体10中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透。

【实施例7】

如图16、图17所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成27形式。由一片圆形底板273、多片片状竖挡板271，以及数片环形筋板272连接组成。片状竖挡板271，以低温泵腔体10中心轴为中心环形阵列分布，分内外两层，互相遮挡，径向不能直线穿透。这种防辐射屏蔽筒，也可以做成内外多于两层的结构。

【实施例8】

如图18、图19所示，本发明的防辐射屏蔽筒也可以做成28形式。由一个侧壁多孔型的屏蔽筒281、多片片状挡板282组成。在屏蔽筒281侧壁开很多通孔(可以是方孔，也可以是圆孔，或其他不规则形状的通孔)，每个通孔配一片片状挡板282，与侧壁成一定角度，片状挡板282的形状与侧壁通孔的形状对应，片状挡板282以焊接、铆钉连接、螺钉连接等形式固定在屏蔽筒281的侧壁孔处，也可以采用冲压等工艺使屏蔽筒281与片状挡板282做成一体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改进型低温泵结构，包括防辐射屏蔽筒，防辐射屏蔽筒的底部或者侧面与双级制冷机的第一级冷头连接，防辐射屏蔽筒的顶部与防辐射挡板连接，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括多片挡板，所述多片挡板在竖直方向上层叠或者以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，多片挡板之间互相遮挡，在防辐射屏蔽筒的径向形成间隙通道，但不能直线穿透。

2.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片锥状环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片锥状环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片锥状环形挡板焊接为一体。

3.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片带裙边蝶形底板、多片带裙边锥状环形挡板，以及数片条形筋板；一片带裙边蝶形底板位于底部，多片带裙边锥状环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片带裙边锥状环形挡板焊接为一体；所述带裙边锥状环形挡板的裙边设置为朝内、朝外、朝上或者朝下。

4.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片V型截面环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片V型截面环形挡板在竖直方向往上叠加，数片条形筋板将多片V型截面环形挡板焊接为一体；所述V型截面环形挡板的V型开口设置为朝上或者朝下。

5.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片蝶形底板、多片“<”型截面环形挡板、多片直径稍小的“>”型截面环形挡板，以及数片条形筋板；一片蝶形底板位于底部，多片“<”型截面环形挡板在竖直方向往上叠加、位于外圈，多片直径稍小的“>”型截面环形挡板在竖直方向往上叠加、位于内圈，“<”型截面环形挡板与直径稍小的“>”型截面环形挡板上下错落分布，数片条形筋板将多片“<”型截面环形挡板和多片直径稍小的“>”型截面环形挡板焊接为一体。

6.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片片状竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片片状挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片片状竖挡板焊接为一体。

7.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片V型截面竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片V型截面竖挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，且互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片V型截面竖挡板焊接为一体。

8.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一片圆形底板、多片片状竖挡板，以及数片环形筋板；一片圆形底板位于底部，多片片状竖挡板以低温泵腔体中心轴为中心环形阵列分布，分为两层以上，互相遮挡，径向不能直线穿透，数片环形筋板将多片片状竖挡板焊接为一体。

9.根据权利要求1所述的一种改进型低温泵结构，其特征在于，所述防辐射屏蔽筒包括一个侧壁多孔型的屏蔽筒、以及多片片状挡板；所述屏蔽筒的侧壁开通孔，每个通孔配一片片状挡板，片状挡板与屏蔽筒的侧壁成角度，片状挡板的形状与侧壁通孔的形状对应，片状挡板固定在屏蔽筒的侧壁孔处或者使屏蔽筒与片状挡板做成一体。

Images