一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于一種液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)，具體涉及一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件。它包括可擴展槽式低溫冷面、折流板、屏蔽板、頂部接口法蘭和內(nèi)部管道，其中，可擴展的低溫冷面及其管道回路設(shè)在組件內(nèi)部，低溫冷面及其管道回路外設(shè)有折流板和屏蔽板，折流板和屏蔽板頂部設(shè)有頂部接口法蘭。其優(yōu)點是，雙回路結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)液氮和液氦回路，既獨立運行又有相互配合，通過合理分布低溫溫區(qū)，降低了運行成本；雙層鈑金結(jié)構(gòu)的擴展槽式低溫冷面，配合椰基活性炭材料的使用，提高了單位面積冷面的低溫吸附能力；懸掛式法蘭方形結(jié)構(gòu)有效利用了方形真空容器的內(nèi)部空間和接口，解決了低溫泵大抽速與裝置接口之間的矛盾。
【專利說明】一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)，具體涉及一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，低溫泵廣泛用于受控核聚變，粒子加速器，空間環(huán)境以及現(xiàn)代半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。在受控核聚變裝置的中性束系統(tǒng)中，由于離子源放電以及離子束的中性化過程需要較大流量的脈沖送氣，而中性化后的中性束粒子又需要在高真空中傳輸，因此在中性化后的束線真空系統(tǒng)中需要一種高抽速的抽氣系統(tǒng)，要在有限空間(真空容器)和較短的時間內(nèi)實現(xiàn)獲得小于KT4Pa的真空環(huán)境。為了解決這類問題，近些年來利用冷凝吸附原理的低溫泵得以在這一領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0003]低溫泵通過低溫冷凝板吸附凝結(jié)溫度比冷板溫度高的氣體分子。冷板的面積越大抽氣能力越強，冷板溫度越低，能抽除的氣體分子種類就越多。早期的低溫泵大都為外置式，受接口界面大小的限制，有效冷板面積小，冷卻介質(zhì)為液氮，不能依靠低溫冷凝原理抽除凝結(jié)溫度更低的氫氣等氣體。隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，近些年低溫泵的冷卻介質(zhì)采用了液氦，能抽除氮氣和氫氣等氣體分子；為了使真空容器內(nèi)的極限真空度達到更高的水平，低溫泵的冷板面積也需要不斷加大，接口界面大小的限制成為了突出問題，在空間有限的真空容器中，為獲得更高的抽氣能力，內(nèi)置式低溫泵也就誕生了。內(nèi)置式低溫泵主要就是將其吸附結(jié)構(gòu)部分整個內(nèi)置于真空容器內(nèi)，以達到更高的抽氣能力的目的。冷源部分根據(jù)需求量的不同，較小的常采用小型制冷機，而較大量的冷源則需要配備專門的外部冷源回路系統(tǒng)。本發(fā)明涉及的主要是這類需要外部冷源回路系統(tǒng)的大型液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件，它是這類大型液氦低溫泵的關(guān)鍵部分。通常包括低溫冷凝板(冷面)和輻射擋板(屏蔽板或折流板)以及相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)三部分。目前，內(nèi)置式液氦低溫泵還沒有標準化的商業(yè)產(chǎn)品，它不同于外置式低溫泵，市場上可以采購到的多是后者，即:標準法蘭接口方式的小口徑外置式低溫泵產(chǎn)品。當系統(tǒng)需要大抽速時泵體對真空容器接口要求開口多，占用場地空間大。
[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)吸附器結(jié)構(gòu)常常由于自身抽氣能力和結(jié)構(gòu)的原因需要增大和真空容器的接口尺寸或數(shù)量來達到提高抽速的目的。傳統(tǒng)吸附器結(jié)構(gòu)中低溫冷面主要是低溫管道與低溫冷凝板焊接。如圖2所示，低溫管道與低溫冷凝版接觸面小，低溫冷源利用率低，損耗大。如何提高單位面積冷面的低溫吸附能力，同時減少對真空容器的接口需求成為研制這類大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件必須要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件，它能能夠有效提高單位面積冷面的低溫吸附能力，同時減少對真空容器的接口需求。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件，它包括可擴展的低溫冷面、折流板、屏蔽板、頂部接口法蘭和內(nèi)部管道，其中，可擴展的低溫冷面及其管道回路設(shè)在組件內(nèi)部，低溫冷面和管道回路外設(shè)有折流板和屏蔽板，折流板和屏蔽板頂部設(shè)有頂部接口法蘭。
[0007]所述的折流板由120度夾角的多塊鋁制折流板制成。
[0008]所述的可擴展低溫冷面包括槽式或分布點式制成。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是，雙回路結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)液氮和液氦回路，既獨立運行又有相互配合，通過合理分布低溫溫區(qū)，降低了運行成本；雙層鈑金結(jié)構(gòu)的擴展槽式低溫冷面(或分布點式低溫冷面)，配合椰基活性炭材料的使用，提高了單位面積冷面的低溫吸附能力；懸掛式法蘭方形結(jié)構(gòu)有效利用了方形真空容器的內(nèi)部空間和接口，解決了低溫泵大抽速與裝置接口之間的矛盾。合理利用方形真空容器的內(nèi)部側(cè)面空間和頂部接口法蘭，在有限空間位置上，通過優(yōu)化的液氮回路折流板和屏蔽板，以及全新的液氦回路雙層鈑金結(jié)構(gòu)的擴展槽式低溫冷面(或分布點式低溫冷面)，增大了單位面積冷面的低溫吸附能力，達到了在有效空間范圍內(nèi)，更大的低溫吸附能力的功能效果。根據(jù)抽速的需要，模塊化的設(shè)計可以同時放置多個。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為傳統(tǒng)低溫泵吸附結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為傳統(tǒng)吸附器結(jié)構(gòu)中低溫冷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明所提供的一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件示意圖；
[0013]圖4為折流板示意圖；
[0014]圖5為屏蔽板示意圖；
[0015]圖6為低溫抽氣陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7為槽式低溫冷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8為分布點式低溫冷面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，I低溫冷面，2折流板，3屏蔽板，4頂部接口法蘭，11屏蔽板，12低溫冷面。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細介紹:
[0020]如圖3-6所示，一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件包括可擴展槽式或分布點式低溫冷面1、折流板2、屏蔽板3、頂部接口法蘭4和內(nèi)部管道。擴展的低溫冷面I及其管道回路安裝在組件內(nèi)部，低溫冷面I及其管道回路外包圍有折流板2和屏蔽板3，折流板2和屏蔽板3頂部安裝有頂部接口法蘭4。
[0021]由2毫米厚304不銹鋼的雙層鈑金結(jié)構(gòu)的可擴展低溫冷面I和內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)形成液氦回路位于組件內(nèi)部；由120度夾角的多塊鋁制折流板2和2毫米厚304不銹鋼的分布點式屏蔽板3構(gòu)成的液氮回路包圍在外；折流板2面對真空容器內(nèi)部氣體負載，內(nèi)部的液氦和液氮管道回路通過方形頂部接口法蘭4的和外部冷源相連的吸附結(jié)構(gòu)。
[0022]如圖7、8所示；可擴展的槽式低溫冷面和分布點式低溫冷面兩種形式的加工工藝有所不同，但是效果近似。液氮回路的120度夾角的鋁制折流板和2毫米厚304不銹鋼的分布點式屏蔽板承擔了大部分的熱負載，布置于組件結(jié)構(gòu)的外圍，其作用可歸納為:(a)能對4.5K的液氦低溫冷面有很好的熱防護作用；(b)對真空室內(nèi)水蒸氣和CO2等沸點高于77K的氣體，可將它們凍結(jié)在擋板上，阻止這些氣體接近低溫板，即可作為一級冷極；(C)對77K溫度下不能凝結(jié)的氣體，如Ar、O2、N2、Ne、H2和He等氣體可起到預(yù)冷作用，有利于增加抽速、減小低溫面的熱負荷。
[0023]低溫抽氣陣列的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6中所示；優(yōu)化的支撐結(jié)構(gòu)減少了對真空容器主體的影響；對于方形真空容器，懸掛式法蘭方形結(jié)構(gòu)有效利用了方形真空容器的內(nèi)部側(cè)面空間和接口，解決了與裝置接口之間的問題。
[0024]本發(fā)明的特點是:
[0025]1.低溫冷面提高了低溫冷源的利用率；
[0026]2.折流板和屏蔽板承擔了大部分的熱負載，避免熱輻射直接照射到低溫冷凝板上，有利于提高對氣體分子的捕獲效率，同時盡可能減少折流板對被抽氣體分子的運動的阻擋；
[0027]3.優(yōu)化的支撐結(jié)構(gòu)減少了對真空容器主體的影響。
[0028]本發(fā)明本質(zhì)上是針對方形結(jié)構(gòu)的真空容器的一種全新的低溫吸附器結(jié)構(gòu)。它保留了內(nèi)置式大抽速低溫泵的優(yōu)點，同時通過采用新結(jié)構(gòu)的低溫冷面大大提高了單位面積冷面的低溫吸附能力，模塊化的結(jié)構(gòu)，接口上減少了對真空容器的影響。本發(fā)明的吸附結(jié)構(gòu)組件具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，可以在復(fù)雜電磁及中子輻射環(huán)境下穩(wěn)定運行的特點。
【權(quán)利要求】
1.一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件，其特征是:它包括可擴展的低溫冷面(I)、折流板(2)、屏蔽板(3)、頂部接口法蘭(4)和內(nèi)部管道，其中，可擴展的低溫冷面(I)及其管道回路設(shè)在組件內(nèi)部，低溫冷面⑴和管道回路外設(shè)有折流板⑵和屏蔽板⑶，折流板(2)和屏蔽板(3)頂部設(shè)有頂部接口法蘭(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大型內(nèi)置式液氦低溫泵的吸附結(jié)構(gòu)組件，其特征是:所述的折流板(2)由120度夾角的多塊鋁制折流板(2)制成。
【文檔編號】F04B37/08GK203856673SQ201320736100
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】江濤, 曹建勇, 雷光玖, 何嘉 申請人:核工業(yè)西南物理研究院