DE2949092A1

DE2949092A1 - Cryopump

Info

Publication number: DE2949092A1
Application number: DE19792949092
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Werner 5064 Rösrath Bächler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1981-06-11
Also published as: NL8005101A; FR2471498B3; GB2065782B; GB2065782A; FR2471498A1

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-BayentalLEYBOLD-HERAEUS GMBH Cologne-Bayental

KryopumpeCryopump

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kryopumpe mit Pumpflächen und Mitteln zur Regenerierung der Pumpflächen.The invention relates to a cryopump with pumping surfaces and means for regenerating the pumping surfaces.

Bei Kryopumpen dieser Art werden die Kondensations- oder Kaltflächen zur Erzeugung eines Pumpeffektes auf tiefe Temperaturen abgekühlt. Die Kühlung der Flächen kann nach dem Prinzip der Bad- oder Verdampferkühlung erfolgen. In jüngerer Zeit setzt sich der Einsatz von Refrigeratoren durch, die je nach der gewünschten Temperatur ein- oder zweistufig ausgebildet sein können. Die Kältequelle ist unabhängig von der Art ihrer Kühlung - in der Regel als Kühlkopf ausgebildet, mit dem die Kondensationsflächen in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Häufig sind die Kondensationsflächen noch mit einem Adsorptionsmittel (z. B. Aktivkohle oder Zeolith) belegt, so daß dadurch die zur Verfügung stehende Oberfläche drastisch erhöht wird.In cryopumps of this type, the condensation or cold surfaces are used to create a pumping effect Temperatures cooled. The surfaces can be cooled according to the principle of bath or evaporator cooling. In More recently, the use of refrigerators is gaining ground, which depending on the desired temperature or can be designed in two stages. The cold source is independent of how it is cooled - usually as Formed cooling head with which the condensation surfaces are in good heat-conducting connection. Frequent are the condensation surfaces still covered with an adsorbent (z. B. activated carbon or zeolite), so that the for Available surface is increased dramatically.

Während des Betriebs der Kryopumpe kondensieren bzw. adsorbieren die abzupumpenden Gase auf den Kondensationsflächen bzw. Adsorptionsflächen und werden dort festgehalten. Mit dem Anwachsen der aufgefrorenen Schicht bzw. der adsorbierten Gasmenge läßt die Pumpwirkung der Kondensationsflachen bzw.During the operation of the cryopump, the gases to be pumped condense or adsorb on the condensation surfaces or adsorption surfaces and are held there. With the growth of the frozen layer or the adsorbed layer The amount of gas allows the pumping action of the condensation surfaces or

der Adsorptionsflächen nach, so daß Ihre Regenerierung notwendig ist. Das geschieht z. B. dadurch, daß die Kühlung so lange unterbrochen wird, bis die Temperatur der Kondensa— tionsflÄchen bzw. der Adsorptionsflächen soweit angestiegenof the adsorption surfaces, so that their regeneration is necessary is. This happens z. B. in that the cooling so long interruption until the temperature of the condensation surfaces or the adsorption surfaces has risen that far

ist, daß die aufgefrorenen bzw. adsorbierten Gase abgegeben 35is that the frozen or adsorbed gases are released 35

werden. Danach wird der Kühlprozeß wieder in Gang gesetzt, so daß die Pumpflächen wieder die gewünschte Temperatur annehmen. Ein derartiger Regenerationszyklus hat den Nachteil, daß der eigentliche Pumpbetrieb lange unterbrochenwill. The cooling process is then restarted so that the pump surfaces return to the desired temperature accept. Such a regeneration cycle has the disadvantage that the actual pumping operation is interrupted for a long time

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werden muß. Außerdem hat sich herausgestellt, daß selbst nach dem Regenerieren von mit Aktivkohle belegten Panels durch Aufwärmen bis auf Raumtemperatur die Zahl der möglichen Pumpzyklen bis zum erneut erforderlichen Regenerieren immer kleiner wird, also eine Art Vergiftungsprozeß stattfindet.must become. It has also been found that even after the regeneration of panels covered with activated carbon by warming up to room temperature, the number of possible pump cycles until the regeneration is required again becomes smaller, so a kind of poisoning process takes place.

¹^ Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Pumpflächen einer Kryopumpe bei erhöhter Temperatur auszuheizen, und zwar mit Hilfe von Heizdrähten, die von außen auf das Gehäuse aufgebracht sind, in dem sich die Kondensationsflächen und ein Teil der der Kälteerzeugung dienenden Einrichtungen befin- ¹ ^ It has already been proposed to heat up the pumping surfaces of a cryopump at an elevated temperature, with the help of heating wires that are attached from the outside to the housing in which the condensation surfaces and some of the devices used to generate cold are located.

¹S den. Nachteilig daran ist, daß dieser vorbekannte Regenerationszyklus immer noch relativ viel Zeit in Anspruch nimmt. ¹ S den. The disadvantage of this is that this previously known regeneration cycle still takes a relatively long time.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kryopumpe mit Pumpflächen und Mitteln zur Regenerierung der ²^ Pumpflächen zu schaffen, bei der eine Regenerierung in wesentlich kürzerer Zeit als bei den vorbekannten Kryopumpen möglich ist.The present invention is based on the object of creating a cryopump with pumping surfaces and means for regenerating the ² ^ pumping surfaces, in which regeneration is possible in a significantly shorter time than with the previously known cryopumps.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unmittelbar auf den Kondensationsflächen bzw. Adsorptionsflächen oder in ihrer unmittelbaren Nähe Heizdrähte vorgesehen sind. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Kryopumpe kann die Regenerierung der Pumpflächen bei erhöhter Temperatur "in situ" erfolgen. Da bei einem Regenerations- ** zyklus im wesentlichen nur die Pumpflächen aufgeheizt und nachher wieder abgekühlt werden müssen, können die Aufheizzeiten und Abkühlzeiten sehr klein gehalten werden, so daß der Regenerationszyklus insgesamt optimal kurz ist.According to the invention this object is achieved in that Heating wires are provided directly on the condensation surfaces or adsorption surfaces or in their immediate vicinity are. In the case of a cryopump designed in this way, the regeneration of the pumping surfaces can be carried out with increased Temperature take place "in situ". Since in a regeneration ** cycle essentially only the pump surfaces are heated up and then have to be cooled again, the heating and cooling times can be kept very short, so that the overall regeneration cycle is optimally short.

Insbesondere bei mit Refrigeratoren betriebenen Kryopumpen hat die Erfindung erhebliche Vorteile. Ist z. B. der Refrigerator zweistufig ausgebildet und sind die Pumpflächen mit dem die zweite Stufe bildenden Kühlkopf des Refrigerators verbunden, dann kann die Regenerierung bei laufendem RefrigeratorIn particular in the case of cryopumps operated with refrigerators, the invention has considerable advantages. Is z. B. the refrigerator designed in two stages and the pump surfaces are connected to the cooling head of the refrigerator, which forms the second stage, then regeneration can be carried out while the refrigerator is running

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vorgenommen werden. Die der Aufheizung der Pumpflächen dienende Heizung ist entweder am Kühlkopf oder wieder auf den Pumpflächen selbst aufgebracht. Die Heizleistung muß so stark gewählt sein, daß sie in der Lage ist, die Pumpflächen bei laufendem Refrigerator auf die gewünschte erhöhte Temperatur aufzuheizen. Diese geben dann die aufgefrorenen bzw. adsorbierten Gase ab. Nach dem Abschalten der Heizung erreichen die Kaltflächen wieder sehr schnell ihre gewünschte tiefe Temperatur. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Tatsache, daß bei den während eines Regenerationszyklus auftretenden Temperaturverhältnissen· ein sehr hoher Wärmewiderstand zwischen der zweiten Stufe und der ersten Stufe eines Refrigerators besteht. Die erste Stufe wird also durch ein Aufheizen der zweiten Stufe nur wenig beeinflußt, so daß nach dem Abschalten der Heizung ihre volle Kühlleistung sehr schnell wieder zur Verfügung steht.be made. The heating used to heat the pump surfaces is either on the cooling head or on again applied to the pump surfaces themselves. The heating power must be so strong that it is able to hit the pumping surfaces heat up to the desired elevated temperature while the refrigerator is running. These then give the frozen resp. adsorbed gases. After switching off the heating, the cold surfaces reach their desired location again very quickly low temperature. The fact that during a regeneration cycle plays an essential role occurring temperature conditions · a very high thermal resistance exists between the second stage and the first stage of a refrigerator. So the first stage is through a heating of the second stage is only slightly affected, so that after switching off the heating, its full cooling capacity is very good is available again quickly.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.Further advantages and details of the invention should be based on an embodiment shown in the figure explained.

Die dargestellte Kryopumpe weist ein Gehäuse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 für die abzupumpenden Gase auf. In das Gehäuse 1 ragt von unten ein zweistufiger Refrigerator 3 hinein. Auf der ersten Stufe 4 des Refrigerators 3 ist ein weiteres, im wesentlichen topfförmiges, haupsächlich Abschirmzwecken dienendes Gehäuse 5 gut wärmeleitend gehaltert, dessen etwa parallel zur Öffnung 2 des Gehäuses liegende Öffnung 6 mit ebenfalls der Abschirmung dienenden Metallwinkeln 7 abgedeckt ist. In das topfförmige Gehäuse ragt die zweite Stufe 8 des Refrigerators 3 hinein und bildet dort einen Kühlkopf 9, der die Pumpflächen 10 trägt. Zur Vergrößerung der Oberfläche bzw. zur Verbesserung des Abpumpens leichter Gase sind die Pumpflächen 10 mit einemThe cryopump shown has a housing 1 with an inlet opening 2 for the gases to be pumped off. In the A two-stage refrigerator 3 protrudes into the housing 1 from below. On the first stage 4 of the refrigerator 3 is a another, essentially cup-shaped, mainly Shielding purposes serving housing 5 held with good thermal conductivity, its approximately parallel to the opening 2 of the housing lying opening 6 is covered with metal brackets 7, which are also used for shielding. In the cup-shaped housing the second stage 8 of the refrigerator 3 protrudes into it and there forms a cooling head 9 which carries the pumping surfaces 10. To enlarge the surface or to improve the pumping of light gases, the pumping surfaces 10 are provided with a

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Adsorptionsmaterial 11 belegt. Auf die Gestaltung der Pumpflächen wird im einzelnen nicht eingegangen, da diese nicht Gegenstand der Erfindung ist.Adsorption material 11 occupied. On the design of the pumping surfaces will not be discussed in detail, since this is not the subject of the invention.

Im Rahmen der Erfindung sind entweder die Pumpflächen 10 selbst oder der Kühlkopf 9 mit einer vorzugsweise aus Heizdrähten bestehenden Heizung versehen. Beim dargestellten 10In the context of the invention, either the pump surfaces 10 themselves or the cooling head 9 are preferably made of heating wires existing heating provided. In the 10

Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Verbindungsstelle des Kühlkopfes 9 mit den Pumpflächen 11 ein Heizdraht 12 auf die Pumpflächen 10 aufgelötet, welcher über die aus den Gehäusen 5 und 1 herausgeführte Leitung 13 mit elektrischerEmbodiment is in the area of the connection point of the cooling head 9 with the pump surfaces 11, a heating wire 12 on the Pump surfaces 10 soldered on, which via the line 13 led out of the housings 5 and 1 with electrical

Spannung versorgt werden kann. Die Einschaltung der Heizung 15Voltage can be supplied. Switching on the heating 15

bewirkt eine Erwärmung der Pumpflächen 10, so daß sie die darauf aufgefrorenen bzw. adsorbierten Gase abgeben. Da zwischen der ersten Stufe 4 und der zweiten Stufe 8 ein hoher thermischer Widerstand besteht, braucht der Refrigerator nicht abgeschaltet zu werden. Die von den Pumpflächen verdampften bzw. desorbierten Gase werden von der nicht dargestellten Vorpumpe, die ebenfalls im Betrieb bleibt, abgepumpt. Die Verbindung zum ebenfalls nicht dargestellten Rezipienten wird während des Regenerationszyklus zweckmäßigerweise unterbrochen.
2o causes the pump surfaces 10 to be heated, so that they emit the gases frozen or adsorbed thereon. Since there is a high thermal resistance between the first stage 4 and the second stage 8, the refrigerator does not need to be switched off. The gases evaporated or desorbed by the pumping surfaces are pumped out by the backing pump, not shown, which also remains in operation. The connection to the recipient, also not shown, is expediently interrupted during the regeneration cycle.
2o

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e e r s ee e r s e

itit

Claims

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Cologne-Bayental

Cryopump

Expectations

! 1.) Cryopump with pumping surfaces and means for regeneration the pumping surfaces, characterized in that directly on the pumping surfaces (10) or in the immediate vicinity of the Pump surfaces at least one heating wire (12) is provided.

2. Cryopump according to claim 1, characterized in that the pump surfaces (10) in a manner known per se on the cooling head (9) a refrigeration machine (3) are mounted and that the heating wire (12) is arranged in the region of the cooling head is.

3. Cryopump according to claim 1 or 2, characterized in that a refrigerator (3) is used as the refrigerating machine, whose second stage (8) is designed as the cooling head (9) carrying the pump surfaces (10).

4. Method of regenerating one with a two-step Refrigerator operated cryopump, in which the pumping surfaces with the second stage of the refrigerator in good

thermally conductive connection, characterized in that only in the area of the second stage (8) of the Reirigerator (3) the heat required to regenerate the pump surfaces (10) is generated.

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ORIGINAL INSPECTED