一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于一种液氦低温泵的吸附结构，具体涉及一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件。它包括可扩展槽式低温冷面、折流板、屏蔽板、顶部接口法兰和内部管道，其中，可扩展的低温冷面及其管道回路设在组件内部，低温冷面及其管道回路外设有折流板和屏蔽板，折流板和屏蔽板顶部设有顶部接口法兰。其优点是，双回路结构分别对应液氮和液氦回路，既独立运行又有相互配合，通过合理分布低温温区，降低了运行成本；双层钣金结构的扩展槽式低温冷面，配合椰基活性炭材料的使用，提高了单位面积冷面的低温吸附能力；悬挂式法兰方形结构有效利用了方形真空容器的内部空间和接口，解决了低温泵大抽速与装置接口之间的矛盾。
【专利说明】一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件
【技术领域】
[0001]本发明属于一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构，具体涉及一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件。
【背景技术】
[0002]目前，低温泵广泛用于受控核聚变，粒子加速器，空间环境以及现代半导体【技术领域】。在受控核聚变装置的中性束系统中，由于离子源放电以及离子束的中性化过程需要较大流量的脉冲送气，而中性化后的中性束粒子又需要在高真空中传输，因此在中性化后的束线真空系统中需要一种高抽速的抽气系统，要在有限空间(真空容器)和较短的时间内实现获得小于KT4Pa的真空环境。为了解决这类问题，近些年来利用冷凝吸附原理的低温泵得以在这一领域广泛应用。
[0003]低温泵通过低温冷凝板吸附凝结温度比冷板温度高的气体分子。冷板的面积越大抽气能力越强，冷板温度越低，能抽除的气体分子种类就越多。早期的低温泵大都为外置式，受接口界面大小的限制，有效冷板面积小，冷却介质为液氮，不能依靠低温冷凝原理抽除凝结温度更低的氢气等气体。随着低温技术的发展，近些年低温泵的冷却介质采用了液氦，能抽除氮气和氢气等气体分子；为了使真空容器内的极限真空度达到更高的水平，低温泵的冷板面积也需要不断加大，接口界面大小的限制成为了突出问题，在空间有限的真空容器中，为获得更高的抽气能力，内置式低温泵也就诞生了。内置式低温泵主要就是将其吸附结构部分整个内置于真空容器内，以达到更高的抽气能力的目的。冷源部分根据需求量的不同，较小的常采用小型制冷机，而较大量的冷源则需要配备专门的外部冷源回路系统。本发明涉及的主要是这类需要外部冷源回路系统的大型液氦低温泵的吸附结构组件，它是这类大型液氦低温泵的关键部分。通常包括低温冷凝板(冷面)和辐射挡板(屏蔽板或折流板)以及相关支撑结构三部分。目前，内置式液氦低温泵还没有标准化的商业产品，它不同于外置式低温泵，市场上可以采购到的多是后者，即:标准法兰接口方式的小口径外置式低温泵产品。当系统需要大抽速时泵体对真空容器接口要求开口多，占用场地空间大。
[0004]如图1所示，传统吸附器结构常常由于自身抽气能力和结构的原因需要增大和真空容器的接口尺寸或数量来达到提高抽速的目的。传统吸附器结构中低温冷面主要是低温管道与低温冷凝板焊接。如图2所示，低温管道与低温冷凝版接触面小，低温冷源利用率低，损耗大。如何提高单位面积冷面的低温吸附能力，同时减少对真空容器的接口需求成为研制这类大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件必须要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件，它能能够有效提高单位面积冷面的低温吸附能力，同时减少对真空容器的接口需求。
[0006]本发明是这样实现的，一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件，它包括可扩展的低温冷面、折流板、屏蔽板、顶部接口法兰和内部管道，其中，可扩展的低温冷面及其管道回路设在组件内部，低温冷面和管道回路外设有折流板和屏蔽板，折流板和屏蔽板顶部设有顶部接口法兰。
[0007]所述的折流板由120度夹角的多块铝制折流板制成。
[0008]所述的可扩展低温冷面包括槽式或分布点式制成。
[0009]本发明的优点是，双回路结构分别对应液氮和液氦回路，既独立运行又有相互配合，通过合理分布低温温区，降低了运行成本；双层钣金结构的扩展槽式低温冷面(或分布点式低温冷面)，配合椰基活性炭材料的使用，提高了单位面积冷面的低温吸附能力；悬挂式法兰方形结构有效利用了方形真空容器的内部空间和接口，解决了低温泵大抽速与装置接口之间的矛盾。合理利用方形真空容器的内部侧面空间和顶部接口法兰，在有限空间位置上，通过优化的液氮回路折流板和屏蔽板，以及全新的液氦回路双层钣金结构的扩展槽式低温冷面(或分布点式低温冷面)，增大了单位面积冷面的低温吸附能力，达到了在有效空间范围内，更大的低温吸附能力的功能效果。根据抽速的需要，模块化的设计可以同时放置多个。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为传统低温泵吸附结构示意图；
[0011]图2为传统吸附器结构中低温冷面结构示意图；
[0012]图3为本发明所提供的一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件示意图；
[0013]图4为折流板示意图；
[0014]图5为屏蔽板示意图；
[0015]图6为低温抽气阵列的结构示意图；
[0016]图7为槽式低温冷面结构示意图；
[0017]图8为分布点式低温冷面结构示意图。
[0018]图中，I低温冷面，2折流板，3屏蔽板，4顶部接口法兰，11屏蔽板，12低温冷面。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍:
[0020]如图3-6所示，一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件包括可扩展槽式或分布点式低温冷面1、折流板2、屏蔽板3、顶部接口法兰4和内部管道。扩展的低温冷面I及其管道回路安装在组件内部，低温冷面I及其管道回路外包围有折流板2和屏蔽板3，折流板2和屏蔽板3顶部安装有顶部接口法兰4。
[0021]由2毫米厚304不锈钢的双层钣金结构的可扩展低温冷面I和内部管道结构形成液氦回路位于组件内部；由120度夹角的多块铝制折流板2和2毫米厚304不锈钢的分布点式屏蔽板3构成的液氮回路包围在外；折流板2面对真空容器内部气体负载，内部的液氦和液氮管道回路通过方形顶部接口法兰4的和外部冷源相连的吸附结构。
[0022]如图7、8所示；可扩展的槽式低温冷面和分布点式低温冷面两种形式的加工工艺有所不同，但是效果近似。液氮回路的120度夹角的铝制折流板和2毫米厚304不锈钢的分布点式屏蔽板承担了大部分的热负载，布置于组件结构的外围，其作用可归纳为:(a)能对4.5K的液氦低温冷面有很好的热防护作用；(b)对真空室内水蒸气和CO2等沸点高于77K的气体，可将它们冻结在挡板上，阻止这些气体接近低温板，即可作为一级冷极；(C)对77K温度下不能凝结的气体，如Ar、O2、N2、Ne、H2和He等气体可起到预冷作用，有利于增加抽速、减小低温面的热负荷。
[0023]低温抽气阵列的结构示意图如图6中所示；优化的支撑结构减少了对真空容器主体的影响；对于方形真空容器，悬挂式法兰方形结构有效利用了方形真空容器的内部侧面空间和接口，解决了与装置接口之间的问题。
[0024]本发明的特点是:
[0025]1.低温冷面提高了低温冷源的利用率；
[0026]2.折流板和屏蔽板承担了大部分的热负载，避免热辐射直接照射到低温冷凝板上，有利于提高对气体分子的捕获效率，同时尽可能减少折流板对被抽气体分子的运动的阻挡；
[0027]3.优化的支撑结构减少了对真空容器主体的影响。
[0028]本发明本质上是针对方形结构的真空容器的一种全新的低温吸附器结构。它保留了内置式大抽速低温泵的优点，同时通过采用新结构的低温冷面大大提高了单位面积冷面的低温吸附能力，模块化的结构，接口上减少了对真空容器的影响。本发明的吸附结构组件具有结构简单，安装维护方便，可以在复杂电磁及中子辐射环境下稳定运行的特点。
【权利要求】
1.一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件，其特征是:它包括可扩展的低温冷面(I)、折流板(2)、屏蔽板(3)、顶部接口法兰(4)和内部管道，其中，可扩展的低温冷面(I)及其管道回路设在组件内部，低温冷面⑴和管道回路外设有折流板⑵和屏蔽板⑶，折流板(2)和屏蔽板(3)顶部设有顶部接口法兰(4)。
2.如权利要求1所述的一种大型内置式液氦低温泵的吸附结构组件，其特征是:所述的折流板(2)由120度夹角的多块铝制折流板(2)制成。
【文档编号】F04B37/08GK203856673SQ201320736100
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】江涛, 曹建勇, 雷光玖, 何嘉 申请人:核工业西南物理研究院