一种便于水汽再生型低温泵

技术领域

本发明涉及真空技术领域，尤其涉及一种便于水汽再生型低温泵。

背景技术

随着真空系统的发展，对特别是真空镀膜工艺的发展，真空镀膜的基材和镀料的种类越来越多样化。

基材、镀料和工艺的多样化带来了很多技术性问题，其中就包括镀膜过程中大量的水分子的产生。

而在生产中这些水分子都会对工艺和产品的质量稳定性产生影响，需要通过烘烤和真空泵抽取进行处理。

在真空应用中，尤其在真空镀膜领域，真空空间的水汽采用普通抽除方法效果较差，例如申请号为201810611820.2的一种低温泵。包括最为常用的扩散泵和分子泵在对真空空间的水汽的抽取能力都不高。一般采用GM制冷机低温真空泵来作为真空系统的主泵。

低温真空泵通过低温捕集和吸附作用，低温泵一级冷板对真空系统中的大量水分子和CO2等气体进行捕集和吸附，同时二级冷板对N2、H2、O2等其他气体分子进行捕集和吸附，从而形成高真空。

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。随着低温泵的广泛使用，在其使用过程中又暴露了一些问题，最典型的问题是，在低温泵对大量水分子和其他气体吸附饱和后，需要对低温泵进行再生，而起再生过程中，冷凝捕集的水分子的量过大，通过一般的再生的方式很难被完全去除，影响再生时间降低生产效率。

包括很多美国和日本低温泵生产厂家，无论采用外置式加热再生，还是内置式电加热再生都没有很好的解决在大量水分子存在时的再生问题，再生过程中泵底积水的情况普遍存在。同时一部分低温泵在再生加热时对泵内充入氮气的方法也不能有效的解决该种情况的发生。

发明内容

本发明针对现有技术中再生过程中大量水分液化在过渡筒内无法排出的缺点，提供一种便于水汽再生型低温泵。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种便于水汽再生型低温泵，包括冷泵壳体、一级冷头和二级冷头和制冷机，一级冷头安装在冷泵壳体内，二级冷头安装在一级冷头内，冷泵壳体外安装有与其内连通的过渡筒，制冷机安装在过渡筒上，制冷机的冷头通过过渡筒伸入到冷泵壳体内并同时与一级冷头和二级冷头连接；过渡筒上安装有给其内腔加热的加热件；一级冷头顶端与冷泵壳体的泵口之间设有预抽腔体，预抽腔体的侧壁上安装有与其连通的预抽接头。

传统的低温泵在DN400口径及以上尺寸的低温泵多采用过渡筒转接的形式来安装GM制冷机，在再生过程中，大量水分子液化后流入过渡筒内堆积无法排出，且堆积后水分子与腔室气体空间接触面过小，再生抽气对该部分的水无法形成有效抽速，很难排空。

本发明针对低温泵过渡筒水不易排空，进行结构优化。在容易积水的过渡筒上安装外置的加热件，可用通过温控系统，使其在再生过程，保持60℃到100℃；提高其饱和蒸气压，如此，水分子不易液化直接汽化后，被预抽泵抽走。

同时我们对低温泵的冷泵壳体进行加高设计。使其在泵口处，可安装一个大口径的预抽接头，同时使用大抽速的预抽泵进行预抽，结合内置加热，使低温泵吸附的水汽，已汽态形式被预抽泵抽走，从而使低温泵水汽再生效果达到最佳。

作为优选，预抽腔体的高度为h，150mm≤h≤250mm，预抽接头口径在KF80以上。

作为优选，加热件为加热套筒，加热套筒套装在过渡筒的外侧，加热套筒外侧套装有护套。护套用于保护加热件，提高安全性和美观度。

作为优选，冷泵壳体的底部设有一级法兰，制冷机的机座上设有二级法兰，过渡筒一端与一级法兰焊接连接，其另一端与二级法兰焊接连接，加热套筒和护套都设在一级法兰与二级法兰之间。加热套筒能够加热过渡筒的温度，从而提高其内的饱和蒸气压，水分子不易液化，方便预抽泵抽走。

作为优选，一级冷头包括冷瓶、障板组件和导热杆，导热杆的数量至少为三个，导热杆一端与障板组件固定连接，其另一端与冷瓶底面固定连接，冷瓶与制冷机的冷头下端部固定连接，导热杆中部安装有一级加热模块。一级加热模块在再生时，快速加热一级冷头，配合前级泵完成对低温泵降温后的快速再生与抽空。

作为优选，障板组件包括数量为多片的连接板、导流板和障板，所有障板倾斜卡合在连接板上方，障板的形状为圆环形，所有导流板倾斜卡合在连接板下方并靠近连接板内侧，导流板的形状也为圆环形，障板的倾斜方向与导流板的倾斜方向相反，导热杆与连接板固定连接。

作为优选，二级冷头包括冷凝板组件，冷凝板组件悬空在冷瓶与障板组件之间，冷凝板组件中间设有安装孔，制冷机的冷头通过安装孔与冷凝板组件固定连接，安装孔内制冷机的冷头上安装有二级加热模块。二级加热模块在再生时，快速加热二级冷头，配合前级泵完成对低温泵降温后的快速再生与抽空。

作为优选，冷凝板组件包括支撑架和数量为多块的冷凝板，支撑架为四周封闭、一侧开口的支撑架，冷凝板的外形为“圆盘”形，所有冷凝板等距安装在支撑架上，制冷机的冷头穿过支撑架的内腔与最顶上的冷凝板固定连接。

作为优选，冷泵壳体下端安装有连通其内部的充气接头，充气接头上安装有伸入到冷瓶内的充气管。充气接头用于充N2，冷瓶内充入N2可以使得其在加热时温度较为均匀，提高低温泵降温后的快速再生和抽空。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明针对低温泵过渡筒水不易排空，进行结构优化。在容易积水的过渡筒上安装外置的加热件，可用通过温控系统，使其在再生过程，保持60℃到100℃；提高其饱和蒸气压，如此，水分子不易液化直接汽化后，被预抽泵抽走。

同时我们对低温泵的冷泵壳体进行加高设计。使其在泵口处，可安装一个大口径的预抽接头，同时使用大抽速的预抽泵进行预抽，结合内置加热，使低温泵吸附的水汽，已汽态形式被预抽泵抽走，从而使低温泵水汽再生效果达到最佳。

附图说明

图1是本发明剖视立体结构示意图。

图2是本发明剖视平面结构示意图。

图3是图2中A的局部放大图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：

1—冷泵壳体

2—一级冷头

3—二级冷头

4—制冷机

5—过渡筒

6—加热件

7—护套

8—一级加热模块

9—二级加热模块

10—预抽腔体、11—泵口、12—预抽接头、13—一级法兰、14—充气接头、15—充气管

21—冷瓶、22—障板组件、23—导热杆

221—连接板、222—导流板、223—障板

30—安装孔、31—支撑架、32—冷凝板

41—机座、42—二级法兰。

具体实施方式

下面结合附图1-3与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种便于水汽再生型低温泵，包括冷泵壳体1、一级冷头2和二级冷头3和制冷机4，一级冷头2安装在冷泵壳体1内，二级冷头3安装在一级冷头2内，冷泵壳体1外安装有与其内连通的过渡筒5，低温泵在DN400口径及以上尺寸的低温泵多采用过渡筒5转接的形式来安装制冷机4，制冷机4安装在过渡筒5上，制冷机4的冷头通过过渡筒5伸入到冷泵壳体1内并同时与一级冷头2和二级冷头3连接。在再生过程中，大量水分子液化后流入过渡筒内堆积无法排出，且堆积后水分子与腔室气体空间接触面过小，再生抽气对该部分的水无法形成有效抽速，很难排空。因此本低温泵的过渡筒5上安装有给其内腔加热的加热件6，加热件6在外接的温控系统的控制下将温度控制在60℃到100℃之前，从而提高过渡筒5内的饱和蒸气压，如此，水分子不易液化，直接汽化后，方便被预抽泵直接抽走。一级冷头2顶端与冷泵壳体1的泵口11之间设有预抽腔体10，预抽腔体10的侧壁上安装有与其连通的预抽接头12，预抽接头12用于安装外接的大抽速的预抽泵，预抽泵能够对冷泵壳体1进行预抽处理，预抽泵结合内置的加热件6加热，使低温泵吸附的水汽以气态形式被预抽泵抽走，从而使低温泵水汽再生效果达到最佳。

预抽腔体10的高度为h为150mm，预抽接头12口径在KF80以上。

加热件6为加热套筒，加热套筒套装在过渡筒5的外侧，加热套筒外侧套装有护套7，护套7为可拆卸式护套，加热套筒上的加热线通过护套7与外接的温控系统连接。

冷泵壳体1的底部设有一级法兰13，制冷机4的机座41上设有二级法兰42，过渡筒5一端与一级法兰13焊接连接，其另一端与二级法兰42焊接连接，加热套筒和护套7都设在一级法兰13与二级法兰42之间，制冷机4与冷泵壳体1连接牢靠。

一级冷头2包括冷瓶21、障板组件22和导热杆23，导热杆23的数量至少为三个，本实施例导热杆23的数量为四根，冷瓶21为开口朝上，导热杆23用于支撑障板组件22，从而将障板组件22设在冷瓶21的开口处，导热杆23一端与障板组件22固定连接，其另一端与冷瓶21底面固定连接，冷瓶21与制冷机4的冷头下端部固定连接，导热杆23中部安装有一级加热模块8，一级加热模块8在加热时，温度能够均匀的扩散到冷瓶21四周，从而使得冷瓶21的整体区域温度能够及时趋于稳定。

障板组件22包括数量为多片的连接板221、导流板222和障板223，本实施例连接板221的数量为六片，导流板222的数量为五片，障板223的数量为十一片，障板223的形状为圆环形，所有障板223倾斜卡合在连接板221上方，即连接板221上设有十一个等间距的倾斜槽，障板223卡合在倾斜槽内。所有导流板222倾斜卡合在连接板221下方并靠近连接板221内侧，导流板222与障板223接触连接，导流板222的形状也为圆环形，障板223的倾斜方向与导流板222的倾斜方向相反，导热杆23与连接板221固定连接。

二级冷头3包括冷凝板组件，冷凝板组件悬空在冷瓶21与障板组件22之间，冷凝板组件中间设有安装孔30，制冷机4的冷头通过安装孔30与冷凝板组件固定连接，安装孔30内制冷机4的冷头上安装有二级加热模块9。

冷凝板组件包括支撑架31和数量为多块的冷凝板32，支撑架31为四周封闭、一侧开口的支撑架，冷凝板32的外形为“圆盘”形，所有冷凝板32等距安装在支撑架31上，冷凝板32的盘口朝向下，最顶部的冷凝板32中间位置没有设连接孔，其余的冷凝板32中间位置都设有连接孔，连接孔侧边设有折弯板，支撑架31穿过冷凝板32的连接孔，折弯板与支撑架31固定连接，制冷机4的冷头穿过支撑架31的内腔与最顶上的冷凝板32固定连接。

冷泵壳体1下端安装有连通其内部的充气接头14，充气接头14上安装有伸入到冷瓶21内的充气管15。

本低温泵在再生时，内置的一级加热模块8和二级加热模块9分别与低温泵中的一级冷头2和二级冷头3固定连接，一级加热模块8与一级冷头2连接处安装有铟片，二级加热模块9与二级冷头3连接处也安装有铟片，铟片用于消除热传递损失。一级加热模块8和二级加热模块9在再生时，快速加热一级冷头2和二级冷头3，辅以充入可控的定量N2以使加热均匀，配合前级泵完成对低温泵降温后的快速再生与抽空。

在低温泵需要再生时，启动内置的一级加热模块8和二级加热模块9，同时启动外置的加热件6，加热件6温度控制在60℃到100℃之间；待低温泵内压力大于等于100Pa时，打开抽水汽预抽阀门，开始抽气；此时低温泵内一直维持较低的压力，同时，过渡筒5采用外置加热，使其保持较高的温度，有利于水汽的蒸发，从而被预抽泵抽出。

实施例2

实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是预抽腔体10的高度为h为200mm，预抽接头12口径在KF80以上。

实施例3

实施例3与实施例1特征基本相同，不同的是预抽腔体10的高度为h为250mm，预抽接头12口径在KF80以上。