[发明专利]一种改进型低温泵结构

说明书

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。

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