-
Sorptionspumpe Die Erfindung betrifft eine Sorptionspumpe mit einem
Gefäß aus zwei im wesentlichen koaxial angeordneten zylindrischen Behältern, die
an ihren unteren Enden miteinander in Verbindung stehen, wobei je eine Anschlußöffnung
am oberen Ende des inneren Behälters und am oberen Ende des äußeren Behälters sowie
Heiz- und Kühleinrichtungen vorgesehen sind.
-
Bei einer bekannten Sorptionspumpe dieser Art wird das Sorbermaterial
in einem rohrförmigen inneren Behälter des Gefäßes angeordnet, wobei das rohrförmige
Gefäß oben und unten durch Glaswollepfropfen aus Pyrexhartglas abgedeckt ist. Zum
Zwecke der Entgasung des Sorbermaterials kann dieses durch direkten Stromdurchgang
mit Hilfe zweier Graphitstäbe erhitzt werden, die über zwei: Zuleitungsdrähte mit
einer äußeren Spannungsquelle, in Verbindung stehen. Um eine bequeme Anordnung zu
schaffen, wird bei diesem Gefäß auf eine Kühlung mit flüssiger Luft od. dgl. verzichtet,
obwohl eine solche Kühlung bekanntlich vorteilhaft ist, um das Absorptions- und
Adsorptionsvermögen (Sorptionsvermögen) des Sorbermaterials zu erhöhen.
-
Die praktische Verwertbarkeit derartiger Sorptionspumpen ist jedoch
insbesondere deshalb beschränkt, weil die Gefäße verhältnismäßig kompliziert ausgebildet
sein müssen und besondere Handhabungen erfordern, um abwechselnd eine Kühlung bzw.
Erhitzung des Sorbermaterials mit einem möglichst guten Wirkungsgrad durchführen
zu können. Eine weitere Schwierigkeit bei Sorptionspurnpen dieser Art besteht ferner
darin, daß diese besonders gegen bei der Vorbereitung des Sorbermaterials in die
Pumpe gelangende Gase oder Dämpfe empfindlich sind, welche das erreichbare Vakuum
beim eigentlichen Betrieb der Pumpe verschlechtern.
-
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, unter weitgehender Vermeidung
der genannten Nachteile und Schwierigkeiten eine Sorptionspumpe so auszubilden,
daß das Gefäß selbst verhältnismäßig einfach ausgeführt sein kann, jedoch trotzdem
sowohl eine Kühlung als auch eine Erhitzung des Absorbermaterials mit einem guten
thermischen Wirkungsgrad ermöb licht.
-
Eine Sorptionspumpe der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß beide Behälter doppelwandig sind und zwischen der inneren
Wand des äußeren Behälters und der äußeren Wand des inneren Behälters eine Ringkammer
gebildet ist, in der die Heiz- und Kühleinrichtungen angeordnet sind, daß die innere
Wand des inneren Behälters aus gasdurchlässigem Material besteht und daß das Sorbermaterial
sowohl zwischen den beiden Wänden jedes der beiden Behälter als auch in dem Verbindungsteil
zwischen den beiden Behältern angeordnet ist.
-
Es ist zwar bereits eine Kühlfalle bekannt, deren Behälter zwei im
wesentlichen koaxiale, ebenfalls doppelwandige Kammern aufweist, wobei auch zwischen
der Innenwand der äußeren Kammer und der Außenwand der inneren Kammer ein ringartiger
Zwischenraum ausgebildet ist. Die Verwendung des Behälters einer derartigen Kühlfalle
als Gefäß für eine Sorptionspumpe wäre jedoch nicht besonders vorteilhaft, da es
nur Sinn hätte, die innere Kammer mit Sorptionsmaterial zu füllen sowie oben und
unten mit einem Pfropfen zu verschließen, weil das zu sorbierende Gas das Gefäß
nur in der inneren Kammer nach unten oder nach oben durchströmen kann. Dadurch würde
aber der vom Gas im Sorptionsmaterial zurückgelegte Weg nicht vergrößert werden.
-
Besondere Vorteile der Erfindung sind deshalb darin zu sehen, daß
von der einen oder anderen Seite gegebenenfalls eintretende vergiftende Gase wegen
des längeren Weges, entlang welchem das Sorbermaterial angeordnet ist, den zentralen
Teil des Sorbermaterials im allgemeinen nicht verseuchen können, so daß in vielen
Fällen allein durch diese Maßnahme ein besseres Vakuum erzielbar ist. Außerdem wird
durch die Verlängerung des Wegstrecke, welche das zu absorbierende Gas in dem Sorbermaterial
zurücklegen kann, das effektive Nutzvolumen des
Sorbermaterials
im Vergleich zu bekannten Gefäßen gleicher Größe vergrößert.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können Flügel aus gut
wärmeleitendem Material an der inneren Wand des äußeren Behälters und der äußeren
Wand des inneren Behälters befestigt sein, welche in die mit dem Sorbermaterial
gefüllten Behälterkammern ragen.
-
An Hand der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
bezeichnen, soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch eine Sorptionspumpe gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt entlang
der Linie 2-2 in Fig.1. F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Vakuumsystems
mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung und F i g. 4 eine schematische Darstellung
eines weiteren Vakuumsystems mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung.
-
Die in F i g. 1 dargestellte Sorptionspumpe gemäß der Erfindung hat
konzentrische zylindrische Behälter oder Kammern 1 und 2 für Sorbermaterial, die
im Bereich 3 ihrer unteren Enden miteinander in Verbindung stehen. Diese zylindrischen
Kammern können aus Edelstahl bestehen.
-
Die zentrale Kammer oder die Pumpenkammer 1 ist mit einem oberen Durchlaß
4 zum Anschluß an ein Vakuumsystem versehen. Der Innenraum der zylindrischen Kammer
1 ist mit Ausnahme eines länglichen zentralen Raums la mit einem porösen Sorbermaterial
4a, z. B. mit einem Alkalimetall-Aluminium-Silikat oder Zeolith wie »13X-Molekular-Porenmaterial«,
gefüllt. Bei dieser Bezeichnung bedeutet die Zahl 13 den Durchmesser der Poren des
Sortiermaterials in Angström. Die zylindrischen Wände der Kammer 1 sind mit einer
Anzahl von nach innen verlaufenden Flügeln 5 versehen, wie aus dem Querschnitt in
F i g. 2 besser ersichtlich ist. Diese Flügel gewährleisten einen guten thermischen
Kontakt zwischen der Kammerwand und dem Sortiermaterial.
-
Der zentrale Teil 1 a der Kammer 1 wird durch einen geschlossenen
zylindrischen Käfig 6 umgeben, der zweckmäßigerweise eine Spitze 7 besitzt, die
sich über die Füllhöhe des Sortiermaterials erstreckt. In dem Innenraum dieser Einrichtung
ist kein Sortiermaterial vorhanden. Der Käfig erstreckt sich nahe zu dem unteren
Ende der Sorptionspumpe, wo er durch ein schalenförmiges metallisches Glied 8 gestützt
wird, das auf einer Stützspindel 9 aufliegt, die am Boden der Sorptionspumpe befestigt
ist. Der Käfig gewährleistet einen großen Kontaktbereich zwischen Gas aus dem Durchlaß
4 und dem Sortiermaterial 4a, das um den Umfang des Käfigs angeordnet ist.
-
Außerhalb der zentralen Kammer 1 ist ein zweiter zurückgefalteter
Behälter oder eine Kammer 2 vorgesehen, die eine äußere koaxial verlaufende zylindrische
Wand 10 und eine zylindrische Innenwand 11. aufweist, deren Durchmesser größer als
derjenige der Kammer 1 ist, die aber in einem solchen Abstand davon vorgesehen ist,
daß sich eine dazwischenliegende Trenneinrichtung ergibt, die ein Gefäß 12 bildet,
das an seinem unteren Ende geschlossen ist. Die Innenwand 11 ist am unteren Ende
der Kammer 1 nach innen gezogen, wo sie beispielsweise mit dieser verschweißt ist,
um das Gefäß 12 zu vervollständigen. Der obere Teil der Innenwand 11 ist nach außen
gezogen und in entsprechender Weise mit der Außenwand 10 verbunden. Die äußere Kammer
2 ist abgeschlossen oder mit Sorbermateri,al2a bis zur Höhe der Auslaßöffnung 14
gefüllt, so daß in der Kammer 2 strömendes Gas durch das Sorbermaterial hindurchtreten
muß. Eine Auslaßöffnung 14, die zu der Atmosphäre oder einem Vorvakuum führen
kann, ist in dem oberen Ende der Kammer 2 vorgesehen. An der Innenwand 11 befestigte
Flügel 15 erstrecken sich in das Sorbermaterial der Kammer 2, so daß sich ein guter
thermischer Kontakt zwischen der Wand 11 und dem Sorbermaterial ergibt, wie aus
der Darstellung der F i g. 2 besser ersichtlich ist.
-
Die äußere Kammer ist an ihrem unteren Ende durch einen den Boden
der Sorptionspumpe bildenden Kugelboden 13 abgeschlossen, auf dem die Spindel 9
abgestützt ist. Dieser Kugelboden erstreckt sich unter dem unteren Ende der Kammer
1. Der dadurch gebildete Gasverbindungsraum, durch den eine Verbindung zwischen
den beiden Kammern besteht, ist ebenfalls mit Sorbermaterial gefüllt.
-
In dem Zwischengefäß 12 ist ein Heizelement 16
vorgesehen,
das ein Calrod-Element sein kann, das auf hohe Temperaturen erhitzt werden kann.
Dieses Heizelement enthält beispielsweise ein Stahlblech, das eine elektrische Heizspule
umgibt, die in deren Innenraum angeordnet ist und von dem Blech durch ein hitzebeständiges
Isoliermaterial getrennt ist. Die wirksame Länge des Heizelements kann erhöht werden,
indem es innerhalb des Gefäßes 12 Wendelförmig angeordnet wird, wobei für einen
guten Wärmeübergang zwischen der Wand 11 und der Außenwand der Kammer 1 gesorgt
wird, so daß Wärme durch die Wände und über die Flügel 5 und 15, die sich in das
Sortiermaterial erstrecken, in das Sortiermaterial hineingeleitet werden kann. Dasselbe
Zwischengefäß 12 kann zum Kühlen während des Betriebs der Pumpe Verwendung finden.
In diesem Falle wird das trennende Zwischengefäß zweckmäßigerweise mit einem Kühlmittel
gefüllt, so daß das Zwischengefäß auch dann einen guten Wärmeübergang aus dem Sortiermaterial
gewährleistet. Da die Kammern praktisch evakuiert sind, ergibt sich dadurch eine
ausgezeichnet isolierte Kühleinrichtung für die Sorptionspumpe.
-
Bei der Verwendung der Sorptionspumpe gemäß der Erfindung wird sowohl
zum Hochvakuum führende Einlaß- als auch die zum Vorvakuum führende Auslaßöffnung
4 bzw. 14 durch ein Ventil verschlossen. Aus der vorangegangenen Beschreibung
ist ersichtlich, daß diese Einlaß- und Auslaßöffnungen vollständig voneinander isoliert
sind und keine gemeinsame Leitung darstellen. Vielmehr ist die äußere Kammer durch
Sortiermaterial abgeschlossen, durch das ein Rückstrom von Gas hindurchtreten muß,
bevor er die zentrale Pumpenkammer 1 erreicht. Es wurde festgestellt, daß
eine derartige Rückströmung das Sortiermaterial nur in dem oberen Teil der Kammer
2 in der Nähe der Austrittsöffnung 14, jedoch nicht die Kammer 1 erreicht. Deshalb
kann eine sehr hohe Reinheit des inneren Bereichs oder Pumpenbereichs aufrechterhalten
werden. Die innere Kammer bewirkt den größten Teil der tatsächlichen Absorption
oder Adsorption und damit der Pumpwirkung in dieser reinen Umgebung.
-
Die in dem aus Zeolithen oder dergleichen Materialien bestehenden
Sortiermaterial erfolgende Anlagerung
ist in der Hauptsache eine
Persorption, das ist eine Adsorption in Poren atomarer Abmessungen, die während
der Dehydrierung der Zeolithkristalle auftritt. Der effektive Oberflächenbereich
dieser Poren ist etwa 100mal größer als die Oberfläche der Zeolithkristalle.
-
Während der Vorbereitung der Pumpe wird der Sorber gewöhnlich erhitzt
oder gebrannt, um als Hydrat angelagertes Wasser und andere adsorbierte Stoffe aus
den Poren der Zeolithkristalle zu entfernen und die Aufnahmefähigkeit des Materials
zu verbessern. Diese Erhitzung erfolgt mit Hilfe des Heizelements 16 in dem Trenngefäß
12. Die Wärme wird zu dem Sorbermaterial in beiden Kammern 1 und 2 über die Flügel
s und 15 weitergeleitet. Die Gase dehnen sich aus und müssen die Sorptionspumpe
durch die Öffnung 14 verlassen. Gasrückstände und zurückbleibende Verunreinigungen
werden eingefangen oder aus der Kammer 2 herausgespült und gelangen im allgemeinen
nicht in die Kammer 1 zurück.
-
Nun ist die Pumpe zum Auspumpen von Gasen aus einem Vakuumsystem bereit.
Der Anschluß 14 wird durch ein nicht dargestelltes Absperrorgan verschlossen und
der Anschluß 4 zu dem Vakuumsystem geöffnet, so daß Gase in dem Vakuumsystem durch
den Anschluß 4 einströmen und von dem Sorbermaterial in dem Zentralbereich der Pumpe
aufgenommen werden können. Das Gas strömt nach unten durch den zentralen Teil der
Kammer 1 in dem Käfig 6 und gelangt mit einem großen Umgebungsbereich des Sorbermaterials
in Berührung. Gleichzeitig wird vorzugsweise auch ein Kühlmittel dem Gefäß 12 zugeführt,
um das Absorptionsvermögen des Materials zu erhöhen. Als Kühlmittel können flüssiger
Stickstoff, flüssiges Helium, festes Kohlendioxyd, Eiswürfel od. dgl. Verwendung
finden. Die Kühlung erhöht die Hafteigenschaften von Gasen an dem Sorbermaterial,
insbesondere von schwer anzulagernden Gasen. Im allgemeinen steigt die Absorptionsfähigkeit
mit sinkender Temperatur. Es ist auch hier zu bemerken, daß die Flügel 5 in der
Kammer 1 und die Flügel 15 in der Kammer 2 eine schnelle Temperaturänderung des
Sorbermaterials ermöglichen, da ein guter thermischer Kontakt mit dem Gefäß 12 besteht.
-
Wenn ein Hochvakuum erzeugt werden soll und z. B. flüssiger Stickstoff
zum Kühlen in dem Gefäß 12 Verwendung findet, wurde es als möglich festgesiellt,
daß ein Punkt erreicht werden kann, bei dem das maximale Absorptionsvermögen überschritten
wird. Wenn die Temperatur des Sorbermaterials extrem niedrig gehalten wird, scheinen
die Gasmoleküle lange Zeit auf der Oberfläche des Sorbermaterials angelagert zu
bleiben, während die Wanderung von Gasmolekülen entlang der Oberfläche des Sorbermaterials
sehr gering ist. Einige der Gasmoleküle können dann vermutlich nicht in den Poren
des Sorbermaterials eingefangen werden. Wenn jedoch nach der besonders starken Kühlung
des Sorbermaterials dessen Temperatur etwas erhöht wird, kann ein Punkt erreicht
werden, bei dem die Gasmoleküle hinreichend auf der Oberfläche des Sorbermaterials
beweglich sind, so daß sie die Poren des Materials erreichen und darin eingefangen
werden können. Es ist deshalb mitunter wünschenswert, eine geringe Temperaturerhöhung
der Sorptionspumpe zuzulassen, indem z. B. eine Verdampfung des Kühlmittels zugelassen
wird. Dann wird wieder mehr Kühlmittel zugeführt, um das Sorbermaterial wieder auf
eine niedrigere Temperatur zu bringen.
-
Obwohl eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff od. dgl. vorteilhaft
ist, ist darauf hinzuweisen, daß auch eine einfache Kühlung der Sorptionspumpe auf
Zimmertemperatur oder etwas unterhalb der Zimmertemperatur unter Verwendung leichter
verfügbarer Kühlmittel eine geeignete Arbeitsweise gewährleistet, jedoch gewöhnlich
nicht die Herstellung eines so guten Vakuums ermöglicht. Eine geeignete Temperaturerniedrigung
dient deshalb dazu, die Pumpwirkung zu verbessern.
-
Das Sorbermaterial in der Kammer 1 wird besonders rein gehalten, weil
verseuchende Rückstände in der äußeren Kammer 2 absorbiert wurden und nicht zu dem
evakuierten System zurückgefangen können, weil dies der ausgedehnte Bereich aus
Sorbermaterial in der Kammer 2 verhindert. Deshalb kann ein maximaler Pumpeffekt
zur Entfernung von Gasen aus dem evakuierten System in der zentralen Kammer erreicht
werden. Die Kammer 2 dient deshalb als Einfangbereich, der zusammen mit der übrigen
Sorptionspumpe durch das Gefäß 12 erhitzt oder gekühlt wird. Mit der Sorptionspumpe
gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Höchstvakuum herzustellen. Wenn beispielsweise
die Sorptionspumpe gemäß der Erfindung mit 13X-Molekular-Porenmaterial (ein synthetischer
Zeolith) gefüllt und mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, kann ein kleines System
auf weniger als 1 - 10-9 Torr ausgepumpt werden.
-
Sorptionspumpen werden häufig in Verbindung mit anderen Vakuumgeräten
verwendet. Zum Beispiel kann eine Ionenpumpe mit dem Hochvakuumsystem zusammen mit
dem Anschluß 4 der Sorptionspumpe verbunden werden, während eine mechanische Pumpe
oder Diffusionspumpe als Vorpumpe zwischen die Auslaßöffnung 14 und die Atmosphäre
geschaltet wird. Die Vorpumpe erzeugt dann ein Vorvakuum, das die Anwendbarkeit
der Sorptionspumpe ermöglicht. Derartige Vorpumpen sind unvollkommen und ermöglichen
eine Rückströmung von Verunreinigungen. Beispielsweise läßt eine Öldiffusionspumpe
die Rückströmung von Öldämpfen in die Sorptionspumpe über den Auslaß 14 zu. Eine
derartige Verunreinigung muß jedoch durch eine beträchtliche Menge von Sorbermaterial
in dem Behälter 2 hindurchtreten, bevor sie die Pumpenkammer 1 erreicht. In der
Praxis werden diese Verunreinigungen absorbiert, bevor sie sehr weit von dem Einlaß
14 weggefangen. Die Sorptionspumpe gemäß der Erfindung ermöglicht auch in diesem
Fall die Erzeugung eines sauberen Hochvakuums, wenn eine Kombination einer Vorpumpe
und einer Sorptionspumpe Verwendung findet.
-
Wenn die Sorptionspumpe in Verbindung mit einer Getter-Ionenpumpe
verwendet wird, welche Art von Vakuumpumpen gewöhnlich als Ionenpumpen bezeichnet
werden, die an das hochevakuierte System angeschlossen ist, kann eine Erweiterung
des Evakuierbereichs von besonderer Bedeutung sein, weil das schließlich durch eine
Ionenpumpe erreichbare Vakuum durch die Reinheit des Systems zu dem Zeitpunkt gegeben
ist, bei dem die Ionenpumpe zu arbeiten beginnt. Die anfängliche Reinheit einer
Ionenpumpe kann weitgehend aufrechterhalten werden, wenn sie nicht bei einem Druck
arbeiten
muß, der größer als beispielsweise 10-a oder 10-9 Torr ist. Dann kann mit einer
Ionenpumpe ein Druck von 10-10 bis 10-12 Torr erreicht werden. Ferner ermöglicht
die Ausdehnung des Pumpenbereichs der Sorptionspumpe eine wesentlich geringere Leistung
für die Ionenpumpe und damit eine Verringerung deren Größe und Kosten, weil die
Anfangsstromstärken erniedrigt werden können.
-
Die Verwendung einer Sorptionspumpe gemäß der Erfindung in einem typischen
Vakuumsystem ist in F i g. 3 dargestellt. Bei diesem System ist eine mit synthetischem
Zeolith gefüllte Sorptionspumpe 26 mit der Atmosphäre über ein Auslaßventil17 und
über ein Ventil 19 mit einem zu evakuierenden Behälter 18 verbunden,
welches Ventil 19 zwischen den Einlaß der Sorptionspumpe und den zu evakuierenden
Behälter geschaltet ist. An den Behälter 18 ist ferner eine Ionenpumpe
20 angeschlossen. Eine Energiequelle 21 (z. B. die Wechselspannung des Netzes)
ist mit dem eingebauten Heizelement über Leiter 22 verbunden.
-
Die Verwendung einer Sorptionspumpe in dem System in F i g. 3 kann
beispielsweise in der folgenden Weise erfolgen: 1. Bei geöffnetem Zustand der Ventile
17 und 19 wird das Heizelement der Sorptionspumpe angeschlossen, um den Zeolith-Sorber
auf etwa 500° C zu erhitzen.
-
2. Das zu der Atmosphäre führende Ventil 17 wird dann geschlossen.
-
3. Bei geöffnetem Ventil 19 wird dann die Sorptionspumpe vorzugsweise
mit flüssigem Stickstoff auf eine niedrige Temperatur gekühlt. Dadurch kann ein
Vakuum in dem Behälter 18 von größenordnungsmäßig 10-4 Torr hergestellt werden,
wobei das Gas in dem Behälter 18 in der Sorptionspumpe absorbiert wird.
-
4. Das Ventil 19 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ionenpumpe
angeschaltet werden, um das Vakuum des Systems weiter zu erniedrigen. Häufig ist
es jedoch wünschenswert, den Druck in dem System weiter zu erniedrigen, indem die
Sorptionspumpe dazu verwendet wird, günstigere und reinere Anfangsbedingungen für
die Ionenpumpe zu schaffen.
-
5. Das Heizelement wird erneut angeschlossen, um den Zeolith-Sorber
auf 500° C zu erhitzen. Das Ventil 17 wird geöffnet, wenn der Druck in der
Sorptionspumpe nahezu den Atmosphärendruck erreicht.
-
6. Das Ventil 17 wird geschlossen.
-
7. Die Sorptionspumpe wird wiederum durch Einführung von flüssigem
Sauerstoff in das Zwischengefäß gekühlt.
-
B. Das Ventil 19 wird geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt hat der
Behälter 18 einen Druck von etwa 10-5 Torr erreicht.
-
9. Der obenerwähnte Zyklus kann wiederholt oder die Ionenpumpe kann
bereits jetzt angeschaltet werden, um einen Druck in dem Behälter 18 von 10-9 bis
10-10 Torr herzustellen.
-
Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Vakuumsystems mit
einer Sorptionspumpe gemäß der Erfindung. Mit dieser Anordnung kann ein noch besseres
Vakuum erzielt werden. Das dargestellte Vakuumsystem ist dasselbe wie in F i g.
3, soweit gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Zusätzlich
findet jedoch eine Vorpumpe Verwendung, die eine öldiffusionspumpe 23
sein
kann. Die Vorpumpe dient dazu, schwer zu absorbierende Gase zu entfernen.
-
Durch die gestrichelte Linie 25 ist eine Heizeinrichtung angedeutet,
welche den zu evakuierenden Behälter 18, das Ventil 19 und die Ionenpumpe 20 umgibt.
Diese Heizeinrichtung wird verwendet, um eingeschlossene Gase von den Innenwänden
der verschiedenen Elemente zu entfernen.
-
Das in F i g. 4 dargestellte System kann in folgender Weise betrieben
werden: 1. Bei geöffneten Ventilen 17 und 19 der angedeuteten Anordnung der Heizeinrichtung
25 sowie beim Anschluß der Heizelemente der Sorptionspumpe wird das aus Ionenpumpe,
Behälter 18,
Ventil 19 und den Verbindungen bestehende System auf etwa
400° C erhitzt. Das innenliegende Heizelement der Sorptionspumpe kann die Temperatur
des Sorbermaterials auf höhere Temperaturen, beispielsweise auf 500° C, erhöhen.
Die Vorpumpe dient dazu, schwer zu absorbierende Gase wie Helium und Neon zu entfernen.
Ein Rückfluß von Gasen, z. B. von Öl aus der Pumpe 23, wird durch die erhitzte äußere
Kammer der Pumpe 26 verhindert.
-
z. Bei weiterhin geöffneten Ventilen 17 und 19
wird das
System mit Ausnahme der Sorptionspumpe 26 auf Zimmertemperatur abgekühlt, deren
innenliegendes Heizelement weiterhin angeschlossen bleiben kann. Die Verringerung
der Entgasung in den Systemkomponenten kann den Druck in dem System auf 10-7 Torr
bringen.
-
3. Jetzt wird das Ventil 17 geschlossen und das Heizelement
der Sorptionspumpe abgeschaltet. In dem System kann nun ein Druck von 10-a bis 10-9
Torr erreicht werden.
-
4. Die Sorptionspumpe wird nun mit flüssigem Stickstoff gekühlt, worauf
der Druck auf etwa 10-11 Torr fällt.
-
5. Das Ventil 19 wird geschlossen und die Ionenpumpe eingestellt.
Es kann eine Ionenpumpe Verwendung finden, die beispielsweise in der USA.-Patentschrift
2 755 014 oder 2 925 214 beschrieben ist. Durch die Ionenpumpe kann nun ein Vakuum
von 10-12 Torr oder ein noch geringerer Druck erzielt werden.
-
Statt das Ventil 19 abzuschließen und die Ionenpumpe gemäß
der obenerwähnten Stufe 5 anzuschalten, kann die Temperatur der Sorptionspumpe beispielsweise
durch Verdampfung des Kühlmittels und erneute Kühlung in der oben beschriebenen
Weise etwas erhöht werden, um eine größere Anzahl von Gasmolekülen in den Poren
des Sorbermaterials einzufangen. Dann kann das Ventil 19 geschlossen und
die Ionenpumpe angestellt werden.
-
Vorzugsweise finden bei der Einrichtung gemäß der Erfindung synthetische
Zeolithe als Sorbermaterial Verwendung. Es können jedoch auch andere Materialien
vorteilhaft Verwendung finden, um ein besseres Vakuum zu erreichen. So kann aktiviertes
Aluminiumoxyd auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, beispielsweise auf 1000°
C, wodurch ein etwas reineres Sorbermaterial hergestellt werden kann. Zeolithe können
nicht auf eine höhere Temperatur als auf etwa 500° C erhitzt werden.
-
Es ist ferner ersichtlich, daß die Sorptionspumpe nicht wie in den
beiden vorangegangenen Beispielen in Verbindung mit einer Vorpumpe und/oder einer
lonenpumpe
Verwendung finden muß. Die Sorptionspumpe kann allein als sehr wirtschaftliche Einrichtung
zur Herstellung eines Vakuums oder auch in Verbindung mit irgendeiner Kombination
von anderen Pumpeinrichtungen Verwendung finden.
-
Obwohl schon eine Erhitzung bzw. Kühlung in dem Zwischenraum eine
schnelle Erhöhung bzw. Erniedrigung der Temperatur des Sorbermaterials und ein schnelles
Auspumpen ermöglichen, können auch äußere Heizelemente und Kühlelemente zusätzlich
Verwendung finden. Beispielsweise kann ein zusätzliches Heizelement um die Sorptionspumpe
gewickelt werden. Ferner kann die Pumpe vorteilhafterweise mit einer solchen Größe
hergestellt werden, daß sie in ein übliches Dewar-Gefäß eingetaucht werden kann.
Ferner können Kühlwicklungen auf der Außenseite der Pumpe oder in dem eingeschlossenen
Zwischenraum vorgesehen werden.
-
Aus den obigen Ausführungen ist deshalb ersichtlich, daß durch die
vorliegende Erfindung eine wirtschaftliche, in sich abgeschlossene Sorptionspumpe
(leschaffen wurde, die eine saubere Pumpwirkung und eine zusätzliche Verwendung
zur Erzeugung eines sehr guten Vakuums ermöglicht. Die saubere Pumpwirkung wird
durch die Isolation des Pumpeneinlasses und -auslassen sowie durch die Verwendung
eines isolierten Auslaßabschnitts oder einer Auslaßkammer erzielt, die einen Bereich
erhält, in dem das Gas entlang eines Weges durch Sorbermaterial fließen muß, wobei
es im wesentlichen ständig damit in Berührung ist. Die Trennung oder Isolation zwischen
Eimaß und Auslaß wird durch Verwendung einer dazwischenliegenden Trenneinrichtung
erzielt, durch die ein Zwischenraum ausgebildet wird, der ein innenliegendes Heizelement
enthält und einen Zwischenraum für ein Kühlmittel bildet. Ein Höchstvakuum ist mit
dieser Pumpe in Verbindung mit anderen Pumpen in einfacher Weise zu erzielen. Ferner
ist die Pumpe sehr wirtschaftlich und auch für sich verwendbar, ebenso wie in Verbindung
mit anderen Einrichtungen, um ohne Verwendung beweglicher Teile in wirtschaftlicher
und in zeitsparender Weise zweckmäßig evakuieren zu können.