CN221125886U - 电子束窗口结构以及包括其的电子束灭菌装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的实施例提供一种电子束窗口结构以及包括其的电子束灭菌装置。所述电子束窗口结构包括：冷却垫，中心处具有缺口；金属箔，位于所述冷却垫的所述缺口内并密封地连接到所述冷却垫；以及刀口密封组件，包括第一密封部件和第二密封部件，所述第一密封部件位于所述冷却垫的上侧，所述第二密封部件位于所述冷却垫的下侧，所述第一密封部件和所述冷却垫之间以及所述冷却垫和所述第二密封部件之间通过刀口密封方式密封连接。根据本实用新型的实施例的电子束窗口结构设计有利于电子束窗口结构的制造和后期单独更换，提高了电子束灭菌装置的装配便利性和可维护性。
Description
技术领域
本实用新型涉及消毒灭菌技术领域，尤其涉及一种电子束窗口结构以及包括所述电子束窗口结构的电子束灭菌装置。
背景技术
电子束灭菌装置可用于电子辐射物体表面，通过电子束照射对待处理的物体表面进行消毒、灭菌等，在食品包装行业应用较为广泛。使用电子束消毒、灭菌可避免湿化学的方法，减少设备总体投入，安全性也更高。电子束灭菌装置一般由钨灯丝、供电装置和窗口组成。在通电时，钨灯丝向外发射电子，该电子经过高真空环境被加速器加速，透过窗口到达电子束灭菌装置的外侧。电子轰击需要消毒物体的表面，并释放能量。电子束窗口一般由一层可透过电子的金属箔制成，该金属箔直接跟电子束灭菌装置的壳体封接来维持内部的高真空。冷却垫支撑在金属箔内侧，呈网格状，以防止抽高真空时金属箔窗口失效。冷却垫与金属箔窗口直接接触，可导走装置运行过程中沉积在金属箔窗口上的热量。
现有的电子束灭菌装置的窗口的设计中，窗口组件与装置壳体之间采用钎焊或氩弧焊的方式进行封接。这些封接方式的工艺流程复杂，制造成本高，不利于更换回收。在金属箔窗口已钎焊完毕的情况下，后续的钎焊或者氩弧焊可能造成金属箔窗口的高温氧化，脆化并失效，这对产品的使用寿命和可靠性来说是致命的。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的实施例提供一种电子束窗口结构以及包括所述电子束窗口结构的电子束灭菌装置，通过将电子束窗口结构独立出来，有利于电子束窗口结构的制造和后期单独更换，提高了电子束灭菌装置的装配便利性和可维护。
根据本实用新型的一个方面，提供一种电子束窗口结构。所述电子束窗口结构包括：冷却垫，中心处具有缺口；金属箔，位于所述冷却垫的所述缺口内并密封地连接到所述冷却垫；以及刀口密封组件，包括第一密封部件和第二密封部件，所述第一密封部件位于所述冷却垫的上侧，所述第二密封部件位于所述冷却垫的下侧，所述第一密封部件和所述冷却垫之间以及所述冷却垫和所述第二密封部件之间通过刀口密封方式密封连接。
可选地，所述第一密封部件和所述第二密封部件为CF法兰。
可选地，所述冷却垫的所述缺口内设有用于支撑所述金属箔的支撑梁。
可选地，所述冷却垫由具有高导热性和高延展性的金属或其合金制成。
可选地，所述金属箔由低原子序数金属或其合金制成。
可选地，所述金属箔通过钎焊的方式焊接到所述冷却垫。
可选地，所述钎焊的钎焊焊料为AgCuIn合金，钎焊温度为500℃至750℃，钎焊真空度为5×10-3Pa。
可选地，AgCuIn合金中Cu的质量百分数为20％-30％，In的质量百分数为5％-20％，剩余为Ag。
可选地，所述金属箔通过扩散焊接的方式焊接到所述冷却垫。
可选地，所述扩散焊接在真空度低于1x10-3Pa的真空气氛中进行，温度为800℃至950℃，所述金属箔与所述冷却垫之间的结合压强在2Mpa至4Mpa。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种电子束灭菌装置。所述电子束灭菌装置包括：外壳，具有腔室；灯丝，位于所述腔室内，用于发射电子束；以及电子束窗口结构，所述电子束窗口结构位于所述外壳的底部，用于允许所述灯丝发射的所述电子束通过所述电子束窗口结构的金属箔。其中，所述电子束窗口结构包括：冷却垫，中心处具有缺口；金属箔，位于所述冷却垫的所述缺口内并密封地连接到所述冷却垫；以及刀口密封组件，包括第一密封部件和第二密封部件，所述第一密封部件位于所述冷却垫的上侧，所述第二密封部件位于所述冷却垫的下侧，所述第一密封部件和所述冷却垫之间以及所述冷却垫和所述第二密封部件之间沟通过刀口密封方式密封连接。
可选地，所述第一密封部件和所述第二密封部件为CF法兰。
可选地，所述冷却垫的所述缺口内设有用于支撑所述金属箔的支撑梁。
可选地，所述冷却垫由具有高导热性和高延展性的金属或其合金制成。
可选地，所述金属箔由低原子序数金属或其合金制成。
可选地，所述金属箔通过钎焊的方式焊接到所述冷却垫。
可选地，所述金属箔通过扩散焊接的方式焊接到所述冷却垫。
可选地，所述电子束灭菌装置还包括封接过渡环，所述封接过渡环用于连接所述外壳和所述电子束窗口结构。
可选地，所述封接过渡环采用可伐合金制成。
可选地，所述外壳和所述封接过渡环以及所述封接过渡环和所述电子束窗口结构之间通过真空钎焊、氩弧焊、激光焊或电子束焊形成密封。
可选地，所述电子束灭菌装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩位于所述腔室内，用于遮蔽所述外壳和所述封接过渡环之间的密封面以及所述封接过渡环和所述电子束窗口结构之间的密封面。
可选地，所述屏蔽罩采用304不锈钢、纯镍或不锈钢镀镍材料制成。
可选地，所述电子束灭菌装置还包括电源，用于向所述灯丝提供电流。
可选地，所述外壳采用硼硅玻璃制成。
可选地，所述金属箔位于所述腔室内的一侧具有导热性镀层，所述金属箔位于所述腔室外的一侧具有抗氧化耐腐蚀涂层。
可选地，所述电子束窗口结构的冷却垫的外周部设有散热翅片。
与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：
根据本实用新型的实施例，所述电子束窗口结构包括：冷却垫，中心处具有缺口；金属箔，位于所述冷却垫的所述缺口内并密封地连接到所述冷却垫；以及刀口密封组件，所述法兰组件包括第一密封部件和第二密封部件，所述第一密封部件位于所述冷却垫的上侧，所述第二密封部件位于所述冷却垫的下侧，所述第一密封部件和所述冷却垫之间以及所述冷却垫和所述第二密封部件之间沟通过刀口密封方式密封连接。根据本实用新型的实施例的电子束窗口结构设计有利于电子束窗口结构的制造和后期单独更换，提高了电子束灭菌装置的装配便利性和可维护性。
根据本实用新型的实施例，通过所述第一密封部件和所述第二密封部件挤压所述冷却垫，使所述冷却垫变形而达到密封真空的目的，所述冷却垫作为金属密封垫圈使用，所述冷却垫能够延伸至设备外罩，浸泡在绝缘油中，有利于所述金属箔的散热。
根据本实用新型的实施例，整个电子束窗口结构的制造工艺简单，将电子束窗口结构独立出来，避免对金属箔造成氧化影响。并且，所述冷却垫能够起到三个作用：支撑、冷却、充当垫片被所述刀口密封组件咬合密封。该电子束窗口结构设计有利于后期单独更换，解决了装配便利性，可维护更换性，同时有助于提高散热性能。
附图说明
本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记表示相同或相似的部件，其中：
图1示出了根据本实用新型的一个实施例的电子束灭菌装置的结构示意图；
图2示出了图1中的电子束灭菌装置的横截面剖视图；以及
图3示出了图1中的电子束灭菌装置的电子束窗口结构的冷却垫和金属箔的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本实用新型的各种实施例进行描述。然而，应理解的是，并不旨在将本实用新型限于本文所公开的特定形式；相反，本实用新型应该被理解为涵盖本实用新型的实施例的各种改进例、等效例和/或替代例。在对附图进行描述时，相同的附图标记可以用于表示相同的元件。
当在本文中使用时，“具有”、“可以具有”、“包括”和“可以包括”的表述表示对应特征(例如，数字、功能、操作、或者诸如部件的构成元件)的存在，并且并不排除一个或多个附加特征。
在本实用新型的各种实施例中使用的“第一”、“第二”、“该第一”、和“该第二”的表述可以修饰各种部件(而不论其顺序和/或重要性)，但并不限制对应部件。例如，第一装置和第二装置指示不同的装置，但其均是装置。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本实用新型的范围。
应理解的是，当元件(例如，第一元件)被表示为(可操作地或者可通信地)“连接”或者“耦合”至另一元件(例如，第二元件)时，其可以直接地连接或耦合至另一元件，或者任何其它元件(例如，第三元件)可以介于其间。相反地，可以理解的是，当元件(例如，第一元件)被表示为“直接地连接”或者“直接地耦合”至另一元件(第二元件)时，在其之间没有插入元件(例如，第三元件)。
如背景技术所述，现有的电子束灭菌装置的窗口的设计中，窗口组件与装置壳体之间采用钎焊或氩弧焊的方式进行封接。这些封接方式的工艺流程复杂，制造成本高，不利于更换回收。在金属箔窗口已钎焊完毕的情况下，后续的钎焊或者氩弧焊可能造成金属箔窗口的高温氧化，脆化并失效，这对产品的使用寿命和可靠性来说是致命的。
为此，本实用新型的实施例提供一种电子束窗口结构，包括：冷却垫，中心处具有缺口；金属箔，位于冷却垫的缺口内并密封地连接到冷却垫；以及刀口密封组件，包括第一密封部件和第二密封部件，第一密封部件位于冷却垫的上侧，第二密封部件位于冷却垫的下侧，第一密封部件和冷却垫之间以及冷却垫和第二密封部件之间沟通过刀口密封方式密封连接。通过第一密封部件和第二密封部件挤压冷却垫，使冷却垫变形而达到密封真空的目的。
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
图1示出了根据本实用新型的一个实施例的电子束灭菌装置100的结构示意图，图2示出了图1中的电子束灭菌装置100的横截面剖视图。
具体地，电子束灭菌装置100包括外壳10、灯丝20以及电子束窗口结构30。外壳10为大致筒状结构，外壳10具有腔室11，例如真空腔室，在操作期间，腔室11借助真空泵被连续地抽真空。灯丝20位于外壳10的腔室11内，在灯丝20被加热至高温时，会导致灯丝20发射电子束。灯丝20可例如由钨制成。通过在腔室11内施加加速电压，灯丝20发射的电子束被加速朝向电子束窗口结构30。电子束窗口结构30固定到外壳10的底部，用于允许电子束通过电子束窗口结构30。
结合图3中所示，电子束窗口结构30包括冷却垫31、金属箔32和刀口密封组件40。冷却垫31中心处具有缺口311，金属箔32位于的缺口311内。金属箔32例如通过焊接等方式密封地连接到冷却垫31。灯丝22产生的电子束在腔室11内加速，通过金属箔32射出并朝向待处理的物体表面。在图示的实施例中，金属箔32具有矩形形状，在其他的实施例中，金属箔32还可以具有圆形、三角形或其他形状，本实用新型对此不作限制。冷却垫31能够延伸至设备外罩，浸泡在绝缘油中，有利于金属箔32的散热。
刀口密封组件40用于将冷却垫31固定到外壳10。刀口密封组件40包括第一密封部件41和第二密封部件42，第一密封部件41位于冷却垫31的上侧，第二密封部件42位于冷却垫31的下侧，第一密封部件41和冷却垫31之间以及冷却垫31和第二密封部件42之间过刀口密封方式密封连接。该电子束灭菌装置100采用了非焊接的刀口密封结构，具有很好的散热性能。
第一密封部件41和第二密封部件42可以选用标准CF法兰加工制成，CF法兰的内侧有凸起的锋利刀口，冷却垫31作为金属密封垫圈使用，通过第一密封部件41和第二密封部件42挤压冷却垫31，使冷却垫31变形而达到密封真空的目的，第一密封部件41和第二密封部件42之间可以通过螺母锁紧固定。第一密封部件41和第二密封部件42可以采用标准的圆形CF法兰密封，也可以采用其他异形的法兰实现刀口密封，比如椭圆形，矩形等。
在一些实施例中，冷却垫31可具有大约0.2mm-10mm的厚度，金属箔32可具有大约5μm至25μm的厚度，设置这样薄的金属箔32的主要目的在于能使得灯丝20发射出来的电子束能够穿透该金属箔32，实现对待处理的物体表面杀菌、消毒等。冷却垫31既可以嵌入第一密封部件41和第二密封部件41之间，也可以从装置内部延伸至装置外部，例如图2中所示。装置外部的冷却垫可以做一体或钎焊上散热翅片，浸泡在绝缘油之中，进一步提高窗口的散热效率。
需要说明是，这里的电子束能够打在金属箔32的表面进行透射，但是并不会影响腔室11的真空状态，即金属箔32的存在既能够有效地保证腔室11内的真空状态，又能够使得灯丝20发射出来的电子束顺利地透射。
在一些实施例中，冷却垫31的缺口311内设有用于支撑金属箔32的支撑梁312。在图示的实施例中，设置了3个支撑梁312，在其他的实施例中，还可以设置其他数目的支撑梁312。支撑梁312成条状，相对于金属箔32倾斜一定的角度布置，相邻的两个支撑梁312之间间隔相同的距离。支撑梁312能够对金属箔32提供稳固的支撑，防止在抽真空时破坏金属箔32。
在一些实施例中，冷却垫31由具有高导热性和高延展性的金属或其合金制成。例如，Cu、Ag等。在一些实施例中，金属箔32由低原子序数金属或其合金制成，例如Ti等。
在一些实施例中，金属箔32通过钎焊的方式焊接到冷却垫31。在一些实施例中，钎焊的钎焊焊料为AgCuIn合金，钎焊温度为500℃至750℃，钎焊真空度为5×10-3Pa。在一些实施例中，AgCuIn合金中Cu的质量百分数为20％-30％，In的质量百分数为5％-20％，剩余为Ag和不可避免的杂质。在其他的实施例中，金属箔32还可以通过真空钎焊、氩弧焊、激光焊或电子束焊接到冷却垫31。
在一些实施例中，金属箔32通过扩散焊接的方式焊接到冷却垫31。在一些实施例中，扩散焊接在真空度低于1x10-3Pa的真空气氛中进行，温度为800℃至950℃，金属箔32与冷却垫31之间的结合压强在2Mpa至4Mpa。
在一些实施例中，金属箔32的厚度为5-25um。在一些实施例中，金属箔32的内侧和/或外侧具有功能性涂层。内侧是指金属箔32位于腔室11内的一侧，外侧是指金属箔32位于腔室11外的一侧。
在一些实施例中，金属箔32的内侧可具有导热性镀层，例如Cu，Ag等，厚度为50nm-1um，例如可以通过物理气相沉积(PVD)方法形成。
在一些实施例中，金属箔32的外侧可具有抗氧化耐腐蚀涂层，例如Al2O3，SiO2，SiC等，厚度为50nm-200nm，例如可以通过物理气相沉积(PVD)方法形成。
根据本实用新型的实施例，电子束窗口结构30制造工艺简单，可被整体拆装，性能满足使用要求。其中，冷却垫31既对金属箔32起到支撑和冷却的作用，又可作为封接垫圈被两侧的CF法兰挤压。这里可以采用圆形CF法兰，也可以用除圆形之外的其他异形CF法兰刀口咬合，只要有刀口挤压密封即可。
在一些实施例中，电子束灭菌装置100还包括封接过渡环50，封接过渡环50用于连接外壳10和电子束窗口结构30。具体地，封接过渡环50的一端连接到外壳10，另一端连接到电子束窗口结构30的刀口密封组件40的第一密封部件41。
在一些实施例中，外壳10采用硼硅玻璃制成，具有良好的绝缘性。在一些实施例中，封接过渡环50采用Kovar(4J29)膨胀合金制成，外壳10的翻边结构也采用Kovar(4J29)膨胀合金制成。该合金在室温至450摄氏度与硅硼玻璃具有接近的膨胀系数，可以在氧化的情况下与熔融态的金属形成密封。
在一些实施例中，外壳10和封接过渡环50以及封接过渡环50和电子束窗口结构30的刀口密封组件40的第一密封部件41之间通过真空钎焊、氩弧焊、激光焊或电子束焊形成密封。
在一些实施例中，电子束灭菌装置100还包括屏蔽罩60，屏蔽罩60位于腔室11内，封接过渡环50环绕屏蔽罩60，屏蔽罩60可以通过真空钎焊、氩弧焊、激光焊或电子束焊接到刀口密封组件40的第一密封部件41。
在一些实施例中，屏蔽罩60采用304不锈钢、纯镍或不锈钢镀镍材料制成。采用不锈钢镀镍材料制成时，镀镍层的厚度为10-15微米。
屏蔽罩60用于遮蔽外壳10和封接过渡环50之间的密封面以及封接过渡环50和刀口密封组件40的第一密封部件41之间的密封面，防止腔室11内真空发射出的电子轰击到外壳10和封接过渡环50之间的密封面以及封接过渡环50和刀口密封组件40的第一密封部件41之间的密封面，使之失效破坏真空，起到保护作用。
在一些实施例中，电子束灭菌装置100还包括电源70，用于向灯丝20提供电流。在一些实施例中，电子束灭菌装置100的加速电压为80kV-120kV，输入电流约为2A-10A。
使用时，通过电源70向灯丝20通电，灯丝20在管电流的通过下升温，并向外发射热电子，热电子在加速电场的作用下穿过腔室11内真空(真空度低于5×10-7Pa)，到达电子束窗口结构30的金属箔32，热电子会穿透金属箔32，并有部分热量沉积在金属箔32上，冷却垫31一般为绝缘油浸泡的环境，热量会通过冷却垫31传递到电子束灭菌装置100之外。穿过金属箔32的电子会轰击待处理的物体表面，产生热量，对物体表面进行消毒、杀菌等。该装置辐射剂量一般可达15-25kGy，实现无菌快速消毒。
根据本实用新型的实施例，通过所述第一密封部件和所述第二密封部件挤压所述冷却垫，使所述冷却垫变形而达到密封真空的目的，所述冷却垫作为金属密封垫圈使用，所述冷却垫能够延伸至设备外罩，浸泡在绝缘油中，有利于所述金属箔的散热。
根据本实用新型的实施例，整个电子束窗口结构的制造工艺简单，将电子束窗口结构独立出来，避免对金属箔造成氧化影响。并且，所述冷却垫能够起到三个作用：支撑、冷却、充当垫片被所述刀口密封组件咬合密封。该电子束窗口结构设计有利于后期单独更换，解决了装配便利性，可维护更换性，同时有助于提高散热性能。
本文使用的术语仅用于描述本实用新型的某些实施例，并不旨在限制其他实施例的范围。单数表达可以包括复数表达，除非它们在上下文中明确不同。除非另有定义，本文中使用的所有术语具有与本实用新型所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。在一般使用的词典中定义的这些术语可以被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相等的含义，并且除非在本实用新型中明确定义，否则不被理解为具有理想或过于正式的含义。在一些情况下，甚至本实用新型中定义的术语也不应被解释为排除本实用新型的实施例。
以上已揭示本实用新型的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本实用新型的保护范围由权利要求所确定。
Claims (17)
1.一种电子束窗口结构，其特征在于，包括：
冷却垫，中心处具有缺口；
金属箔，位于所述冷却垫的所述缺口内并密封地连接到所述冷却垫；以及
刀口密封组件，包括第一密封部件和第二密封部件，所述第一密封部件位于所述冷却垫的上侧，所述第二密封部件位于所述冷却垫的下侧，所述第一密封部件和所述冷却垫之间以及所述冷却垫和所述第二密封部件之间通过刀口密封方式密封连接。
2.根据权利要求1所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述第一密封部件和所述第二密封部件为CF法兰。
3.根据权利要求2所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述冷却垫的所述缺口内设有用于支撑所述金属箔的支撑梁。
4.根据权利要求3所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述冷却垫由具有高导热性和高延展性的金属或其合金制成。
5.根据权利要求3所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述金属箔由低原子序数金属或其合金制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述金属箔通过钎焊的方式焊接到所述冷却垫。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电子束窗口结构，其特征在于，所述金属箔通过扩散焊接的方式焊接到所述冷却垫。
8.一种电子束灭菌装置，其特征在于，包括：
外壳，具有腔室；
灯丝，位于所述腔室内，用于发射电子束；以及
根据权利要求1至7中任一项所述的电子束窗口结构，所述电子束窗口结构位于所述外壳的底部，用于允许所述灯丝发射的所述电子束通过所述电子束窗口结构的金属箔。
9.根据权利要求8所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述电子束灭菌装置还包括封接过渡环，所述封接过渡环用于连接所述外壳和所述电子束窗口结构。
10.根据权利要求9所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述封接过渡环采用可伐合金制成。
11.根据权利要求9所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述外壳和所述封接过渡环以及所述封接过渡环和所述电子束窗口结构之间通过真空钎焊、氩弧焊、激光焊或电子束焊形成密封。
12.根据权利要求9所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述电子束灭菌装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩位于所述腔室内，用于遮蔽所述外壳和所述封接过渡环之间的密封面以及所述封接过渡环和所述电子束窗口结构之间的密封面。
13.根据权利要求12所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述屏蔽罩采用304不锈钢、纯镍或不锈钢镀镍材料制成。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述电子束灭菌装置还包括电源，用于向所述灯丝提供电流。
15.根据权利要求8至13中任一项所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述外壳采用硼硅玻璃制成。
16.根据权利要求8至13中任一项所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述金属箔位于所述腔室内的一侧具有导热性镀层，所述金属箔位于所述腔室外的一侧具有抗氧化耐腐蚀涂层。
17.根据权利要求8至13中任一项所述的电子束灭菌装置，其特征在于，所述电子束窗口结构的冷却垫的外周部设有散热翅片。
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