DE2830943A1

DE2830943A1 - Sorptionsvakuumpumpe

Info

Publication number: DE2830943A1
Application number: DE19782830943
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Baechler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2830943C2

Description

Sorptionsvakuumpumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Sorptionsvakuumpumpe für den Druckbereich von Atmosphärendruck bis Ultrahochvakuumdruck. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Sorptionsvakuumpumpe.
Sorptionspumpen für die verschiedenen Druckbereiche sind bekannt.
Darüber hinaus ist es bekannt, mit Vakuumpumpen unterschiedlichcr Typen stufenweise zu evakuieren. Eine oder mehrere dieser Stufen können dabei ebenfalls als Sorptionspumpen ausgebildet sein.
Sorptionspumpen arbeiten mit gekühlten Sorptions- oder Kondensationsflächen. Die Kühlung der pumpaktiven Flächen erfolgt entweder mit Hilfe von Kühlmaschinen oder mit Hilfe verflüssigter Gase,wie Stickstoff, Helium, Frigen oder dgl.. Nachteilig bei der Kühlung mit verflüssigten Gasen ist das Hantieren mit den Gasen, das umständlich und mit hohen Verlusten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Sorptionsvakuumpumpe für den Druckbereich von Atmosphärendruck bis Ultrahochvakuumdruck anzugeben und eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Sorptionspumpe zu schaffen, bei der ein umständliches Hantieren mit verflüssigten Gasen nicht mehr erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die pl p aktiven Flächen ausschließlich maschinell gekühlt werden. Be einer Sorptionspumpe nach der Erfindung sind also zur Kühlung der pumpaktiven Flächen eine oder mehrere ausschließlich masclr-ll arbeitende Kältemaschinen vorgesehen. Damit ist es möglich völlig kohlenwasserstoffrei von Atmosphärendruck bis zu Ultraochvakuumdrücken zu pumpen, ohne daß ein Hantieren mit verflüssigten Gasen notwendig ist, lie vorbekanntenKältemaschinen benötigen lediglich elektrischen Strom und eventuell noch eine Wasserkühlung.
Zweckmäßig sind zwei oder mehrere, auf unterschiedliche Temperaturen kühlbare pumpaktive Flächenbereiche vorhanden. Dadurch ist es möglich, die Kombination des Grobpumpons und des Hochvakuumpumpens innerhalb ein und derselben maschinell gekühlten Kryopumpe vorzunehmen. Darüberhinaus kann eine in dieser Weise ausgebildete Sorptionspumpe auch ausschließlich für das Grobpumpen oder ausschließlich für das Hochvakuumpumpen benutzt werden.
0 Zweckmäßig ist ein Teil der pumpaktiven Flächen auf 80 bis 120 K kühlbar und der Rest der pumpaktiven Flächen ist auf Temperaturen 0 kleiner 30 K kühlbar. Mit einer in dieser Weise überraschend einfach ausgebildeten Sorptionspumpe ist es ohne weiteres möglich, von Atmosphärendruck auf Drücke bis zu 10 7 bar zu pumpen.
Als Kühlmaschine kommen insbesondere für die pumpaktivenFlächen mit den niedrigeren Temperaturen nach dem Gifford-McMahon-ZykJus oder dem Stirling-Prinzip arbeitende Kältemaschinen infrage.
Für die höheren Temperaturbereiche können Kühlmaschinen mit einem Joule-Thompson-Kreis verwendet werden. Als Medien für die Kühlkreisläufer sind Stickstoff, Frigen oder Helium zweckmäßig.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Bei der Sorptionspumpe nach Figur 1 ist ein Gehäuse 1 mit einem Flansch 2 für den Anschluß eines nicht dargestellten Rezipienten vorgesehen. In dem Gehäuse befindet sich ein topfförmiger-Einsatz 3, der auf seiner Außenseite eine Kühlschlage 4 aufweist, die von der Kältemaschine 5 mit einem Kühlmedium versorgt wird. Auf seiner Innenseite ist der Einsatz 3 mit Aktivkohle 6 belegt. Wird dieser Einsatz 3 mit Hilfe der Kältemaschine 5 z.B. auf 1000 Kelvin gekühlt, dann vermag er den nicht dargestellten Rezipienten von Atmosphärendruck bis etwa 10 3 bar zu evakuieren.
Zur Vermeidung unnötiger Kälteverluste ist der Einsatz 3 mit im Querschnitt v-förmigen Rippen 7 abgedeckt, damit die pumpaktiven Flächen des Einsatzes 3 vor direkter Wassereinstrahlung geschützt sind. Darüberhinaus ist zwischen dem Einsatz 3 und dem Gehäuse 1 noch ein ebenfalls topfförmig ausgebildeter Strahlungsschutz 8 vorgesehen.
Etwa im Zentrum der in Figur 1 dargestellten Sorptionspumpe ist ein Kältekopf 9 einer weiteren Kältemaschine 10 vorgesehen, die z.B. nach dem McMahon oder Stirling-Prinzip arbeitet. Damit ist der Kältekopf 9 auf Temperaturen von weniger als 300 K abkühlbar. Am Kältekopf 9 sind weitere pumpaktive Flächen 11 in an sich bekannter Weise gehaltert, die ebenfalls von innen z.B. mit Aktivkohle 6 belegt sind. Mit Hilfe dieser pumpaktiven Flächen 11 kann z.B. das mit der pumpaktiven Fläche 3 begonnene Evakuieren des Rezipienten forgesetzt werden, so daß Ultrahochvakuumdrücke erzeugt werden können.
EineKältemaschine für die höheren Druckbereiche ist z.B. in dem US-Patent 3 768 273 beschrieben. Für sehr niedrige Temperaturen geeignete und maschinell arbeitende Kältemaschinen sind in der DE-PS 12 82 661 offenbart.
Eine besonders zweckmäßige Art und Weise der Ausbildung der mit dem Kühlkopf einer solchen Maschine verbundenen pumpaktiven Fläche ist im Gegenstand der DE-OS 26 20 880 offenbart.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die pumpaktivenFlächen 3 und 11 in getrennten Gehäusen 12 und 13 untergebracht, welche nacheinander oder auch gleichzeitig über die Ventile 14 und 15 mit dem Rezipienten 16 verbunden werden können. Das hat den Vorteil, daß ein quasi kontinuierlicher Betrieb möglich ist, da z.B. mit der einen Pumpe gepumpt werden kann, während die zweite durch Erwärmen bei geschlossenen Ventilen oder offener Verbindung zur Atmosphäre regeneriert werden kann. Vorteilhaft ist weiterhin, mehr als zwei von maschinell arbeitenden Kältemaschinen versorgte Sorptionspumpen vorzusehen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 besteht darin, daß nur eine Kühlmaschine vorhanden sein muß, die wahlweise mit im einzelnen nicht dargestellten Ventilen auf die jeweils in Betrieb befindliche Pumpe umgeschaltet werden kann. Dadurch wird ein quasi kontinuierlicher Betrieb möglich.

Claims

A. N S P R U C }l E Verfahren zum Betrieb einer Sorptionsvakuumpumpe für den Druckbereich von Atmosphärendruck bis Ultrahochvakuumdruck, dadurch gekennzeichnet, daß die pumpaktiven Flächen ausschließlich maschinell gekühlt werden.
2. Für die Durchführung des Verfahens nach Anspruch 1 geeignete Sorptionspumpe , dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der pumpaktiven Flächen eine oder mehrere maschinell arbeitende Kältemaschinen vorgesehen sind.
3. Sorptionspumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere, auf unterschiedliche Temperaturen kühlbare pumpkative Flächenbereiche vorhanden sind.
4. Sorptionspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der pumpaktiven Flächen auf 800 bis 1200K kühlbar ist und daß der Rest der pumpaktiven Flächen auf Temperaturen kleiner 300K kühlbar ist.
5. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekonnzeichnet, daß zumindest für die auf sehr niedrige Temperaturen kühlbaren Pumpflächen eine Kühlmaschine nach dem Gifford-McMahon-Zyklus oder dem Stirling-Prinzip vorgesehen ist.
6. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die auf höhrere Temperaturen gekühlten Flächen eine Kühlmaschine mit einem Joule-Thompson-Kreis vorgesehen ist.
7. Sorptionspumpe nach einem; der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf unterschiedliche Temperaturen kühlbaren Pumpflächen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
8. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf unterschiedliche Temperaturen kühlbaren Flächen in getrennten Gehäusen untergebracht sind und wahlweise an einen Rezipienten über Ventile anschließbar sind.
9. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die pumpaktiven Flächen mit Zeolith oder Aktivkohle als Sorptionsmaterial belegt sind.
10.Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die pumpaktiven Flächen mit der niedrigeren Temperatur von den pumpaktiven Flächen mit der höheren Temperatur umgeben ist.
11.Sorptionspumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die in den getrennten Gehäusen befindlichen pumpaktiven Flächen nur eine Kältemaschine vorgesehen ist.