[发明专利]具有一体式热开关的吸附泵

说明书

技术领域

[0001]本发明总体上涉及吸附泵，尤其涉及一种具有一体式热开关的吸附泵。

背景技术

[0002]吸附泵是一种真空泵，其通过在被冷却至制冷温度(cryogenic temperature)的孔隙率很高的分子筛材料(即吸附材料)上吸附分子，在希望的系统中获得部分真空。吸附泵能够使得系统中的压力降低到大约10^-7mbar，而不产生与其他类型的用来降低压力的泵系统有关的很多缺点。也就是说，吸附泵的优点是消除了在开放系统泵中存在的油和其他污染物，并且由于其中不使用运动部件，在运行中提供低成本和无振动的操作。

[0003]吸附泵通常构造成不锈钢、铝、或硼硅酸盐玻璃的容器，其中填充吸附材料，例如合成沸石或活性碳。吸附泵通过管道和/或阀门与希望的系统流体连接，以便允许在它们之间进行分子传递。还具有用来将吸附泵冷却至制冷温度的机构或手段，以便在吸附材料中吸附分子。一种将吸附材料的温度降至制冷温度的方法是将其浸没在装有液氮的杜瓦瓶(Dewar flask，即真空瓶)中。但是，由液氮提供的冷却并不总是足以用来吸附某些分子。一个例子是当连接于吸附泵的系统(分子将从其被吸收)包括液氦池时。在液氮温度下，氦分子不能被充分吸附，因此，对于该系统，需要一种能够产生更低温度的更合适的冷却机构。

[0004]用来将吸附材料冷却至制冷温度的另外一种机构，是闭合循环制冷机，其更适合于其中吸附泵必须吸附氦分子的系统。在该结构中，吸附泵通过例如热母线(thermal buss)与制冷机热连接。热母线使得吸附泵与制冷机热接触，以将吸附材料冷却至合适低的制冷温度。无论用于冷却吸附材料的具体机构怎样，都需要交替进行吸附泵的冷却和将吸附泵再次加热到较高的温度(例如室温)。即，为了有效地运行，吸附泵必须在一种循环的方式下运行。在一个模式或阶段，吸附泵运行在吸附模式下，吸附材料被冷却至制冷温度以吸附分子。在解吸模式或阶段(任选的为再生阶段)，吸附材料被允许升温到室温，使得分子从中逸出。

[0005]由于吸附材料必须处于冷却和再次加热交替的状态中，必须提供一种机构，用来切换吸附泵进入和离开与冷却源的热接触。在吸附泵连接于闭合循环制冷机和热母线来冷却的结构中，使用热开关选择性地连接制冷系统与吸附泵。在现有的泵设计中，该热开关位于吸附泵的外部。这种位于外部的热开关由于为系统增加了额外的部件而增加了整个系统的复杂性。增加独立的热开关部件增加了整个系统的成本，并且增加了电气或机械故障发生的几率。而且，将热开关设置在吸附泵的外部，增加了制冷机和吸附泵之间热传递的路径长度，由此降低了整个热性能，并且为了冷却吸附泵，增加了额外的成本。

[0006]因此，现有的用来开启和关闭吸附泵以在吸附和解吸模式之间切换的热开关效率低，并且造成了较高的成本和故障率。因此，需要一种吸附泵，可以在其中并入热开关的功能，以最小化与独立的外部热开关有关的成本和低效率。

发明内容

[0007]本发明提供一种具有一体式热开关的吸附泵装置，该装置克服了上述的缺点。形成在吸附泵中的气体腔作为热开关，选择性地使吸附泵处于吸附和解吸模式中。

[0008]根据本发明的一个方面，一种吸附泵系统包括具有吸附材料在其中吸附气体分子的内部容器和位于内部容器周围的外部容器。该吸附泵系统还包括连接于外部容器的热传导法兰，和形成于内部容器和外部容器之间的气体腔，所述气体腔被构造成在其中能够密封地容纳导热气体。

[0009]根据本发明的另一个方面，一种降低外部系统中的气体压力的装置包括导热的内部容器，包含在内部容器中的吸附材料，与内部容器隔开并包围内部容器的外部容器，以在它们之间形成真空密封腔。该装置还包括热连接于外部容器的导热法兰，其中真空密封腔被构造成选择性地使吸附材料与导热法兰热接触。

[0010]根据本发明的又一个方面，一种用于构造吸附泵系统的方法，包括以下步骤：用吸附材料填充导热的内部容器，用外部容器包围内部容器，其中在内部容器和外部容器之间形成中间气体间隙。该方法还包括以下步骤：在外部容器上设置导热法兰，导热法兰与外部容器热连接；将气体管线与中间气体间隙流体连接，以向中间气体间隙加入和从中间气体间隙抽出导热气体，从而选择性地使导热法兰与吸附材料彼此热接触。

[0011]从以下详细的描述和说明书附图中，本发明的各种其他的特性和优点将是显而易见的。

附图说明

[0012]附图显示了本文提出用于实现本发明的一个实施例。