专利名称：冷却阱单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷却阱单元，所述冷却阱单元冷凝或固化在致冷 器的吸热单元(冷却单元)处真空中漂移的水、油或诸如此类的气体 分子，上述致冷器连接到真空容器或者冷却部分如冷却板或冷却块上， 所述冷却板或冷却块附接到吸热单元上。尤其是，本发明涉及一种冷 却阱单元，所述冷阱装置包括再生结构，以便在比常规情况短的时间 内除去捕集的物质。
背景技术：
在冷却阱单元中，致冷器在真空中通过致冷器冷却由金属或类似 物制成的块状或板状冷却板，以便冷凝或固化水或油的气体分子。当 水或油的量增加时，冷却板必须通过升高它的温度再生。作为再生方 法，下述方法惯常实施。
在致冷器停止工作后，真空容器的内部通过将大气或氮气引入到 真空容器中来恢复到大气压力，以便消除真空绝热作用。冷凝或固化 的气体在冷却阱单元外部穿过排水口或类似物排放(见日本专利公开
No.6-182106 )。为了缩短再生时间，真空容器通过加热器在外部加热， 以便升高固化物质的环境温度，因此缩短了液化作用所需的时间。
图5是一种低温阱的主要部分的侧剖视图，所述低温阱具有日本 专利公开No.6-182106中所公开的液体收集器。
真空装置51通过低温阱真空容器52整体式连接到扩散泵53上。 低温阱55通过紧凑型氦致冷器54冷却，以便冷凝水或油的气体分子， 上述低温阱55布置在低温阱真空容器52中。具有蓄液器56a的液体 收集器56通过支承杆57如此附接到低温阱真空容器52上，以便直接 位于低温阱55的低温阱表面55a的下方。液体收集器56总是在室温下。
用于将收集的液体排放到外部的排出管道58和排出阀58a附接到 液体收集器56上。在再生期间由融化和除去冷凝物55b所产生的水或 油的液体从低温阱表面55a滴落恢复到室温，并通过液体收集器56 收集。通过使阱的内部恢复到大气压并打开排水阀58a，可以将液体 收集器56中收集的液体以液体的形式除去。
上述现有技术有下列问题。例如，为了缩短再生时间起见，真空 容器可以通过加热器在外部加热，以便升高固化水的环境温度，因此 促进了液化作用。然而，气体的热容不一定能大于冰的热容或者水的 熔化热，且再生时间不能大大缩短。当采用现有技术时，现有技术可 能不利地影响应用冷却阱单元的设备的运行率或诸如此类，这样是不 方便的。当捕集的水量变化时，再生时间也变化。其间，难以确定排 水结束和再生结束的时间。此外，因为加热器加热周围的部件如致冷 器、密封部件、电器部件及诸如此类，所以必须通过考虑相应部件的 耐热温度来进行温度调节。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种冷却阱单元，所述冷却阱单元包 括再生结构，所述再生结构大大缩短了排放气体再生时的再生时间， 上述气体通过真空容器外部的冷却板冷凝或固化。
按照本发明的一方面，提供了一种冷却阱单元，所述冷却阱单元 包括真空容器、致冷器和冷却板，上述真空容器带有排水口，上述致 冷器这样连接到真空容器上，以使吸热单元位于真空侧上，而上述冷 却板固定到吸热单元上，以便与吸热单元紧密接触，并冷凝或固化气 体，上述冷却阱单元包括
蓄水装置，当将通过冷却板冷凝或固化的气体液化并将液体排放 到真空容器外部时，上述蓄水装置能在真空容器中储存液化的液体， 以便液化的液体与冷却板接触；和
检测装置，所述检测装置用于根据通过检测液体的温度变化所得到的、并指示温度达到预定值的检测信号，来通过排水口排放储存在 蓄水装置中的液体。
按照本发明，在再生过程中，液化的液体不是直接排放，而是储 存在真空容器中。然后，具有大热容的液体直接与冷却板和固化的气 体接触。这可以加速固化的气体的液化作用，因此缩短了再生时间。
设置到吸热单元上的温度传感器检测储存在真空容器中的气体的 温度变化。这使操作者能注意通过冷却板固化的气体完全液化的时间。 另外，根据指示温度已达到预定值的检测信号，可以通过真空容器的 排水口排放储存的水，且操作者可以接到冷却阱单元再生完成的通知。
因此，即使捕集的气体量在每次再生时都不同，但再生都可以按 照所捕集的气体量实施。当按照自动程序操纵冷却阱单元并实施再生 过程时，这尤其有效，且当在自动化设备及诸如此类中结合这种阱时 会显示它的作用。
本发明的另一些特点从下面参照附图的示例性实施例的说明将变 得显而易见。
图1是按照第一实施例所述包括再生结构的冷却阱单元的例子的
示意图，其中真空容器附接到致冷器上；
图2是示出水的平衡蒸汽压特性的曲线图3是示出按照第二实施例所述包括再生结构的冷却阱单元的例 子的示意图，其中水箱布置在真空容器的底部处；
图4A和4B是示出其中在按照第三实施例所述的冷却板的表面中 形成槽状阶梯的例子的视图；和
图5是在日本专利公开No.6-182106中所公开的带有液体收集器 的低温阱的主要部分的侧剖视图。
具体实施例方式
本发明的 一些实施例将参照
。
5作为包含在气体中的液体成分，可以提起水、油或诸如此类。下 面实施例将以水作为气体中所含液体成分的例子说明。 (第一实施例)
图1是按照这个实施例所述的包括致冷结构的冷却阱单元的例子 的示意图，其中真空容器附接到致冷器上。
参见图1，将对冷却阱单元3进行说明，在所述冷却阱单元3中， 真空容器2附接到致冷器1如真空凸缘式斯特林(Stirling)循环致冷 器上。本发明中所应用的致冷器1可以是不同类型的致冷器的其中任 何之一，如斯特林、GM、脉冲管、沙而维(Solvay)循环或压缩机致 冷器。
致冷器1具有吸热单元5和真空凸缘6，所述真空凸缘6附接到 圆筒形外壳4的远端上。 一种叫做冷却板7的圆筒形薄板用具有高热 导率的材料(比如铜)制成，所述冷却板7附接到致冷器1的吸热单 元5上与吸热单元5紧密接触在真空侧上。当致冷器l操作时，吸热 单元5的温度降低，因此冷却板7的温度也降低。
真空容器2固定到致冷器1的真空凸缘6上，上述真空容器2包 括多个真空凸缘式口8a、 8b、 8c和8d、连接到岡9上的排水口 10、 温度传感器11和加热器12。至少一个排水口 10设置在真空容器2的 底部。温度传感器11连接到温度指示器13上，所述温度指示器13 具有操纵阀9的输出功能。这种布置构成冷却阱单元3。
当通过冷却板7将冷凝或固化的气体液化并将产生的液体排放到 真空容器2外部时，真空容器2的底部用作蓄水装置，所述蓄水装置 可以储存由液化作用得到的液体，以与冷却板7接触。
真空容器2的多个真空凸缘式口 8a-8d连接到真空泵14如旋转式 泵或干泵、用作真空空间的室15、真空压力计16、氮气入口 17及诸 如此类上。在需要的地方，真空阀18、 19和20分别设置到在真空泵 14和真空容器2、室15和真空容器2、及氮气入口 17和真空容器2 之间的部分上。
下面说明图1中系统的操作过程的例子。在阀9、 18、 19和20
6关闭的情况下，真空泵14操作。将真空泵14和真空容器2之间的阀 18打开，及将冷却阱单元3的真空容器2的内部抽真空。致冷器l操 作，以便降低冷却板7的温度。将真空容器2和室15之间的阀19打 开，并在室15的内部抽真空。这时，附接到致冷器1的吸热单元5 的冷却板7固化在从室15流向真空泵14的气体中的水分。在室15 的侧边上存在的水分含量越大，则通过冷却板7吸留的水分增加量越 大。应该注意，必须注意冷却板7的温度。
图2是示出水的平衡蒸汽压特性的曲线图。从图2中可看出，当 平衡蒸汽压是1 Pa时，冷却板7的温度必须保持在-60'C或更低温度。 在干泵的情况下，作为泵的其中一个性能的最终压力为约几Pa。如果 冷却板7的温度保持在约-80。C (水在该温度下的平衡蒸汽压小于 lxlO"Pa ),则通过冷却板7吸留真空中的水分没有任何问题。
假定这个系统在室15的所述侧上重复用大气压和真空压力操作 的过程中或者在外部一直进入水分的过程中使用。水分逐渐沉积在冷 却板7上，以便用冰块21覆盖冷却板7。因而，产生了如下问题。亦 即，随着冰块21填充真空容器2的内部，室15和真空泵14之间的流 动通道22变窄，并削弱预定的抽吸性能。另外，部分水可以与真空容 器2的内壁表面和冷却阱单元3的真空凸缘6接触，且从接触部分吸 留的水分可以汽化并再次释放到真空中。
在这种情况下，必须通过例如使致冷器1停止来实施将沉积的冰 排放到大气中的再生过程。
这个过程用下面方式实施。关闭阀18和19,以便使冷却阱单元3 与真空管线(真空泵14和室15)分开。致冷器1的操作停止。打开 阀20，而真空容器2的内部通过氮气清洗恢复到大气压。设置到真空 容器2的底部的排水口 10的阀9保持关闭。这时，真空容器2可以通 过加热器12在外部加热。按照这个实施例，当把通过冷却板7冷凝或 固化的气体排放到真空容器2的外部时，加热器12用作从真空容器2 的外部加热冷却板7的加热装置。
假定部分冰块21液化并收集在真空容器2的底部，且液化的水与冷却板7的下端23或者冰块21接触。因为水的热容大于空气或氮气 的热容，所以促进冰块21的融化，且再生过程所需的时间(再生时间) 减少。这时，设置到吸热单元5的温度传感器11穿过冷却板7和吸热 单元5检测水温。由于所述水处在从固体融化成液体的中间，所以所 述水温保持在0。C。当冰块21完全融化时，水温由于环境温度的影响 而增加。假定温度指示器13设定成例如当水温达到例如2。C时把操作 信号输出到阀9。则当温度是2'C时，将阀9打开，并排放出储存在真 空容器2中的水。然后真空容器2的内部通过用氮气清洗进行干燥， 因此完成再生过程。这样，在再生过程中，将融化的水储存在真空容 器2中以与冷却板7接触。设置到吸热单元5的温度传感器11检测水 温的变化。阀9的打开/关闭操作根据温度达到预定值时从温度指示器 13输出的检测信号进行控制。然后，将融化的水通过排水口 IO排放。 如上所述，按照这个实施例，在再生过程中，液化的气体不是直 接排放，而是储存在真空容器中。然后，具有大热容的液体直接与冷 却板和固化的气体接触。这可以加速固化气体的液化作用，因此缩短 了再生时间。
按照这个实施例，设置到吸热单元的温度传感器检测储存在真空 容器中气体的温度变化。这使操作者能注意到被冷却板固化的气体完
全液化的时间。另外，根据指示温度已到达预定值的检测信号，储存 的水可以通过真空容器的排水口排出，且操作者可以接到冷却阱单元 再生完成的通知。
因此，即使在每次再生中捕集的气体量不同，再生过程也可以按 照该量实施。当按照自动程序操纵冷却阱单元并实施再生过程时，这 尤其有效，且当在自动化设备或诸如此类中结合这种阱时会显示出它 的作用。
(第二实施例)
图3是示出按照第二实施例所述包括再生结构的冷却阱单元例子 的示意图，其中在真空容器的底部布置水箱。与第一实施例中共同的 部分用相同的附图标记表示。在图3所示的布置中，水箱25布置在真空容器24中位于冷却板 26之下，并且具有的底面积小于真空容器24的底面积。在这种布置 中，将再生过程中所融化的水储存在水箱25中，并直接定位在冷却板 26之下。
储存在水箱25中的水可以通过排水口 10排放。按照这个实施例， 排水口 IO用作第一排水口以便将储存在水箱25中的水排放。因此， 即使在液化的水量小的阶段，冷却板26也可以与储存在水箱25中的 水接触。这促进液化作用并可以在早些时间产生容易液化的情况。在 这种情况下，即使融化的水从水箱25溢流，它只聚集在水箱25周围， 并可以通过排水口 27排放，因此不会造成问题。更准确地说，当冰块 21已完全液化时、当液体温度上升时及当阀9打开时，与设置到水箱 25的周边的排水口 27连接的阀8也在同一时间根据从温度指示器13 输出的检测信号打开，以便排放从水箱25溢流出的水。从水箱25溢 流和储存在水箱25外部的水(水直接储存在真空容器24的底部)也 可以通过排水口27排放。在这个实施例中，排水口27用作第二排水 口 ，以便排放储存在水箱25外部的水。
按照这个实施例，储存再生中融化的水的水箱布置在冷却板的下 方。这可以使水快速地与冷却板或者固化的水接触。结果，再生时间 可以进一步缩短。
(第三实施例)
图4A和4B是示出其中在按照第三实施例所述的冷却板的表面中 形成槽状阶梯32的例子的视图，其中图4A是冷却板的表面的平面图， 而图4B是冷却板31从方向AA'看的侧视图。应该注意，第一和第二 实施例的冷却板7和26是圆筒形，而第三实施例的冷却板31是扁平 的冷却板，该扁平的冷却板是在机加工成圓筒形形状之前得到。
如图4A和4B中所示，冷却板31的表面设有多个纵向槽状阶梯 32，所述阶梯32沿重力方向从上竖直向下延伸。槽状阶梯不限于如图 4A所示的竖直方向下延伸的纵向阶梯，而是可以从上向下倾斜(未示 出)。通过在冷却板31的表面中形成槽状阶梯，在冷却板31上液化的
9水可以很容易沿着槽状阶梯32向下流动。因此，水如此平稳地从冷却 板滴下，以便可以有效地排放液化的水。这对于缩短再生时间是有效 的。
尽管已参照示例性实施例说明了本发明，但应该理解，本发明不 限于所公开的示例性实施例。下面权利要求的范围给予最广泛的说明， 以便包括所有这些修改及等效结构和功能。
权利要求
1. 一种冷却阱单元，包括真空容器、致冷器和冷却板，上述真空容器具有排水口，上述致冷器这样连接到上述真空容器上，以使吸热单元位于真空侧上，而上述冷却板固定到上述吸热单元上，以便与上述吸热单元紧密接触，并使气体冷凝或固化，上述冷却阱单元包括蓄水装置，当使通过上述冷却板冷凝或固化的气体液化并将液体排放到上述真空容器外部时，上述蓄水装置能将液化的液体储存在上述真空容器中，以使液化的液体与上述冷却板接触；和检测装置，所述检测装置用于根据通过检测液体的温度变化所得到的并指示温度到达预定值的检测信号，通过上述排水口排放储存在上述蓄水装置中的液体。
2. 按照权利要求1所述的冷却阱单元，其中上述蓄水装置包括水 箱，所述水箱布置在上述真空容器中的上述冷却板的下方，并且上述 水箱的面积小于上述真空容器底部的面积。
3. 按照权利要求2所述的冷却阱单元，其中上述真空容器包括 第一排水口，所述第一排水口排放储存在上述水箱中的液体，和 第二排水口 ，所述第二排水口排放储存在上述水箱外部的液体。
4. 按照权利要求1所述的冷却阱单元，还包括加热装置，当把通 过上述冷却板冷凝或固化的气体排放到上述真空容器外部时，上述加 热装置用于从上述真空容器外部加热所述冷却板。
5. 按照权利要求1所述的冷却阱单元，其中上述冷却板在其表面 中设有多个槽状阶梯，所述多个槽状阶梯在纵向方向和倾斜方向的其 中之一上形成，并沿重力方向从上向下延伸。
全文摘要
一种冷却阱单元，包括真空容器、致冷器和冷却板，上述真空容器具有排水口，上述致冷器这样连接到真空容器上，以使吸热单元位于真空侧上，而上述冷却板固定到吸热单元上，以便与吸热单元紧密接触并使气体冷凝或固化，冷却阱单元包括蓄水单元和检测单元，当通过冷却板将冷凝或固化的气体液化并将液体排放到真空容器外部时，上述蓄水单元能将液化的液体储存在真空容器中，以便液化的液体处于与冷却板接触，而上述检测单元用于根据检测信号通过排水口排放储存在蓄水单元中的液体，上述检测信号通过检测液体温度变化获得并指示温度到达预定值。
文档编号B01D8/00GK101422659SQ20081017382
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月29日 优先权日2007年10月29日
发明者堀内久 申请人:佳能安内华科技股份有限公司