DE2830943C2

DE2830943C2 - Kryopumpenanordnung

Info

Publication number: DE2830943C2
Application number: DE19782830943
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 5064 Rösrath Bächler
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: 1986-06-12
Also published as: DE2830943A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kryopumpenanordnung mit auf Temperaturen zwischen 80 und 120 K einstellbaren ersten Pumpflächen, mit auf Temperaturen von weniger als 30 K einstellbaren zweiten Pumpflächen, mit einer oder zwei der Kühlung der Pumpflächen dienenden, ausschließlich maschinell arbeitenden Kältemaschinen und mit zwei an einen zu evakuierenden Rezipienten über Ventile wahlweise anschließbaren Gehäusen, in denen die Pumpflächen untergebracht sind.

Eine Kryopumpanlage dieser Gattung ist aus der DE-OS 19 37 821 bekannt. In den beiden an den zu evakuierenden Rezipienten anschließbaren Gehäusen ist jeweils eine komplette Kryopumpe untergebracht, d. h., daß jedes dieser Gehäuse sowohl die auf die höheren Temperaturen als auch auf die niedrigeren Temperaturen einstellbaren Pumpflächen enthält. Diese Maßnahme ermöglicht ein wechselweises Betreiben und Regenerieren der beiden Kryopumpen, so daß ein kontinuierliches Evakuieren des Rezipienten möglich ist. Durch eine besondere Pumpflächenkonfiguration ist darüber hinaus erreicht, daß die Kryopumpen bei einem Vorvakuumdruck von 10~² Torr betriebsbereit sind.

Weiterhin sind aus »Philips Technische Rundschau«, 1967, Seiten 34Iff, sowie aus den DE-OS 19 38 035 und 25 36 005 Kryopumpen bekannt, die mit in einem Gehäuse befindlichen Pumpflächen unterschiedlicher Temperatur betrieben werden. Auch diese sind erste bei einem Vorvakuumdruck von höchstens 10~²Torr betriebsbereit.

Aus der vorstehenden Schilderung des Standes der Technik geht hervor, daß in der Praxis bei allen vorbekannten Kryopumpen Vorvakuumpumpen verwendet werden, die vor der Abkühlung und damit dem Wirksamwerden der Pumpflächen in der Kryopumpe ein Vorvakuum von mindestens 10~²Torr erzeugen. Der Grund dafür liegt darin, daß bei einer Abkühlung der Pumpflächen bei Atmosphärendruck dicke Kondensationsschichten aufwachsen, welche die Pumpwirkung bei tieferen Drücken beeinträchtigen (vgl. Wutz, Theorie und Praxis der Vakuumtechnik, Seite 241, Viehweg-Verlag, Braunschweig 1965). Insbesondere die Erzeugung von Hochvakuum oder Ultrahochvakuum, also die Erzeugung von Drücken, für die Kryopumpen bevorzugt eingesetzt werden, ist dann nicht mehr möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kryopumpenanordnung der eingangs genannten Art zu^schaffen, die bereits bei Atmosphärendruck in Betrieb gesetzt werden kann und bei der bei hohen Drücken aufwachsende Kondensationsschichten die Wirkung der Pumpe bei niedrigeren Drücken nicht mehr beeinträchtigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst Bei einer Kryopumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs besteht die Möglichkeit, in der ersten Phase des Evakuierungsvorganges, d. h. im Grob- und Feinvakuumbereich, nur die auf höherer Temperatur liegenden Pumpflächen wirksam werden zu lassen. In dieser Zeit ist das Gehäuse mit den auf tieferer Temperatur liegenden Pumpflächen vom Rezipienten abgetrennt, so daß diese vor den in der ersten Phase anfallenden, relativ großen Gasmengen geschützt sind. Erst nach dem Unterschreiten des Feinvakuumbereichs wird das die Pumpflächen mit der tieferen Temperatur enthaltende Gehäuse mit dem Rezipienten verbunden, wodurch das gewünschte Hochvakuum oder Ultrahochvakuum erreicht wird. In dieser Zeit kann eine Regenerierung der Pumpflächen mit der höheren Temperatur durchgeführt werden.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Kryopumpenanlage besteht darin, daß auf eine Vorvakuumpumpe, die normalerweise ölgedichtet ist, verzichtet werden kann, so daß ein völlig kohlenwasserstofffreies Evakuieren von Atmosphärendruck bis zu Ultrahochvakuumdrücken möglich ist. Wegen der ausschließlich maschinell arbeitenden Kältemaschine(n) ist ein Hantieren mit flüssigen Gasen nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Kryopumpe benötigt deshalb ledig-Hch elektrischen Strom und — je nach Art der verwendeten Kältemaschine — evtl. noch eine Wasserkühlung. Als Kältemaschinen kommen z. B. für die pumpaktiven Flächen mit den niedrigeren Temperaturen nach dem Gifford-McMahon-Zyklus oder dem Stirling-Prinzip arbeitende Kältemaschinen in Frage. Für die höheren Temperaturbereiche können Kältemaschinen mit einem Joule-Thomson-Kreis verwendet werden. Für sehr niedrige Temperaturen geeignete und maschinell arbeitende Kältemaschinen sind in der DE-PS 12 82 661 offenbart. Eine Kältemaschine für die höheren Druckbereiche ist z. B. im US-Patent 37 68 273 beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt.

Mit 16 ist ein Rezipient bezeichnet, mit dem die Gchäuse 12 und 13 über die Ventile 14 und 15 wahlweise verbindbar sind. Im Gehäuse 13 sind die auf höherer Temperatur liegenden Pumpflächen 3 untergebracht. Diese Pumpflächen 3 sind mit einer Kühlschlange 4 ausgerüstet, die von einem Kühlmedium durchströmt ist.

Auf seiner Innenseite können die Pumpflächen 3 mit Aktivkohle belegt sein. Werden die Pumpflächen 3 mit Hilfe einer nicht dargestellten Kältemaschine z. B. auf 100 K gekühlt, dann kann mit Hilfe dieser Pumpflächen der Rezipient 16 von Atmosphärendruck bis zur unteren Grenze des Feinvakuumbereichs, d. h. bis etwa 10~³ mbar, evakuiert werden.

Im Gehäuse 12 ist ein Kältekopf 9 einer weiteren Kältemaschine 10 untergebracht, die z. B. nach dem McMahon- oder Stirling-Prinzip arbeitet. Damit ist der Kältekopf 9 auf Temperaturen von weniger als 30 K kühlbar. Am Kältekopf 9 sind die weiteren pumpaktiven Flächen 11 gehaltert, die ebenfalls teilweise mit Aktivkohle belegt sein können. Mit Hilfe dieser pumpaktiven

kann das mit der Pumpfläche 3 begonnene
des Rezipienten 16 fortgesetzt werden, so
jchvakuumdrücke erreichbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Kryopumpenanordnung mit auf Temperaturen zwischen 80 und 120 K. einstellbaren ersten Pumpflächen (3), mit auf Temperaturen von weniger als 30 K einstellbaren zweiten Pumpflächen (11), mit einer oder zwei der Kühlung der Pumpflächen (3, 11) dienenden, ausschließlich maschinell arbeitenden Kältemaschinen (5, 10) und mit zwei an einen zu evakuierenden Rezipienten über Ventile (14, 15) wahlweise anschließbaren Gehäusen (12, 13), in denen die Pumpflächen (3,11) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der höheren Temperatur einstellbaren Pumpflächen (3) in dem einen (13) der beiden Gehäuse (12,13) und die auf die tieferen Temperaturen einstellbaren Pumpflächen (Ii) in dem anderen Gehäuse (12) untergebracht sind.