一种低温泵再生系统及再生方法

技术领域

本发明属于制冷设备制造及应用技术领域，尤其涉及一种低温泵再生系统及再生方法。

背景技术

低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率最大、极限压力最低的清洁真空，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。低温泵与真空罐配合使用，低温泵使气体凝结，并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力，从而达到抽气作用。低温泵在工作一段时间以后，冷板被气体凝结的固体所覆盖，表面温度升高，对气体吸附作用会逐渐减弱，最后失去了吸附作用。因此企业使用低温泵时，每过一段时间就要对低温泵进行加热，除去凝结在冷板上的固体，此即所谓的“再生”。可知如何“再生”对于低温泵的有效使用至关重要，一定程度上影响半导体和集成电路企业的生产效率和生产质量。低温泵的再生流程主要包括升温过程、排出过程、降温过程。其中，升温过程需将低温泵内温度由10K上升到通常为310K的目标温度；降温过程需将低温泵内温度由室温降到10K左右的低温泵工作温度。升温过程与降温过程占据了低温泵再生所占用的绝大部分时长。在“再生”过程中有一个突出的问题是例如真空镀膜中的器件上的水分和空气中的水分（尤其南方潮湿地区），低温泵在抽气过程中会将水带进低温泵体中，存在低温泵内部的水很难除去。如果内部的水没有除去，则不能实现“再生”。现有技术中的低温泵再生方法和相关的再生系统对于除水这个“再生”关键问题的处理一般是单独再内置一个低温出水泵，进行排水。增加了独立的排水工艺环节，工作量和工作时间相应增多，此外，提高了低温泵再生系统的造价，结构更复杂。更重要的是现有的再生系统和再生方法能耗高，能源利于率低，有悖于当前企业普遍的资源优化配置需求。

因此目前十分需要研究一种低温泵再生系统及相应的再生方法，能够适用于企业使用低温泵的需求，实现不增加成本及能耗，工艺不繁复，再生效果好，以此进一步推动低温泵设备技术的深入发展及广泛应用。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术的全部或部分问题，本发明一方面提供了一种低温泵再生系统，用于实现低温泵的再生。本发明的另外一个方面提供了一种低温泵再生方法，采用具有本发明的低温再生系统进行，再生过程中除去低温泵内的水分。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明一方面提供的一种低温泵再生系统，包括低温泵、氮气供给装置以及抽水装置；所述低温泵通过抽气管路连通真空罐进行抽气；所述氮气供给装置与所述低温泵之间的第一管路上串联有加热装置；所述抽水装置通过第二管路连接所述低温泵；所述加热装置用于将流经第一管路的氮气加热至超过所述低温泵内水蒸气的饱和温度。

所述抽水装置包括干燥罐和机械泵。通过机械泵提供机械动力使得所述干燥灌吸收水分，并将氮气排到环境内。

所述干燥罐设置有检测装置，用于检测气体中的水分含量。

所述低温泵再生系统还包括若干阀门，所述若干阀门包括设置在所述氮气供给装置与所述加热装置之间的第一管路上的减压阀；所述减压阀用于对第一管路内的氮气进行减压操作。

所述加热装置与所述低温泵之间的第一管路上设置有流量计、压力计和温度计。便于人员控制进入低温泵的氮气的温度、流量和气压，也便于根据实际情况预设氮气温度、流量和气压。

所述低温泵再生系统还包括回热装置，所述回热装置包括第一回热部和第二回热部；所述第一回热部串联在所述氮气供给装置与所述加热装置之间的第一管路上，所述第二回热部串联在所述抽水装置与所述低温泵之间的第二管路上；所述第一回热部与所述第二回热部通过导热连接件连接。所述第二回热部用于吸收流经第二管路内气体的热量，一方面将气体的温度降低至小于所述低温泵内过热水蒸气的饱和温度，到达所述抽水装置前，将氮气与过热水蒸气相分离，便于分别释放或吸收处理；另一方面将吸收的热量传导给所述第一回热部，用于预热所述第一管路内的氮气，然后再用所述加热装置加热，则更有效的节约能源，提高了资源利用效率。

所述低温泵再生系统还包括第三管路，所述第三管路并联在第二回热部两端的第二管路上，与所述第二管路配合形成循环管路。

本发明另一方面提供的一种低温泵再生方法，采用具有上述低温泵再生系统进行，包括：步骤S1.将氮气加热至超过低温泵内水蒸气的饱和温度；步骤S2.将氮气输入低温泵，使低温泵内的水蒸气始终保持过热状态，氮气与低温泵内部水蒸气进行热交换；步骤S3.将带有过热水蒸气的氮气从低温泵排出。温度高于低温泵内水蒸气的饱和温度的氮气进入低温泵进行热交换使低温泵内部真空环境下的饱和水蒸气过热，并使得过热水蒸气与氮气混同，一并排除低温泵达到除水的目的。

所述步骤S1前，还包括步骤S0.预热氮气。

所述步骤S3后，氮气输送至干燥罐内，将氮气与水蒸气分离，将氮气排出至环境内。

所述干燥罐设置有检测装置，所述检测装置用于检测自第二管路输送进干燥罐的氮气的水分含量，当所述检测装置的检测结果高于1ppm，则重复上述方法的步骤S0或S1至步骤S3，直至检测结果小于或等于1ppm。

在所述步骤S0或步骤S1之前，使用减压阀调节氮气的压强，调节加热装置的加热功率，本发明的氮气压强范围为大于或等于0.15atm，优选为0.15atm；加热功率范围为0.2kW-0.5kW，优选为0.2kW。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的低温泵再生系统中，氮气供给装置与低温泵之间的第一管路上串联有加热装置，使氮气达到水蒸气的饱和温度及以上，氮气经加热后进入低温泵，根据水分子在真空中的物理性质，使固体或液体状的水分转换为过热水蒸气后经氮气带出，与现有技术的比较下，本发明的低温泵再生系统不额外增加专用于出水的结构部件即可将低温泵内的水分除去降低了低温泵再生系统的造价，同时满足了低温泵再生工艺中的除水需求；另外，通过在抽水装置加设干燥罐，可以有效的防止氮气中的水分进入机械泵，避免机械泵内部乳化，低温泵再生系统的结构更简洁，有利于节约企业生产成本。

3、本发明另一方面提供的一种低温泵再生方法，因采用本发明的低温泵再生系统而具有相应优势，步骤简洁，不增加工艺环节即可完成除水，节约人工和设备成本，利于低温泵在制冷技术中的进一步推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例一中低温泵再生系统的结构示意图；

图2为实施例二中低温泵再生系统的结构示意图；

图3本发明提供的一种低温泵再生方法的流程图。

附图标记：1-低温泵，2-加热装置，3-回热装置，4-干燥罐，5-机械泵，6-氮气供给装置，7-减压阀，8-压力计，9-温度计，10-流量计，11-真空罐。

具体实施方式

下面将对本发明的一种低温泵再生系统及再生方法的具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。附图中，相同结构或功能的部分利用相同的附图标记来标记，出于显示清楚的原因必要时并不是所有示出的部分在全部附图中用所属的附图标记来标记。

在下述实施例中采用特定次序描绘了实施例的操作，这些次序的描述是为了更好的理解实施例中的细节以全面了解本发明，但这些次序的描述并不一定与本发明的方法一一对应，也不能以此限定本发明的范围。

需要说明的是，附图中的流程图和框图，图示出按照本发明实施例的方法可能实现的操作过程。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以并不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以穿插的执行，依所涉及的步骤要实现的目的而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与人工操作结合来实现。

实施例一

参照图1对本发明的一种低温泵再生系统进行说明。

如图1所示，一种低温泵再生系统，包括：低温泵1、氮气供给装置6、抽水装置及若干阀门，其中，低温泵1通过抽气管路连通真空罐11进行抽气；氮气供给装置6与低温泵1之间的第一管路上串联有加热装置2；所述抽水装置通过第二管路连接低温泵1；加热装置2用于将流经第一管路的氮气加热至超过所述低温泵内水蒸气的饱和温度。

所述加热装置2与所述低温泵1之间的第一管路上设置有流量计10、压力计8和温度计9。便于人员控制进入低温泵的氮气的温度、流量和气压，也便于根据实际情况预设氮气温度、流量和气压。这是本实施例较好做法的一个示例，在也有的情况中并不设置第一管路上设置有流量计10、压力计8和温度计9，或者通过其它装置控制或管理进入低温泵的氮气的温度、流量和气压，在此并不限定。

所述若干阀门包括，设置在氮气供给装置6与加热装置2之间的第一管路上的减压阀7。通过所述减压阀7对氮气减压。

所述抽水装置包括干燥罐4和机械泵5。一方面通过机械泵5提供机械动力使得所述干燥罐4吸收水分，并将氮气排到环境中；另一方面，通过加设干燥罐4可以有效的避免混同于氮气中的水分进入机械泵5，从而导致机械泵5内部的机械泵油发生乳化反应；所述干燥罐4设置有检测装置，用于检测氮气中的水分含量。

所述低温泵再生系统还包括第三管路，所述第三管路并联在第二管路上，与所述第二管路配合形成循环管路，通过循环管路可以对氮气进行重复干燥。

所述低温泵再生系统在对低温泵再生时，使用减压阀7对第一管路内的氮气进行减压操作，使进入低温泵1的氮气的压强范围为大于或等于0.15atm，在本实施例中，优选氮气压强为0.15atm；使用所述加热装置2对第一管路内的氮气进行加热，使氮气温度高于低温泵1内水蒸气的饱和温度，在本实施例中，水的饱和蒸气压是2.3KPa，饱和温度是20℃；加热装置2的加热功率调节范围为0.2kW-0.5kW，优选加热功率为0.2kW，使氮气的温度达到320K。

增温减压的氮气进入低温泵1后，与低温泵1内部的水分发生热交换，根据水分子在真空中的物理性质，使水分自固态和/或液态转化成气态，使水分变为过热水蒸气，并与氮气混同后排出低温泵1。

混同过热水蒸气的氮气自低温泵1排出后，通过第二管路进入干燥罐4；干燥罐4内部为低真空，氮气与过热水蒸气在进入干燥罐4后分离，其中，氮气通过机械泵5排出至环境中，过热水蒸气则存留于干燥罐4内部。其中，干燥罐4还设置有检测装置，用于检测自第二管路输送进的混同过热水蒸气的氮气的水分含量，当检测结果中的水分含量高于1ppm，则继续进行除水；当检测结果低于或等于1ppm，则完成除水。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的的主要区别在于所述低温泵再生系统还包括回热装置3，回热装置3包括第一回热部和第二回热部；第一回热部串联在氮气供给装置6与加热装置2之间的第一管路上，第二回热部串联在抽水装置与低温泵1之间的第二管路上；第一回热部与第二回热部通过导热连接件连接，本实施例中，第一管路和第二管路中的冷热流气体通过第一回热部与第二回热部贴合的导热壁面进行热交换（两股流体时逆流），贴合的导热壁面构成了本实施例的导热连接件。具体的，回热装置3是从低温泵腔体出来的高温氮体通过导热壁面与从钢瓶出来的常温氮气进行热交换，常温氮气被加热，高温氮气被冷却，可以起到减少加热功率，并使进入干燥管的氮气中水蒸气接近露点温度。第二回热部用于吸收流经第二管路内气体的热量，一方面将气体的温度降低至小于低温泵1内水蒸气的饱和温度，到达抽水装置前，将氮气与过热水蒸气相分离，便于分别释放或吸收处理；另一方面将吸收的热量传导给第一回热部，用于预热第一管路内的氮气，然后再用加热装置2加热，则更有效的节约能源，提高了资源利用效率。在其它的实施方式中，导热连接件可以为其它常用的导热材料形成的连接件。

结合图3所示，采用本实施例的低温泵再生系统的方法包括，步骤S1.将氮气加热至超过低温泵内水蒸气的饱和温度；步骤S2.将氮气输入低温泵，使低温泵内的水蒸气始终保持过热状态，氮气与低温泵内部水蒸气进行热交换；步骤S3.将带有过热水蒸气的氮气从低温泵排出。在步骤S1之前，具有步骤S0.对管路内的氮气进行预热；氮气自氮气供给装置排出时，通过减压阀对第一管路内的氮气进行减压操作，本实施例中，氮气的压强范围为大于或等于0.15atm，优选压强为0.15atm；通过调节加热装置2的加热功率对第一管路内的氮气进行加热，本实施例中加热功率范围为0.2kW-0.5kW，优选的加热功率为0.5kW，使氮气温度达到320K。在步骤S4后，自低温泵1排出的混同过热水蒸气的氮气通过第二管路进入干燥罐4，设置在干燥罐4的检测装置对输入进干燥罐4的氮气进行水分含量检测，检测结果高于1ppm，则重复步骤S1-步骤S3；低于或等于1ppm，则完成除水。本实施例中，通过采用本发明的低温泵再生系统，使氮气温度高于低温泵内水蒸气的饱和温度并进入低温泵进行热交换使低温泵内部真空环境下的饱和水蒸气过热，并使得过热水蒸气与氮气混同，一并排除低温泵达到除水的目的。

还需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上对本发明的一种低温泵再生系统及再生方法进行了详细介绍，本文中应用了具体的个例对本发明的结构及工作原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。