CH628959A5

CH628959A5 - Cryopump with a fitted refrigerating machine

Info

Publication number: CH628959A5
Application number: CH411478A
Authority: CH
Inventors: Otto Dr Winkler
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1982-03-31
Also published as: DE2912856A1; NL7804706A

Description

628 959 628 959

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Kryopumpe mit eingebauter Kältemaschine mit wenigstens zwei Temperaturstufen (13,17) und mit der Bindung der zu pumpenden Gase dienenden Kryoflächen (11) und mit einer Strahlungsabschirmung (14,15,16) für die Kryoflächen, wobei letztere mit der Stufe (13) niedrigerer Temperatur und die Strahlungsabschirmung (14,15,16) mit einer Stufe ( i 7) höherer Temperatur der Kältemaschine über wärmeleitende Brücken verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Strahlungsabschirmung (14,15,16) eine kürzere wärmeleitende Brücke zu der Stufe (17) höherer Temperatur als für die Kryoflächen (11) zur Stufe (13) niedrigerer Temperatur vorgesehen ist. 1. cryopump with built-in refrigerator with at least two temperature levels (13, 17) and with the binding of the gas to be pumped serving cryosurfaces (11) and with radiation shielding (14,15,16) for the cryosurfaces, the latter with step (13 ) lower temperature and the radiation shield (14, 15, 16) are connected to a stage (i 7) higher temperature of the refrigerator via heat-conducting bridges, characterized in that for the radiation shield (14, 15, 16) a shorter heat-conductive bridge to the Stage (17) of higher temperature than that provided for the cryopanels (11) for stage (13) of lower temperature.

2. Kryopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsabschirmung (14) von der Stufe (17) höherer Temperatur getragen ist und die Kryoflächen (11) über wärmeleitende, durch die Strahlungsabschirmung hindurchgreifende Stäbe (12) mit der Stufe (13) niedrigerer Temperatur verbunden sind. 2. Cryopump according to claim 1, characterized in that the radiation shield (14) is carried by the step (17) of higher temperature and the cryosurfaces (11) via heat-conducting rods (12) passing through the radiation shield with the step (13) lower Temperature.

3. Kryopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (12) aus Kupfer bestehen. 3. Cryopump according to claim 1, characterized in that the rods (12) consist of copper.

4. Kryopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe ( 12) aus Silber bestehen. 4. Cryopump according to claim 1, characterized in that the rods (12) consist of silver.

5. Kryopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile der Kryoflächen (11) und Strahlungsabschirmung (14) mit einem Überzug aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit versehen sind. 5. Cryopump according to claim 1, characterized in that at least parts of the cryosurface (11) and radiation shield (14) are provided with a coating of a material with good thermal conductivity.

6. Kryopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperaturstufen wärmeleitend mit Kältemittel-Vorratsbehältern (1B, 19) verbunden sind. 6. Cryopump according to claim 1, characterized in that the two temperature levels are thermally conductively connected to refrigerant storage tanks (1B, 19).

Zur Hochvakuumerzeugung werden heute in zunehmendem Masse Kryopumpen eingesetzt. Bei technischen Vakuumprozessen, bei denen immer wieder von neuem von Atmosphärendruck auf Hochvakuum gepumpt werden muss, arbeitet man vorzugsweise mit Kältemaschinen, bei denen gasförmiges Helium als Kühlmittel verwendet wird, das in einem geschlossenen Kreislauf zwischen der Kältemaschine und einem Helium-Kompressor, der über flexible Hochdruckleitungen mit der Kältemaschine verbunden ist, zirkuliert. Meistens wird der Stirling- oder der Gifford-Mac-Mahon-Prozess verwendet, wobei in zwei Stufen die für die Erzeugung tiefer Drücke notwendige Kondensationstemperatur von 15-12 K erreicht wird. Cryopumps are increasingly being used to generate high vacuum. In technical vacuum processes, in which pumping has to be carried out again and again from atmospheric pressure to high vacuum, it is preferable to work with chillers, in which gaseous helium is used as the coolant, which is in a closed circuit between the chiller and a helium compressor, which is flexible High pressure lines connected to the chiller circulates. The Stirling or Gifford-Mac-Mahon process is mostly used, whereby the condensation temperature of 15-12 K required for the generation of low pressures is reached in two stages.

Eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz solcher Kältemaschinen in der Vakuumtechnik ist, dass es mit Hilfe von Sorptionsmitteln gelingt, auch den Partialdruck des Wasserstoffs, dessen Dampfdruck bei dieser Temperatur in der Nähe von 1 bar liegt, auf genügend tiefe Werte zu senken. Nur die die Gase - sei es durch Kondensation, sei es durch Sorption - bindenden, auf die erwähnte tiefe Temperatur gekühlten Flächen werden im folgenden als «Kryoflächen» bezeichnet. An important prerequisite for the use of such refrigeration machines in vacuum technology is that sorbents can also be used to reduce the partial pressure of hydrogen, whose vapor pressure at this temperature is close to 1 bar, to sufficiently low values. Only the surfaces that bind the gases - be it through condensation or be sorption - cooled to the aforementioned low temperature are referred to below as "cryogenic surfaces".

Der Preis einer Kältemaschine steigt mit ihrer Kälteleistung. Damit die Kryopumpe gegenüber den bisher verwendeten Methoden zur Vakuumerzeugung konkurrenzfähig ist, müssen deshalb Lösungen gefunden werden, bei denen man mit möglichst kleinen Kälteleistungen auskommt. Dabei wird in der Regel nur ein kleiner Teil der Kälteleistung für die Bindung der abgesaugten Gase verwendet. Der grössere dient zur Abführung der Wärme, die der Kryopumpe von der Umgebung zugestrahlt wird. Zur Senkung der erforderlichen Kälteleistung muss man deshalb danach trachten, diese Einstrahlung zu verringern. Der einfachste Weg wäre, die der Einstrahlung ausgesetzten Kondensationsflächen zu verkleinern. The price of a chiller increases with its cooling capacity. In order for the cryopump to be competitive with the previously used methods of vacuum generation, solutions must therefore be found that can manage with the lowest possible cooling capacities. As a rule, only a small part of the cooling capacity is used to bind the extracted gases. The larger one is used to dissipate the heat radiated from the environment by the cryopump. To reduce the required cooling capacity, one must therefore strive to reduce this radiation. The easiest way would be to reduce the condensation areas exposed to the radiation.

Dies führt aber zu einer Einbusse an Saugvermögen. Es gilt hier, den günstigsten Kompromiss zu finden. However, this leads to a loss in pumping speed. It is important to find the cheapest compromise here.

Ein weiterer für die Qualität einer Kryopumpe wichtiger Punkt ist die Abkühlzeit bei der Inbetriebnahme. Sie ist bei gegebenem Saugquerschnitt um so länger, je kleiner die Kälteleistung und je grösser die Masse der Kryoflächen und der Struktur ist, die die Kryoflächen gegen die zugestrahlte Wärmeenergie abschirmen und letztere zu den Kaltflächen der Kältemaschine abführen. Die Abkühlzeit ist bei den bekannten Kryopumpen meistens länger als die Anheizzeit der alternativ einsetzbaren Diffusionspumpen, was oft als Nachteil empfunden wird. Another important point for the quality of a cryopump is the cooling time during commissioning. For a given suction cross-section, it is longer, the smaller the cooling capacity and the larger the mass of the cryosurfaces and the structure that shield the cryosurfaces from the radiated thermal energy and dissipate the latter to the cold surfaces of the refrigeration machine. In the known cryopumps, the cooling time is usually longer than the heating-up time of the diffusion pumps which can be used alternatively, which is often perceived as a disadvantage.

Die Kälteleistung der auf der tiefsten Temperatur befindlichen Stufe einer Kältemaschine ist meistens wesentlich kleiner als diejenige der auf höherer Temperatur befindlichen Stufen und darf auch kleiner sein, wenn die für das Absaugen der Permanentgase bestimmten Kryoflächen durch die Strahlungsabschirmung gegen Wärmeeinstrahlung hinreichend geschützt sind. Für die Strahlungsabschirmung, die dann meist auf einer Zwischentemperatur gehalten wird, eignet sich z.B. eine Anordnung von abgewinkelten Prallblechen, die mit hohem Leitwert für die durchtretenden Permanentgase ausgebildet und von einer auf höherem Temperaturniveau befindlichen Stufe der Kältemaschine gekühlt werden kann. The cooling capacity of the lowest temperature stage of a refrigeration machine is usually much lower than that of the higher temperature stage and may also be lower if the cryosurfaces intended for the extraction of the permanent gases are adequately protected against heat radiation by the radiation shielding. For radiation shielding, which is then usually kept at an intermediate temperature, e.g. an arrangement of angled baffle plates, which can be formed with a high conductivity for the permanent gases passing through and can be cooled by a stage of the refrigerator which is at a higher temperature level.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kryopumpe mit eingebauter Kältemaschine zu schaffen, die ein geringeres Gewicht und damit eine geringere Masse der abzukühlenden Teile erfordert als bisher übliche Kryopumpenkonstruktionen. Damit soll eine wesentlich kleinere Abkühlzeit und also - da die Wartezeiten verkürzt sind - ein wirtschaftlicherer Betrieb von Vakuumanlagen erreicht werden. It is an object of the invention to provide a cryopump with a built-in refrigeration machine, which requires less weight and thus a lower mass of the parts to be cooled than previously used cryopump designs. This should result in a significantly shorter cooling time and - since the waiting times are reduced - more economical operation of vacuum systems.

Diese Aufgabe wird durch die Kryopumpe gemäss Patentanspruch 1 gelöst. Überraschenderweise kann nämlich dank der längeren wärmeleitenden Brücke für die tiefgekühlten Kryoflächen eine kürzere Wärmebrücke zur Strahlungsabschirmung und damit eine erhebliche Gewichtseinsparung bei der letzteren erreicht werden, wie aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich wird. This object is achieved by the cryopump according to claim 1. Surprisingly, thanks to the longer thermally conductive bridge for the frozen cryosurfaces, a shorter thermal bridge for radiation shielding and thus a considerable weight saving can be achieved with the latter, as can be seen from the following description of two exemplary embodiments of the invention.

Es zeigt: It shows:

Figur 1 eine Kryopumpe bisheriger Bauart, an deren Basisplatte eine Kältemaschine angebaut ist; 1 shows a cryopump of the previous type, on the base plate of which a refrigerator is attached;

Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in die Pumpe eingebauter Kältemaschine; Figure 2 shows a first embodiment of the invention with a chiller built into the pump;

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 3 shows another embodiment of the invention.

In Figur 1 ist, bekanntem Stand der Technik entsprechend, die Kältemaschine 1 an der Basisplatte 2 der eigentlichen Kältemaschine befestigt. Die unterste erste Stufe 3 der Kryopumpe befindet sich auf einem Temperaturniveau von etwa 80 bis 120 K, während die darüber liegende Stufe 4 eine Temperatur von 15 bis 20 K aufweist. Die Kälteleistung der tieferen Temperaturstufe beträgt z.B. bei 19 K ca. 2 Watt und diejenige der höheren Temperaturstufe etwa 100 Watt. Je grösser die Kälteleistung der ersten Stufe ist, um so grösser darf die mit ihr verbundene, die Umgebungsstrahlung absorbierende Oberfläche der Strahlungsabschirmung sein. Um so grösser kann dann auch ihr Leitwert für Gase und damit das Saugvermögen gemacht werden, das die auf tieferer Temperatur befindliche Kryopumpstufe 8 erreichen kann. In Figur 1 ist eine Strahlungsabschirmung mit abgewinkelten Prallblechen für die ankommenden Dämpfe und Gase dargestellt, die sich bewährt hat. In FIG. 1, in accordance with the known prior art, the refrigerator 1 is fastened to the base plate 2 of the actual refrigerator. The lowest first stage 3 of the cryopump is at a temperature level of approximately 80 to 120 K, while the stage 4 above it has a temperature of 15 to 20 K. The cooling capacity of the lower temperature level is e.g. at 19 K approx. 2 watts and that of the higher temperature level approx. 100 watts. The greater the cooling capacity of the first stage, the greater the surface of the radiation shield that is connected to it and absorbs the ambient radiation. The greater their conductivity for gases and thus the pumping speed that can be reached by the cryopump stage 8 located at a lower temperature can then be made all the greater. In Figure 1, a radiation shield with angled baffle plates for the incoming vapors and gases is shown, which has proven itself.

Diese Abschirmung 5 besteht aus mehreren Kupferblechen in Form konzentrischer Ringe und mit Winkelprofil, die über die Kupferplatte 6 und den aussen hochglanzpolierten This shield 5 consists of several copper sheets in the form of concentric rings and with an angular profile, which are highly polished on the copper plate 6 and on the outside

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

SS SS

60 60

65 65

3 3rd

628959 628959

Zylinder 7 mit der Stufe 3 der Kältemaschine 1 verbunden sind und von dort her über mehrere radiale Stege 9 gekühlt werden. An der auf der tieferen Temperatur befindlichen Stufe 4 der Kältemaschine ist eine Mehrzahl von Kryoflächen 8 befestigt, die mit einem Sorptionsmittel z.B. Aktivkohle zur Bindung des Wasserstoffs belegt sein können. 10 ist der Anschlussstutzen für eine Vorvakuumpumpe, die nur bei der Inbetriebsetzung benötigt wird. Bei einem Ansaugquerschnitt von 500 mm Durchmesser beträgt bei dieser bekannten Anordnung das Gewicht der abzukühlenden Massen, die sich auf dem höheren Temperaturniveau befinden, ca. 20 kg und dasjenige der auf niedrigerer Temperatur zu haltenden Massen ca. 4 kg. Die Abkühlzeit zur Inbetriebsetzung dieses Systems mit der oben angegebenen Kälteleistung, beträgt ca. 2 Std. Cylinders 7 are connected to the stage 3 of the refrigerator 1 and are cooled from there via a plurality of radial webs 9. A plurality of cryosurfaces 8, which are e.g. Activated carbon to bind the hydrogen can be occupied. 10 is the connector for a backing pump, which is only required for commissioning. With a suction cross-section of 500 mm diameter in this known arrangement, the weight of the masses to be cooled, which are at the higher temperature level, is approx. 20 kg and that of the masses to be kept at a lower temperature is approx. 4 kg. The cooling down time for commissioning this system with the cooling capacity specified above is approx. 2 hours.

Die Abkühlzeit kann aber, wie im folgenden gezeigt wird, auf etwa ein Viertel reduziert werden, wenn, der Erfindung folgend, im Gegensatz zur bisherigen Lösung, die Wärmebrücke zwischen den Kryoflächen und der zweiten Stufe der Kältemaschine verlängert wird. The cooling time can, however, be reduced to about a quarter, as shown below, if, in accordance with the invention, in contrast to the previous solution, the thermal bridge between the cryosurfaces and the second stage of the refrigerator is extended.

Dann kann nämlich die Wärmebrücke zwischen der Strahlungsabschirmung und der ersten Stufe der Kältemaschine wesentlich verkürzt und die grosse Masse der Abschirmung verringert werden. Man hat sich offensichtlich bisher davor gescheut, die Kryoflächen über eine längere wärmeleitende Brücke mit der Tieftemperaturstufe zu verbinden, da ein Temperaturgradient von nur wenigen Graden (besonders bei hoher Belastung bzw. hohem Gasanfall) deren Temperatur schon so stark erhöhen kann, dass eine Desorption bzw. Wiederverdampfung kondensierter Gase eintritt und die Pumpwirkung zusammenbricht. Man war sich dabei wahrscheinlich nicht dessen bewusst, dass die Wärmeleitfähigkeit z.B. reinen Kupfers bei 20 K etwa 20mal höher ist als bei Zimmertemperatur und immernoch 13mal höher als bei 100 K, und dass deshalb bei so tiefen Temperaturen keine grossen Querschnitte nötig sind, um die geringe an den Kryoflächen anfallende Wärmemenge abzuführen - im Gegensatz zur auf höherer Temperatur befindlichen Strahlungsabschirmung. Then the thermal bridge between the radiation shield and the first stage of the refrigerator can be significantly shortened and the large mass of the shield can be reduced. It has obviously been avoided to connect the cryosurfaces to the low-temperature stage via a longer heat-conducting bridge, since a temperature gradient of only a few degrees (especially with high loads or high gas emissions) can increase their temperature so much that desorption or Evaporation of condensed gases occurs and the pumping action breaks down. One was probably not aware of the fact that the thermal conductivity e.g. pure copper at 20 K is about 20 times higher than at room temperature and still 13 times higher than at 100 K, and that therefore at such low temperatures no large cross sections are necessary to dissipate the small amount of heat generated on the cryosurface - in contrast to the higher temperature radiation shielding.

Erfindungsgemäss ergibt sich also ein konstruktiver Aufbau, bei dem die Verbindung der zu kühlenden Flächen mit der Kältemaschine mit wesentlich geringeren Materialmengen erreicht werden kann. Schon eine Verkürzung der Länge der Wärmebrücke zur Strahlungsabschirmung z.B. auf die Hälfte ergibt bei gleichem Temperaturabfall eine Verringerung der benötigten Materialmengen und damit der Wärmekapazität um 75%. Dementsprechend kürzer ist dann die Abkühlzeit. According to the invention, this results in a constructive structure in which the connection of the surfaces to be cooled with the refrigeration machine can be achieved with significantly smaller amounts of material. Shortening the length of the thermal bridge for radiation shielding, e.g. in half, with the same drop in temperature, a reduction in the amount of material required and thus the heat capacity by 75%. The cooling time is correspondingly shorter.

Dagegen bringt die in Kauf zu nehmende Verlängerung der Wärmebrücke zu den Kryoflächen nur eine Vergrösse-rung der Wörmekapazität z.B.um 20% und auch nur eine geringe Vergrösserung des Temperaturabfalls z.B. um 0,4 K bei 2 Watt Kälteleistung. In contrast, the purchase of an extension of the thermal bridge to the cryosurfaces only increases the heat capacity, e.g. by 20%, and also only slightly increases the temperature drop, e.g. by 0.4 K at a cooling output of 2 watts.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit Kryoflächen 11, die aus dünnen Silberblechen hergestellt und zur Versteifung konisch geformt sind. Diese Kryoflächen sind über vier dünne Kupferstäbe 12 von 6 mm Durchmesser mit der tieferen Temperaturstufe 13 verbunden. Die Strahlungsabschirmung bestehend aus den Winkelblechen 14, Mantel 15 und unterer Abschirmung 16 sind auf kürzestem Weg mit der auf höherer Temperatur befindlichen Stufe 17 der Kältemaschine verbunden. Dabei ist im Gegensatz zu Figur 1 der Mantel 15 mit den Winkelblechen 14 in direktem Wärmekontakt und zur Erleichterung der Montage von der unteren Abschirmung 16 getrennt. Da die Wärmeabfuhr vom Mantel 15 über mehrere gleichmässig am Umfang verteilte Winkelbleche erfolgt und nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Fläche erforderlich ist, um zu grosse Temperaturunterschiede zu vermeiden, wird genannter Mantel zweckmässig als in sich steifer Kugelabschnitt aus einem Material hoher Steifigkeit, wie z.B. nicht rostendem Stahl, hergestellt, wobei eine Dicke von einigen '/io mm zur Erreichung einer hinreichenden Steifigkeit ausreichend ist. Um eine ausreichende Wärmeleitung zu sichern, genügt eine beidseitige galvanisch aufgebrachte Kupferauflage von Vm mm Dicke. Figure 2 shows a first embodiment with cryosurfaces 11, which are made of thin silver sheets and are conically shaped for stiffening. These cryosurfaces are connected to the lower temperature level 13 via four thin copper rods 12 of 6 mm in diameter. The radiation shield consisting of the angle plates 14, jacket 15 and lower shield 16 are connected in the shortest possible way to the stage 17 of the refrigerator which is at a higher temperature. In contrast to FIG. 1, the jacket 15 is separated from the lower shield 16 with the angle plates 14 in direct thermal contact and to facilitate assembly. Since the heat dissipation from the jacket 15 takes place via a plurality of angular plates distributed uniformly around the circumference and only a low thermal conductivity is required within the surface in order to avoid excessive temperature differences, the jacket mentioned is expediently used as a stiff spherical section made of a material of high rigidity, such as stainless steel, a thickness of a few '/ 10 mm is sufficient to achieve sufficient rigidity. In order to ensure sufficient heat conduction, a galvanically applied copper layer of Vm mm thickness is sufficient on both sides.

Durch die Beschichtung von Werkstoffen hoher Festigkeit mit u.U. geringer Wärmeleitfähigkeit mit einem Metall geringer Festigkeit, aber hoher Wärmeleitfähigkeit ergibt sich auch dann, wenn der von der Wärmeleitung her gesehen mögliche kleine Querschnitt aus Festigkeitsgründen nicht verwirklicht werden kann, trotzdem eine erhebliche Verringerung der abzukühlenden Massen. Eine ähnliche Konstruktion kann auch für die Kryoflächen in Betracht gezogen werden, weil die Wärmeleitfähigkeit eines '/ioo mm dicken Kupferblechs oder Überzugs bereits bei weitem genügen würde, um unzulässige Temperaturdifferenzen innerhalb der Kryoflächen zu vermeiden. Auch schon mit kupferplattierten Folien aus hartgewalztem nicht rostendem Stahl aus Kryoflächen kann die Masse und damit die Abkühlzeit wesentlich verringert werden. By coating high-strength materials with possibly low thermal conductivity with a metal of low strength, but high thermal conductivity results even if the small cross-section that is possible from the point of view of heat conduction cannot be achieved for reasons of strength, nevertheless a considerable reduction in the masses to be cooled. A similar construction can also be considered for the cryosurfaces because the thermal conductivity of a 1/100 mm thick copper sheet or coating would be sufficient to avoid inadmissible temperature differences within the cryosurfaces. Even with copper-clad foils made of hard-rolled stainless steel from cryosurfaces, the mass and thus the cooling time can be significantly reduced.

Ein gewisser Nachteil der gewichtssparenden Konstruktion der Kryoflächen liegt zwar darin, dass bei einer Wärmeeinstrahlung, die die Kälteleistung der Kältemaschine wesentlich übersteigt, die Temperatur der Kryoflächen u.U. rascher ansteigt als bei der vorbekannten Lösung mit grösserer Masse und dementsprechend höherer Wärmekapazität. Dieser etwaige Nachteil kann jedoch leicht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung behoben werden, indem man mit den beiden Temperaturstufen der Kältemaschine möglichst dünnwandige Vorratsbehälter verbindet, in denen ein geeignetes Kältemittel gespeichert werden kann, das bei vorübergehend erhöhter Wärmestrahlung oder kondensierender Gasmenge durch Verdampfung zusätzliche Kälteleistung erbringt. Zur Füllung mit Kältemittel können die Vorratsbehälter über dünne Rohrleistungen mit externen Quellen verbunden werden, die die als Kühlmittel zu verwendenden Gase liefern. Druck und Art des Kätemittels werden so gewählt, dass, sobald die normale Arbeitstemperatur der zu kühlenden Flächen unterschritten wird, d.h. ca. 100 K an der höheren Temperaturstufe und ca. 20 K an der niederen Temperaturstufe, die Kondensation und Speicherung des Kältemittels in den Vorratsbehältern beginnt. Auf diese Weise kann in den Perioden, in denen die Kryopumpe zwar in Betrieb ist, aber keine Pumpleistung aufzubringen hat, immer wieder ein neuer, zusätzliche Kälteleistung erzeugender Vorrat an Kältemittel erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, die Kryopumpe bereits bei höheren Drücken einzusetzen, z.B. die Vorevakuierung des auszupumpenden Rezi-pienten schon bei einem Druck von einigen mbar abzubrechen und so eine Ölrückströmung von der Vorpumpe zum Rezipienten mit Sicherheit zu unterbinden. Es ist dann auch zulässig, vorübergehend eine höhere Einstrahlung zur Kryopumpe zuzulassen. Dies ist z.B. für Bedampfungsanlagen und metallurgische Anlagen wichtig. Man kann dann auch die Strahlungsabschirmung der Kryopumpe mit höherem Leitwert auslegen, so dass eine höhere Pumpleistung erreicht wird. A certain disadvantage of the weight-saving construction of the cryosurfaces lies in the fact that the heat of the cryosurfaces may cause the temperature of the cryosurfaces to be significantly higher when the heat is radiated. increases more rapidly than with the previously known solution with a larger mass and accordingly a higher heat capacity. This possible disadvantage can, however, be easily remedied in a further embodiment of the invention by connecting the refrigeration machine to the two temperature stages of the thin-walled storage container, in which a suitable refrigerant can be stored, which provides additional cooling capacity due to evaporation in the event of temporarily increased heat radiation or condensing gas quantity. For filling with refrigerant, the storage containers can be connected to external sources via thin pipe outputs, which supply the gases to be used as coolants. The pressure and type of refrigerant are selected so that as soon as the normal working temperature of the surfaces to be cooled is undershot, i.e. approx. 100 K at the higher temperature level and approx. 20 K at the lower temperature level, the condensation and storage of the refrigerant in the storage containers begins. In this way, in the periods in which the cryopump is in operation but has no pump power to supply, a new supply of refrigerant which generates additional cooling power can be generated again and again. This makes it possible to use the cryopump at higher pressures, e.g. stop the pre-evacuation of the recipient to be pumped out at a pressure of a few mbar and thus reliably prevent oil backflow from the backing pump to the recipient. It is then also permissible to temporarily allow higher radiation to the cryopump. This is e.g. important for vapor deposition and metallurgical plants. The radiation shielding of the cryopump can then also be designed with a higher conductance, so that a higher pump output is achieved.

Figur 3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemässen Kryopumpe mit den erwähnten Vorratsbehältern. Wenn man Stickstoff als Kältemittel für die höhere Temperaturstufe und Wasserstoff als Kältemittel für die niedrige Temperaturstufe wählt, so entspricht einer Kondensationstemperatur von 100 K des Stickstoffs ein Druck von ca. 10 bar und einer Kondensationstemperatur von 20 K des Wasserstoffs ein Druck von ca. 1 bar. FIG. 3 shows an example of a cryopump according to the invention with the storage containers mentioned. If nitrogen is selected as the refrigerant for the higher temperature level and hydrogen as the refrigerant for the lower temperature level, a condensation temperature of 100 K of nitrogen corresponds to a pressure of approx. 10 bar and a condensation temperature of 20 K of hydrogen corresponds to a pressure of approx. 1 bar .

In Figur 3 bedeutet 18 den Vorratsbehälter für flüssigen Wasserstoff. Sein Volumen beträgt bei einer Nennweite des In FIG. 3, 18 means the storage container for liquid hydrogen. Its volume is at a nominal size of

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

628959 628959

4 4th

Anschlussflansches 20 der Kryopumpe von 500 mm etwas mehr als 0,51. Um ihn zu füllen, muss die H2-Quelle bei 1 bar ca. 4001 Hi-Gas liefern. Der grössere Vorratsbehälter 19 für den flüssigen Stickstoff besitzt ein Volumen von etwas mehr als 1,51. Dies entspricht einer N2-Gasmenge von ca. 1001 bei 10 bar. Die Anschlussleitungen zur Wasserstoff- und Stickstoff-Quelle sind in Figur 3 mit 21 und 22 angedeutet. Connection flange 20 of the cryopump of 500 mm slightly more than 0.51. To fill it, the H2 source must supply approx. 4001 Hi-Gas at 1 bar. The larger storage container 19 for the liquid nitrogen has a volume of slightly more than 1.51. This corresponds to an N2 gas volume of approx. 1001 at 10 bar. The connecting lines to the hydrogen and nitrogen source are indicated in FIG. 3 with 21 and 22.

Während des Pumpbetriebes kann dann durch Verdampfung von 1,51 flüssigem Stickstoff während 30 Minuten eine zusätzliche Kälteleistung von ca. 135 Watt aufgebracht werden und mit 0,51 Wasserstoff in der gleichen Zeit auf dem tieferen Temperaturniveau eine zusätzliche Kälteleistung von ca. 1 Watt. During pump operation, an additional cooling capacity of approx. 135 watts can then be applied by evaporation of 1.51 liquid nitrogen for 30 minutes and an additional cooling capacity of approx. 1 watt at the lower temperature level with 0.51 hydrogen in the same time.

Im übrigen entspricht, wie ersichtlich, die Anordnung der s Kryoflächen und der Strahlungsabschirmung weitgehend derjenigen der Figur 2 gezeigten. In beiden Fällen sind die Kryoflächen über längere Stäbe, dagegen die wesentlichen Teile der Strahlungsabschirmung auf kürzerem Wege bzw. direkt mit den entsprechenden Temperaturstufen der Kälte-lo quelle verbunden. Otherwise, as can be seen, the arrangement of the cryopanels and the radiation shield largely corresponds to that shown in FIG. In both cases, the cryosurfaces are connected via longer rods, whereas the essential parts of the radiation shield are connected in a shorter way or directly to the corresponding temperature levels of the cold source.

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings