專利名稱：冷卻阱單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻阱單元，所述冷卻阱單元冷凝或固化在致冷 器的吸熱單元(冷卻單元)處真空中漂移的水、油或諸如此類的氣體 分子，上述致冷器連接到真空容器或者冷卻部分如冷卻板或冷卻塊上， 所述冷卻板或冷卻塊附接到吸熱單元上。尤其是，本發(fā)明涉及一種冷 卻阱單元，所述冷阱裝置包括再生結(jié)構(gòu)，以便在比常規(guī)情況短的時(shí)間 內(nèi)除去捕集的物質(zhì)。
背景技術(shù)：
在冷卻阱單元中，致冷器在真空中通過(guò)致冷器冷卻由金屬或類似 物制成的塊狀或板狀冷卻板，以便冷凝或固化水或油的氣體分子。當(dāng) 水或油的量增加時(shí)，冷卻板必須通過(guò)升高它的溫度再生。作為再生方 法，下述方法慣常實(shí)施。
在致冷器停止工作后，真空容器的內(nèi)部通過(guò)將大氣或氮?dú)庖氲?真空容器中來(lái)恢復(fù)到大氣壓力，以便消除真空絕熱作用。冷凝或固化 的氣體在冷卻阱單元外部穿過(guò)排水口或類似物排放(見日本專利公開
No.6-182106 )。為了縮短再生時(shí)間，真空容器通過(guò)加熱器在外部加熱， 以便升高固化物質(zhì)的環(huán)境溫度，因此縮短了液化作用所需的時(shí)間。
圖5是一種低溫阱的主要部分的側(cè)剖視圖，所述低溫阱具有日本 專利公開No.6-182106中所公開的液體收集器。
真空裝置51通過(guò)低溫阱真空容器52整體式連接到擴(kuò)散泵53上。 低溫阱55通過(guò)緊湊型氦致冷器54冷卻，以便冷凝水或油的氣體分子， 上述低溫阱55布置在低溫阱真空容器52中。具有蓄液器56a的液體 收集器56通過(guò)支承桿57如此附接到低溫阱真空容器52上，以便直接 位于低溫阱55的低溫阱表面55a的下方。液體收集器56總是在室溫下。
用于將收集的液體排放到外部的排出管道58和排出閥58a附接到 液體收集器56上。在再生期間由融化和除去冷凝物55b所產(chǎn)生的水或 油的液體從低溫阱表面55a滴落恢復(fù)到室溫，并通過(guò)液體收集器56 收集。通過(guò)使阱的內(nèi)部恢復(fù)到大氣壓并打開排水閥58a，可以將液體 收集器56中收集的液體以液體的形式除去。
上述現(xiàn)有技術(shù)有下列問(wèn)題。例如，為了縮短再生時(shí)間起見，真空 容器可以通過(guò)加熱器在外部加熱，以便升高固化水的環(huán)境溫度，因此 促進(jìn)了液化作用。然而，氣體的熱容不一定能大于冰的熱容或者水的 熔化熱，且再生時(shí)間不能大大縮短。當(dāng)采用現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)可 能不利地影響應(yīng)用冷卻阱單元的設(shè)備的運(yùn)行率或諸如此類，這樣是不 方便的。當(dāng)捕集的水量變化時(shí)，再生時(shí)間也變化。其間，難以確定排 水結(jié)束和再生結(jié)束的時(shí)間。此外，因?yàn)榧訜崞骷訜嶂車牟考缰吕?器、密封部件、電器部件及諸如此類，所以必須通過(guò)考慮相應(yīng)部件的 耐熱溫度來(lái)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種冷卻阱單元，所述冷卻阱單元包 括再生結(jié)構(gòu)，所述再生結(jié)構(gòu)大大縮短了排放氣體再生時(shí)的再生時(shí)間， 上述氣體通過(guò)真空容器外部的冷卻板冷凝或固化。
按照本發(fā)明的一方面，提供了一種冷卻阱單元，所述冷卻阱單元 包括真空容器、致冷器和冷卻板，上述真空容器帶有排水口，上述致 冷器這樣連接到真空容器上，以使吸熱單元位于真空側(cè)上，而上述冷 卻板固定到吸熱單元上，以便與吸熱單元緊密接觸，并冷凝或固化氣 體，上述冷卻阱單元包括
蓄水裝置，當(dāng)將通過(guò)冷卻板冷凝或固化的氣體液化并將液體排放 到真空容器外部時(shí)，上述蓄水裝置能在真空容器中儲(chǔ)存液化的液體， 以便液化的液體與冷卻板接觸；和
檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置用于根據(jù)通過(guò)檢測(cè)液體的溫度變化所得到的、并指示溫度達(dá)到預(yù)定值的檢測(cè)信號(hào)，來(lái)通過(guò)排水口排放儲(chǔ)存在 蓄水裝置中的液體。
按照本發(fā)明，在再生過(guò)程中，液化的液體不是直接排放，而是儲(chǔ) 存在真空容器中。然后，具有大熱容的液體直接與冷卻板和固化的氣 體接觸。這可以加速固化的氣體的液化作用，因此縮短了再生時(shí)間。
設(shè)置到吸熱單元上的溫度傳感器檢測(cè)儲(chǔ)存在真空容器中的氣體的 溫度變化。這使操作者能注意通過(guò)冷卻板固化的氣體完全液化的時(shí)間。 另外，根據(jù)指示溫度已達(dá)到預(yù)定值的檢測(cè)信號(hào)，可以通過(guò)真空容器的 排水口排放儲(chǔ)存的水，且操作者可以接到冷卻阱單元再生完成的通知。
因此，即使捕集的氣體量在每次再生時(shí)都不同，但再生都可以按 照所捕集的氣體量實(shí)施。當(dāng)按照自動(dòng)程序操縱冷卻阱單元并實(shí)施再生 過(guò)程時(shí)，這尤其有效，且當(dāng)在自動(dòng)化設(shè)備及諸如此類中結(jié)合這種阱時(shí) 會(huì)顯示它的作用。
本發(fā)明的另一些特點(diǎn)從下面參照附圖的示例性實(shí)施例的說(shuō)明將變 得顯而易見。


圖1是按照第一實(shí)施例所述包括再生結(jié)構(gòu)的冷卻阱單元的例子的
示意圖，其中真空容器附接到致冷器上；
圖2是示出水的平衡蒸汽壓特性的曲線圖3是示出按照第二實(shí)施例所述包括再生結(jié)構(gòu)的冷卻阱單元的例 子的示意圖，其中水箱布置在真空容器的底部處；
圖4A和4B是示出其中在按照第三實(shí)施例所述的冷卻板的表面中 形成槽狀階梯的例子的視圖；和
圖5是在日本專利公開No.6-182106中所公開的帶有液體收集器 的低溫阱的主要部分的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的 一些實(shí)施例將參照

。
5作為包含在氣體中的液體成分，可以提起水、油或諸如此類。下 面實(shí)施例將以水作為氣體中所含液體成分的例子說(shuō)明。 (第一實(shí)施例)
圖1是按照這個(gè)實(shí)施例所述的包括致冷結(jié)構(gòu)的冷卻阱單元的例子 的示意圖，其中真空容器附接到致冷器上。
參見圖1，將對(duì)冷卻阱單元3進(jìn)行說(shuō)明，在所述冷卻阱單元3中， 真空容器2附接到致冷器1如真空凸緣式斯特林(Stirling)循環(huán)致冷 器上。本發(fā)明中所應(yīng)用的致冷器1可以是不同類型的致冷器的其中任 何之一，如斯特林、GM、脈沖管、沙而維(Solvay)循環(huán)或壓縮機(jī)致 冷器。
致冷器1具有吸熱單元5和真空凸緣6，所述真空凸緣6附接到 圓筒形外殼4的遠(yuǎn)端上。 一種叫做冷卻板7的圓筒形薄板用具有高熱 導(dǎo)率的材料(比如銅)制成，所述冷卻板7附接到致冷器1的吸熱單 元5上與吸熱單元5緊密接觸在真空側(cè)上。當(dāng)致冷器l操作時(shí)，吸熱 單元5的溫度降低，因此冷卻板7的溫度也降低。
真空容器2固定到致冷器1的真空凸緣6上，上述真空容器2包 括多個(gè)真空凸緣式口8a、 8b、 8c和8d、連接到岡9上的排水口 10、 溫度傳感器11和加熱器12。至少一個(gè)排水口 10設(shè)置在真空容器2的 底部。溫度傳感器11連接到溫度指示器13上，所述溫度指示器13 具有操縱閥9的輸出功能。這種布置構(gòu)成冷卻阱單元3。
當(dāng)通過(guò)冷卻板7將冷凝或固化的氣體液化并將產(chǎn)生的液體排放到 真空容器2外部時(shí)，真空容器2的底部用作蓄水裝置，所述蓄水裝置 可以儲(chǔ)存由液化作用得到的液體，以與冷卻板7接觸。
真空容器2的多個(gè)真空凸緣式口 8a-8d連接到真空泵14如旋轉(zhuǎn)式 泵或干泵、用作真空空間的室15、真空壓力計(jì)16、氮?dú)馊肟?17及諸 如此類上。在需要的地方，真空閥18、 19和20分別設(shè)置到在真空泵 14和真空容器2、室15和真空容器2、及氮?dú)馊肟?17和真空容器2 之間的部分上。
下面說(shuō)明圖1中系統(tǒng)的操作過(guò)程的例子。在閥9、 18、 19和20
6關(guān)閉的情況下，真空泵14操作。將真空泵14和真空容器2之間的閥 18打開，及將冷卻阱單元3的真空容器2的內(nèi)部抽真空。致冷器l操 作，以便降低冷卻板7的溫度。將真空容器2和室15之間的閥19打 開，并在室15的內(nèi)部抽真空。這時(shí)，附接到致冷器1的吸熱單元5 的冷卻板7固化在從室15流向真空泵14的氣體中的水分。在室15 的側(cè)邊上存在的水分含量越大，則通過(guò)冷卻板7吸留的水分增加量越 大。應(yīng)該注意，必須注意冷卻板7的溫度。
圖2是示出水的平衡蒸汽壓特性的曲線圖。從圖2中可看出，當(dāng) 平衡蒸汽壓是1 Pa時(shí)，冷卻板7的溫度必須保持在-60'C或更低溫度。 在干泵的情況下，作為泵的其中一個(gè)性能的最終壓力為約幾Pa。如果 冷卻板7的溫度保持在約-80。C (水在該溫度下的平衡蒸汽壓小于 lxlO"Pa ),則通過(guò)冷卻板7吸留真空中的水分沒(méi)有任何問(wèn)題。
假定這個(gè)系統(tǒng)在室15的所述側(cè)上重復(fù)用大氣壓和真空壓力操作 的過(guò)程中或者在外部一直進(jìn)入水分的過(guò)程中使用。水分逐漸沉積在冷 卻板7上，以便用冰塊21覆蓋冷卻板7。因而，產(chǎn)生了如下問(wèn)題。亦 即，隨著冰塊21填充真空容器2的內(nèi)部，室15和真空泵14之間的流 動(dòng)通道22變窄，并削弱預(yù)定的抽吸性能。另外，部分水可以與真空容 器2的內(nèi)壁表面和冷卻阱單元3的真空凸緣6接觸，且從接觸部分吸 留的水分可以汽化并再次釋放到真空中。
在這種情況下，必須通過(guò)例如使致冷器1停止來(lái)實(shí)施將沉積的冰 排放到大氣中的再生過(guò)程。
這個(gè)過(guò)程用下面方式實(shí)施。關(guān)閉閥18和19,以便使冷卻阱單元3 與真空管線(真空泵14和室15)分開。致冷器1的操作停止。打開 閥20，而真空容器2的內(nèi)部通過(guò)氮?dú)馇逑椿謴?fù)到大氣壓。設(shè)置到真空 容器2的底部的排水口 10的閥9保持關(guān)閉。這時(shí)，真空容器2可以通 過(guò)加熱器12在外部加熱。按照這個(gè)實(shí)施例，當(dāng)把通過(guò)冷卻板7冷凝或 固化的氣體排放到真空容器2的外部時(shí)，加熱器12用作從真空容器2 的外部加熱冷卻板7的加熱裝置。
假定部分冰塊21液化并收集在真空容器2的底部，且液化的水與冷卻板7的下端23或者冰塊21接觸。因?yàn)樗臒崛荽笥诳諝饣虻獨(dú)?的熱容，所以促進(jìn)冰塊21的融化，且再生過(guò)程所需的時(shí)間(再生時(shí)間) 減少。這時(shí)，設(shè)置到吸熱單元5的溫度傳感器11穿過(guò)冷卻板7和吸熱 單元5檢測(cè)水溫。由于所述水處在從固體融化成液體的中間，所以所 述水溫保持在0。C。當(dāng)冰塊21完全融化時(shí)，水溫由于環(huán)境溫度的影響 而增加。假定溫度指示器13設(shè)定成例如當(dāng)水溫達(dá)到例如2。C時(shí)把操作 信號(hào)輸出到閥9。則當(dāng)溫度是2'C時(shí)，將閥9打開，并排放出儲(chǔ)存在真 空容器2中的水。然后真空容器2的內(nèi)部通過(guò)用氮?dú)馇逑催M(jìn)行干燥， 因此完成再生過(guò)程。這樣，在再生過(guò)程中，將融化的水儲(chǔ)存在真空容 器2中以與冷卻板7接觸。設(shè)置到吸熱單元5的溫度傳感器11檢測(cè)水 溫的變化。閥9的打開/關(guān)閉操作根據(jù)溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)從溫度指示器 13輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行控制。然后，將融化的水通過(guò)排水口 IO排放。 如上所述，按照這個(gè)實(shí)施例，在再生過(guò)程中，液化的氣體不是直 接排放，而是儲(chǔ)存在真空容器中。然后，具有大熱容的液體直接與冷 卻板和固化的氣體接觸。這可以加速固化氣體的液化作用，因此縮短 了再生時(shí)間。
按照這個(gè)實(shí)施例，設(shè)置到吸熱單元的溫度傳感器檢測(cè)儲(chǔ)存在真空 容器中氣體的溫度變化。這使操作者能注意到被冷卻板固化的氣體完
全液化的時(shí)間。另外，根據(jù)指示溫度已到達(dá)預(yù)定值的檢測(cè)信號(hào)，儲(chǔ)存 的水可以通過(guò)真空容器的排水口排出，且操作者可以接到冷卻阱單元 再生完成的通知。
因此，即使在每次再生中捕集的氣體量不同，再生過(guò)程也可以按 照該量實(shí)施。當(dāng)按照自動(dòng)程序操縱冷卻阱單元并實(shí)施再生過(guò)程時(shí)，這 尤其有效，且當(dāng)在自動(dòng)化設(shè)備或諸如此類中結(jié)合這種阱時(shí)會(huì)顯示出它 的作用。
(第二實(shí)施例)
圖3是示出按照第二實(shí)施例所述包括再生結(jié)構(gòu)的冷卻阱單元例子 的示意圖，其中在真空容器的底部布置水箱。與第一實(shí)施例中共同的 部分用相同的附圖標(biāo)記表示。在圖3所示的布置中，水箱25布置在真空容器24中位于冷卻板 26之下，并且具有的底面積小于真空容器24的底面積。在這種布置 中，將再生過(guò)程中所融化的水儲(chǔ)存在水箱25中，并直接定位在冷卻板 26之下。
儲(chǔ)存在水箱25中的水可以通過(guò)排水口 10排放。按照這個(gè)實(shí)施例， 排水口 IO用作第一排水口以便將儲(chǔ)存在水箱25中的水排放。因此， 即使在液化的水量小的階段，冷卻板26也可以與儲(chǔ)存在水箱25中的 水接觸。這促進(jìn)液化作用并可以在早些時(shí)間產(chǎn)生容易液化的情況。在 這種情況下，即使融化的水從水箱25溢流，它只聚集在水箱25周圍， 并可以通過(guò)排水口 27排放，因此不會(huì)造成問(wèn)題。更準(zhǔn)確地說(shuō)，當(dāng)冰塊 21已完全液化時(shí)、當(dāng)液體溫度上升時(shí)及當(dāng)閥9打開時(shí)，與設(shè)置到水箱 25的周邊的排水口 27連接的閥8也在同一時(shí)間根據(jù)從溫度指示器13 輸出的檢測(cè)信號(hào)打開，以便排放從水箱25溢流出的水。從水箱25溢 流和儲(chǔ)存在水箱25外部的水(水直接儲(chǔ)存在真空容器24的底部)也 可以通過(guò)排水口27排放。在這個(gè)實(shí)施例中，排水口27用作第二排水 口 ，以便排放儲(chǔ)存在水箱25外部的水。
按照這個(gè)實(shí)施例，儲(chǔ)存再生中融化的水的水箱布置在冷卻板的下 方。這可以使水快速地與冷卻板或者固化的水接觸。結(jié)果，再生時(shí)間 可以進(jìn)一步縮短。
(第三實(shí)施例)
圖4A和4B是示出其中在按照第三實(shí)施例所述的冷卻板的表面中 形成槽狀階梯32的例子的視圖，其中圖4A是冷卻板的表面的平面圖， 而圖4B是冷卻板31從方向AA'看的側(cè)視圖。應(yīng)該注意，第一和第二 實(shí)施例的冷卻板7和26是圓筒形，而第三實(shí)施例的冷卻板31是扁平 的冷卻板，該扁平的冷卻板是在機(jī)加工成圓筒形形狀之前得到。
如圖4A和4B中所示，冷卻板31的表面設(shè)有多個(gè)縱向槽狀階梯 32，所述階梯32沿重力方向從上豎直向下延伸。槽狀階梯不限于如圖 4A所示的豎直方向下延伸的縱向階梯，而是可以從上向下傾斜(未示 出)。通過(guò)在冷卻板31的表面中形成槽狀階梯，在冷卻板31上液化的
9水可以很容易沿著槽狀階梯32向下流動(dòng)。因此，水如此平穩(wěn)地從冷卻 板滴下，以便可以有效地排放液化的水。這對(duì)于縮短再生時(shí)間是有效 的。
盡管已參照示例性實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，本發(fā)明不 限于所公開的示例性實(shí)施例。下面權(quán)利要求的范圍給予最廣泛的說(shuō)明， 以便包括所有這些修改及等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1. 一種冷卻阱單元，包括真空容器、致冷器和冷卻板，上述真空容器具有排水口，上述致冷器這樣連接到上述真空容器上，以使吸熱單元位于真空側(cè)上，而上述冷卻板固定到上述吸熱單元上，以便與上述吸熱單元緊密接觸，并使氣體冷凝或固化，上述冷卻阱單元包括蓄水裝置，當(dāng)使通過(guò)上述冷卻板冷凝或固化的氣體液化并將液體排放到上述真空容器外部時(shí)，上述蓄水裝置能將液化的液體儲(chǔ)存在上述真空容器中，以使液化的液體與上述冷卻板接觸；和檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置用于根據(jù)通過(guò)檢測(cè)液體的溫度變化所得到的并指示溫度到達(dá)預(yù)定值的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)上述排水口排放儲(chǔ)存在上述蓄水裝置中的液體。
2. 按照權(quán)利要求1所述的冷卻阱單元，其中上述蓄水裝置包括水 箱，所述水箱布置在上述真空容器中的上述冷卻板的下方，并且上述 水箱的面積小于上述真空容器底部的面積。
3. 按照權(quán)利要求2所述的冷卻阱單元，其中上述真空容器包括 第一排水口，所述第一排水口排放儲(chǔ)存在上述水箱中的液體，和 第二排水口 ，所述第二排水口排放儲(chǔ)存在上述水箱外部的液體。
4. 按照權(quán)利要求1所述的冷卻阱單元，還包括加熱裝置，當(dāng)把通 過(guò)上述冷卻板冷凝或固化的氣體排放到上述真空容器外部時(shí)，上述加 熱裝置用于從上述真空容器外部加熱所述冷卻板。
5. 按照權(quán)利要求1所述的冷卻阱單元，其中上述冷卻板在其表面 中設(shè)有多個(gè)槽狀階梯，所述多個(gè)槽狀階梯在縱向方向和傾斜方向的其 中之一上形成，并沿重力方向從上向下延伸。
全文摘要
一種冷卻阱單元，包括真空容器、致冷器和冷卻板，上述真空容器具有排水口，上述致冷器這樣連接到真空容器上，以使吸熱單元位于真空側(cè)上，而上述冷卻板固定到吸熱單元上，以便與吸熱單元緊密接觸并使氣體冷凝或固化，冷卻阱單元包括蓄水單元和檢測(cè)單元，當(dāng)通過(guò)冷卻板將冷凝或固化的氣體液化并將液體排放到真空容器外部時(shí)，上述蓄水單元能將液化的液體儲(chǔ)存在真空容器中，以便液化的液體處于與冷卻板接觸，而上述檢測(cè)單元用于根據(jù)檢測(cè)信號(hào)通過(guò)排水口排放儲(chǔ)存在蓄水單元中的液體，上述檢測(cè)信號(hào)通過(guò)檢測(cè)液體溫度變化獲得并指示溫度到達(dá)預(yù)定值。
文檔編號(hào)B01D8/00GK101422659SQ20081017382
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者堀內(nèi)久 申請(qǐng)人:佳能安內(nèi)華科技股份有限公司