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Hintergrund der Erfindung
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Cryogene Vakuumpumpen oder Cryopumpen,
die gegenwärtig
erhältlich
sind, folgen generell einem gemeinsamen Ausbildungskonzept. Eine Niedrigtemperaturanordnung,
die gewöhnlich
in dem Bereich von 4° bis
25°K arbeitet,
ist die primäre
Pumpoberfläche.
Diese Oberfläche
wird von einem Strahlungsschirm höherer Temperatur umgeben, der
gewöhnlich
in dem Temperaturbereich von 60° bis 130°K betrieben
wird, welcher eine Strahlungsabschirmung für die Anordnung niedrigerer
Temperatur vorsieht. Der Strahlungsschirm umfaßt allgemein ein Gehäuses, welches,
ausgenommen eine stirnseitige Anordnung, die zwischen der primären Pumpoberfläche und
einer zu evakuierenden Arbeitskammer positioniert ist, geschlossen
ist.
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Im Betrieb werden Gase mit hohem
Siedepunkt, wie Wasserdampf, auf der stirnseitigen Anordnung kondensiert.
Gase mit niedrigerem Siedepunkt gehen durch jene Anordnung hindurch
und in das Volumen innerhalb des Strahlungsschirms und kondensieren
auf der Anordnung niedrigerer Temperatur. Eine Oberfläche, die
mit einer adsorbierenden Substanz beschichtet ist, wie Aktivkohle
oder ein Molekularsieb, das bei oder unter der Temperatur der kälteren Anordnung
arbeitet, kann auch in diesem Volumen vorgesehen sein, um die Gase
mit sehr niedrigem Siedepunkt, wie Wasserstoff, zu entfernen. Wenn
die Gase demgemäß auf den
Pumpoberflächen
kondensiert und/oder adsorbiert sind, bleibt nur ein Vakuum in der
Arbeitskammer.
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In Systemen, die durch Kühler mit
geschlossenem Kreislauf gekühlt
werden, ist der Kühler
typischerweise eine Zwei-Stufen-Kältemaschine,
die einen kalten Finger hat, welcher sich durch die Rückseite
oder die Seite des Strahlungsschirms erstreckt. Hochdruckhelium-Kühlmittel
wird generell durch diese Hochdruckleitungen von einer Kompressoranordnung
an den Cryokühler
abgegeben. Außerdem
wird gewöhnlich
auch elektrische Leistung an einen Verdrängerantriebsmotor in dem Kühler durch
den Kompressor abgegeben.
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Das kalte Ende der zweiten, kältesten
Stufe des Cryokühlers
ist an der Spitze des kalten Fingers. Die primäre Pumpoberfläche oder
das Cryofeld ist mit einer Wärmesenke
an dem kältesten
Ende der zweiten Stufe des kalten Fingers verbunden. Dieses Cryofeld
kann eine einfache Metallplatte eines Bechers oder eine Anordnung
von Metalleitflächen,
die um und verbunden mit der Wärmesenke
der zweiten Stufe angeordnet sind. Dieses Cryofeld der zweiten Stufe
trägt außerdem die
bei niedriger Temperatur adsorbierende Substanz.
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Der Strahlungsschirm ist mit einer
Wärmesenke
oder Wärmestation
an dem kältesten
Ende der ersten Stufe der Kältemaschine
verbunden. Der Schirm umgibt das Cryofeld der zweiten Stufe in einer
solchen Art und Weise, daß er
es vor Strahlungswärme
schützt.
Die stirnseitige Anordnung wird mittels der Wärmesenke der ersten Stufe durch
den Seitenschirm oder, wie in dem US-Patent 4 356 810 offenbart,
durch thermische Streben gekühlt.
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Nach mehreren Tagen oder Wochen des
Gebrauchs beginnen die Gase, welche sich auf den Cryofeldern kondensiert
haben, und im besonderen die Gase, welche adsorbiert sind, die Cryopumpe
zu sättigen.
Es muß dann
ein Regenerationsvorgang folgen, um die Cryopumpe zu erwärmen und
demgemäß die Gase
freizulassen und die Gase aus dem System zu entfernen. Wenn die
Gase verdampfen, nimmt der Druck in der Cryopumpe zu, und die Gase werden
durch ein Entspannungsventil ausgepumpt. Während der Regeneration wird
die Cryopumpe oft mit warmem Stickstoffgas gereinigt. Das Stickstoffgas
beschleunigt das Erwärmen
der Cryofelder und dient außerdem
dazu, Wasser und andere Dämpfe aus
der Cryopumpe zu spülen.
Stickstoff ist das übliche
Reinigungsgas, weil er relativ inert und frei von Wasserdampf erhältlich ist.
Es wird gewöhnlich
aus einer Stickstoffspeicherflasche durch eine Fluidleitung und
ein mit der Cryopumpe verbundenes Reinigungsventil abgegeben.
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Eine derartige Totalregeneration
einer Cryopumpe, bei der zyklisch ein Reinigungsgas eingeleitet
und wieder abgepumpt wird, ist aus der
US 4,918,930 bekannt.
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Nachdem die Cryopumpe gereinigt ist,
muß sie
vorvakuumgepumpt werden, um ein Vakuum um die Cryopumpoberflächen und
den kalten Finger zu erzeugen, welches die Wärmeübertragung durch Gasleitung
vermindert und demgemäß den Cryokühler befähigt, auf
normale Betriebstemperaturen zu kühlen. Die Vorvakuumpumpe ist
allgemein eine mechanische Pumpe, die durch eine Fluidleitung mit
einem Vorvakuumventil verbunden, das an der Cryopumpe angebracht
ist.
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Der typische Regenerationsprozeß beansprucht
mehrere Stunden, während
deren der Herstellungsprozeß oder
ein anderer Prozeß,
für welchen
die Cryopumpe ein Vakuum erzeugt, leerlaufen muß. In den meisten Systemen
ist es nur die zweite Stufe, welche eine Regeneration erfordert.
Daher sind Partialregenerationsprozesse benutzt worden, in denen
die zweite Stufe erwärmt
wird, um Gase aus nur jener Stufe freizulassen, während die
Kältemaschine
im Betrieb fortfährt,
um ein Freilassen von Gasen aus der ersten Stufe zu verhindern.
Es ist kritisch, daß kein
aus der ersten Stufe freigelassen wird, weil jenes Gas die warme
zweite Stufe kontaminieren würde,
und eine solche Kontamination würde
es erfordern, daß die
Cryopumpe durch einen vollständigen
Reqenerationszyklus gebracht wird. Da die Kältemaschine zu arbeiten fortfährt und
die Cryofelder auf relativ kühlen
Temperaturen bleiben, ist die Herabkühlzeit nach dem Partialregenerationsprozeß signifikant
weniger als jene einer vollen Regeneration.
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Ein Verfahren zur Partialregeneration
ist beispielsweise in der
EP
0 250 613 A1 beschrieben. Dabei wird ein Druck in der Cryopumpe überwacht
und abhängig
von dem Druck automatisch ein Partialregenerationsvorgang gestartet,
bei welchem kein Reinigungsgas verwendet wird.
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Ein ähnliches Verfahren zur Partialregeneration
ist aus der
US 5,400,604 bekannt.
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Die Steuerung bzw. Regelung des Regenerationsprozesses
wird durch Temperaturmeßinstrumente
erleichtert, die mit den Wärmestationen
des kalten Fingers verbunden sind. Thermoelement-Druckmeßinstrumente sind auch bei
Cryopumpen verwendet worden. Obwohl die Regeneration manuell durch
Ausschalten und Einschalten des Cryokühlers und manuelles Steuern
bzw. Regeln des Reinigungs- und Vorvakuumventils gesteuert bzw. geregelt
werden kann, wird in ausgeklügelteren
Systemen eine separate Regenerationssteuer- bzw. -regeleinrichtung
verwendet. Leitungen von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung sind
mit jedem von den Sensoren, dem Cryokühlermotor und den Ventilen,
die betätigt
werden sollen, verbunden. Eine Cryopumpe, die eine integrale elektronische
Steuer- bzw. Regeleinrichtung hat, ist im US-Patent 4 918 930 dargestellt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren der Partialreaeneration einer Cryopumpe gemäß Anspruch
1, eine entsprechende Cryopumpe gemäß Anspruch 8, und die Elektronik
zum Steuern bzw. Regeln jenes Regenerationsprozesses gemäß Anspruch
12. Die abhängigen
Ansprüche
definieren jeweils vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Eine Cryopumpe hat wenigstens eine erste und zweite Stufe in einer
Cryopumpenkammer. Die Stufen werden mittels einer cryogenen Kältemaschine
gekühlt,
und es ist eine adsorbierende Substanz auf der zweiten, kälteren Stufe
vorhanden. Die zweite Stufe wird mittels eines Heizelements während des Partialregenerationsprozesses
geheizt. Warmes Reinigungsgas kann durch ein Reinigungsventil auf
die Cryopumpenkammer angewandt werden. Die Cryopumpenkammer wird
anfänglich
mittels einer Vorvakuumpumpe durch ein Vorvakuumventil herabgepumpt.
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In dem Partialregenerationsverfahren
der vorliegenden Erfindung wird die zweite Stufe der Cryopumpe geheizt,
und Reinigungsgas wird auf die Cryopumpenkammer angewandt, um Gase
aus der zweiten Stufe freizulassen. Um ein Überhitzen der Cryopumpe zu
vermeiden, welches ein Freisetzen von Gasen aus der ersten Stufe
bewirken würde,
und trotzdem sicherzustellen, daß die zweite Stufe vollständig regeneriert
wird, wiederholt sich das System periodisch zwischen der Anwendung
von Stößen von Reinigungsgas
auf die Cryopumpe und dem Öffnen des
Vorvakuumventils von der Cryopumpe. Das System wiederholt sich periodisch
zwischen Reinigen und Vorvakuumpumpen, bis bestimmt wird, daß die Cryopumpe
von kondensierten und adsorbierten Gasen aus der zweiten Stufe genügend leer
ist. Vorzugsweise wird durch Überwachen
des Drucks der Cryopumpe während
des Vorvakuumpumpens und Bestimmens, ob der Druck der Cryopumpe
auf ein vorbestimmtes Niveau, wie etwa 1000 Mikron, während einer
Vorvakuumpumpzeit abfällt,
bestimmt, daß die
zweite Stufe leer ist. Wenn die Cryopumpe versagt, jenes Niveau
zu erreichen, wiederholt sich das System wieder durch den Reinigungs-
und Vorevakuierungsprozeß.
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Wenn einmal in dem vorherigen Schritt
bestimmt worden ist, daß die
Cryopumpe genügend leer
ist, wird das Vorvakuumventil offengehalten, um den Druck weiter
zu vermindern. Es wird bevorzugt, daß das Heizen der zweiten Stufe
fortgesetzt wird, um eine Temperatur zwischen 175K und 200K aufrechtzuerhalten,
um irgendwelche Gase aus der adsorbierenden Substanz weiter zu entfernen.
Wenn der Druck einmal auf ein vorbestimmtes Niveau vermindert ist,
wird das Heizelement abgeschaltet, während das Vorevakuieren weitergeht.
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Während
das System kühlt,
wird das Vorvakuumventil geschlossen, wenn der Druck weiter auf ein
Basisdruckniveau vermindert ist. Wenn die Cryopumpe einmal genügend kalt
ist, fährt
sie fort, den Druck unter Kondensation und Adsorption von Gasen
auf dem Cryofeld herabzuziehen. Anfänglich nach dem Schließen des
Vorvakuumventils fährt
jedoch ein Ausgasen in der Cryopumpe zu einer Druckerhöhung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden und andere Ziele,
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, mehr
speziellen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
sind, in den sich gleiche Bezugszeichen auf. die gleichen Teile überall in
den unterschiedlichen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise maßstabsgerecht,
stattdessen ist der Akzent auf das Veranschaulichen der Prinzipien
der Erfindung gelegt.
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1 ist
eine Seitenansicht einer Cryopumpe, welche die vorliegende Erfindung
verkörpert.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der Cryopumpe der 1, wobei das Elektronikmodul bzw. der
Elektronikbaustein und das Gehäuse
entfernt sind.
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3 ist
eine Aufsicht von oben auf die Cryopumpe der 1.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm eines Partialregenerationsvorgangs, der in das
Elektronikmodul bzw. den Elektronikbaustein programmiert ist.
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5 ist
eine Veranschaulichung eines Netzwerks mit Gruppen von Cryopumpen,
die mit Vorvakuumpumpensammelleitungen verbunden sind.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform 1 ist eine Darstellung einer
die vorliegende Erfindung verkörpernden
Cryopumpe. Die Cryopumpe umfaßt
den üblichen
Vakuumbehälter 20,
welcher einen Flansch 22 zum Anbringen der Pumpe an einem
zu evakuierenden System hat. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Cryopumpe einen Elektronikbaustein 24 in
einem Gehäuse 26 an
einem Ende des Behälters 20 auf.
Eine Bedienungs- bzw. Kontrollkonsole 28 ist drehbar an
einem Ende des Gehäuses 26 angebracht.
Wie durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist, kann die Bedienungs-
bzw. Kontrollkonsole um einen Stift 32 gedreht werden,
um bequemes Sehen vorzusehen. Der Konsolenträger 34 hat zusätzliche
Löcher 36 am
entgegengesetzten Ende desselben, so daß die Bedienungs- bzw. Kontrollkonsole
umgedreht werden kann, wo die Cryopumpe in einer Ausrichtung montiert
werden soll, die gegenüber
jener, welche in 1 gezeigt
ist, umgekehrt ist. Außerdem
ist ein elastomerer Fuß 38 auf
der flachen oberen Oberfläche
des Elektronikgehäuses 26 zum
Abstützen
der Pumpe, wenn sie umgekehrt ist, vorgesehen.
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Wie in 2 veranschaulicht
ist, ist viel von der Cryopumpe konventionell. In 2 ist das Gehäuse 26 entfernt, um
einen Antriebsmotor 40 und eine Kreuzkopfanordnung 42 freizulegen.
Der Kreuzkopf wandelt die Drehbewegung des Motors 40 in eine
hin- und hergehende Bewegung zum Antrieb eines Verdrängers innerhalb
des zweistufigen kalten Fingers 44 um. Bei jedem Zyklus
wird Heliumgas, das unter Druck durch die Leitung 46 in
den kalten Finger eingeleitet wird, expandiert und demgemäß gekühlt, um
den kalten Finger auf cryogenen Temperaturen zu halten. Helium,
das dann durch eine Wärmeaustauschmatrix
in dem Verdränger
erwärmt
worden ist, wird durch die Leitung 48 entleert.
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Eine Wärmestation 50 der
ersten Stufe ist an dem kalten Ende der ersten Stufe 52 der
Kältemaschine
angebracht. In entsprechender Weise ist eine Wärmestation 54 an dem
kalten Ende der zweiten Stufe 56 angebracht. Geeignete
Temperatursensorelemente 58 und 60 sind an der
Rückseite
der Wärmestationen 50 und 54 angebracht.
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Die primäre Pumpoberfläche ist
eine Cryofeldanordnung 62, die an der Wärmesenke 54 angebracht
ist. Diese Anordnung umfaßt
eine Mehrzahl von Scheiben, wie sie in dem US-Patent 4 555 907 offenbart
sind. Niedrigtemperatur-Adsorptionsmittel ist an den geschützten Oberflächen der
Anordnung 62 angebracht, um nichtkondensierbare Gase zu
adsorbieren.
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Ein becherförmiger Strahlungsschirm 64 ist an
der Wärmestation 50 der
ersten Stufe angebracht. Die zweite Stufe des kalten Fingers erstreckt
sich durch eine Öffnung
in jenem Strahlungsschirm. Dieser Strahlungsschirm 64 umgibt
die primäre
Cryofeldanordnung an der Rückseite
und an den Seiten, um eine Erwärmung
der primären
Cryofeldanordnung durch Strahlung zu minimieren. Die Temperatur
des Strahlungsschirms kann im Bereich von so niedrig wie 40°K an der
Wärmesenke 50 bis
so hoch wie 130°K
benachbart der Öffnung 68 zu
einer evakuierten Kammer sein.
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Eine stirnseitige Cryofeldanordnung 70 dient sowohl
als Strahlungsschirm für
die primäre
Cryofeldanordnung als auch als eine Cryopumpoberfläche für Gase,
die bei höherer
Temperatur sieden, wie Wasserdampf. Dieses Feld umfaßt eine
kreisförmige Anordnung
von konzentrischen Jalousien und Chevrons bzw. Zickzackleisten 72,
die durch eine speichenartige Platte 74 verbunden sind.
Die Konfiguration dieses Cryofelds 70 braucht nicht auf
kreisförmige,
konzentrische Komponenten beschränkt
zu sein; aber es sollte so eingerichtet sein, daß es als ein Strahlungswärmeschirm
und ein Höhertemperatur-Cryopumpfeld
dient, während
es einen Weg für Gase
mit niedrigerer Siedetemperatur zu dem primären Cryofeld vorsieht.
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Wie in den 1 und 3 veranschaulicht
ist, ist ein Druckentspannungsventil 76 durch ein Kniestück 78 mit
dem Vakuumbehälter 20 verbunden.
An der anderen Seite des Motors und des Elektronikgehäuses 26 ist,
wie in 3 veranschaulicht
ist, ein elektrisch betätigtes
Entleerungs- bzw. Reinigungsventil 80 durch ein vertikales
Rohr 82 an dem Gehäuse 20 angebracht.
Außerdem
ist ein elektrisch betätigtes
Vorvakuumventil 84 durch das Rohr 82 mit dem Gehäuse 20 verbunden.
Das Ventil 84 ist durch ein Kniestück 85 mit dem Rohr 82 verbunden.
Schließlich
ist ein Thermoelement-Vakuumdruckmeßgerät 86 mit dem Inneren
der Kammer 20 durch das Rohr 82 verbunden.
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Weniger konventionell in der Cryopumpe
ist eine in 2 veranschaulichte
Heizeranordnung 69. Die Heizeranordnung umfaßt ein Rohr,
welches elektrische Heizeinheiten hermetisch abdichtet. Die Heizeinheiten
heizen die erste Stufe durch eine Heizerhalterung 71 und
eine zweite Stufe durch eine Heizerhalterung 73.
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Der Kältemaschinenmotor 40,
die Cryofeldheizeranordnung 69, das Entleerungs- bzw. Reinigungsventil 80 und
das Vorvakuumventil 84 werden alle mittels des Elektronikbausteins
gesteuert bzw. geregelt. Außerdem überwacht
der Baustein die mittels der Temperatursensoren 58 und 60 detektierte Temperatur
und den durch das TE-Druckmeßgerät 86 abgefühlten Druck.
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Um einen Partialregenerationsprozeß zu steuern
bzw. regeln, ist das Elektronikmodul so programmiert, wie in 4 veranschaulicht ist. Anfänglich arbeitet
die Cryopumpe normal im Zustand 100, wobei die Temperatur
der zweiten Stufe etwa 12K ist. Um den Partialregenerationsvorgang
einzuleiten, öffnet
das System das Entleerungs- bzw. Reinigungsventil, um einen Stoß eines
warmen Stickstoffreinigungsgases einzuleiten, und schaltet den Heizer'an der
ersten und zweiten Stufe ein. Die cryogene Kältemaschine fährt fort,
zu arbeiten, aber ihre Kühlwirkung
wird durch die angewandte Wärme
teilweise überwunden.
Die Reinigung wird während
einer anfänglichen
Zeitdauer von z.B. zwei Minuten aufrechterhalten.
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Die erste Stufe wird erwärmt auf
und bei etwa 110K gehalten, um eine Ansammlung von verflüssigten
Gasen darauf, nachdem die Gase von der zweiten Stufe freigelassen
worden sind, zu minimieren. Die Temperatur der ersten Stufe wird
genügend niedrig
gehalten, um ein Freilassen von Wasserdampf von derselben zu vermeiden.
Der Temperatureinstellpunkt der zweiten Stufe wird auf ein Niveau zwischen
175K und 200K eingestellt. Die zweite Stufe wird auf größer als
175K erhitzt und dort während des
Vorvakuumpumpens gehalten, um eine Kontamination des Adsorptionsmittels
mit Gasen, wie Stickstoff und Argon, zu minimieren. Die zweite Stufe
wird auf weniger als 200K gehalten, um die Herabkühlungszeit
zu verkürzen.
Ein bevorzugter Temperatureinstellpunkt ist 190K.
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Die erste Phase des Regenerationsprozesses
ist eine Schleife 104, während welcher der Heizer der
zweiten Stufe die 190K-Temperatur
aufrechterhält,
aber die Gesamtwärmeeingabe
wird durch periodisches Anwenden von Stößen des Reinigungsgases periodisch
gemacht. Um die partielle Regeneration in der kürzestmöglichen Zeit zu bewerkstelligen, wird
das Reinigungsgas nur so viele Male gepulst, wie zum Abgeben des
Gases aus dem Adsorptionsmittel erforderlich ist. Demgemäß wird nach
jedem Stoß ein
Leerheitstest mit Öffnen
des Vorvakuumventils ausgeführt.
Wenn der Test fehlschlägt,
wird ein zusätzlicher
Wärmeimpuls
angewandt, um das übrige
Gas zu entfernen. Durch dieses Verfahren wird nur genug Wärme eingegeben
und genug Zeit aufgewandt, um den Betrag an Gas, der auf der zweiten
Stufe absorbiert oder kondensiert ist, aus der Cryopumpe zu entfernen.
In Abhängigkeit
von der Menge der Gase, die auf der zweiten Stufe kondensiert oder
adsorbiert sind, wird sich das System typischerweise ein- bis sechsmal
periodisch wiederholen, bevor es den Leerheitstest besteht.
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Spezieller ist es so, daß in der
Schleife 104 die Reinigung bei 106 ausgeschaltet
wird. Das System verweilt dann für
etwa 60 Sekunden, um eine weitere Erhitzung der zweiten Stufe durch
Leitung zu ermöglichen.
Dann wird das Vorvakuumventil bei 108 geöffnet, um die Cryopumpenkammer
zu evakuieren. Wenn das Vorvakuumventil geöffnet ist, prüft das System
bei 110, um zu bestimmen, ob der Druck auf weniger als
1000 Mikron während
einer Vorvakuumpumpzeit von etwa 150 Sekunden abgefallen ist. Wenn
die Materialien auf der Anordnung der zweiten Stufe adsorbiert oder
kondensiert bleiben, fahren die Gase fort, sich aus der erhitzten
zweiten Stufe auszuscheiden, und verhindern eine schnelle Druckverminderung
beim Vorvakuumpumpen.
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Selbst wenn alles Material aus der
zweiten Stufe freigegeben worden ist, kann es sich weiter in flüssiger Form
auf der ersten Stufe oder sogar auf dem Cryopumpenbehälter vereinigen.
Fortgesetztes Heizen der Anordnung der zweiten Stufe beeinflußt die Verdampfung
jener Flüssigkeiten
nicht sehr, trotzdem wird das Vorhandensein der Flüssigkeiten
das Vorvakuumpumpen verzögern.
Tatsächlich
kann der schnelle Druckabfall beim Öffnen des Vorvakuumventils
ein Wiedergefrieren der gekühlten
Flüssigkeit bewirken,
wodurch die Zeit wesentlich erhöht
wird, welche für
die Vorvakuumpumpe erforderlich wäre, um eine Sublimation oder
Verdampfung, um den Druck zu vermindern, zu bewirken.
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Wenn Flüssigkeit oder Feststoff von
der Anordnung der zweiten Stufe auf der zweiten Stufe zurückbleibt
oder sich irgendwo in der Cryopumpe vereinigt, wird das Vorvakuumpumpen
auf einem Druckplateau aufgehalten werden. Das Niveau von jenem Plateau
hängt von
dem betreffenden Fluid ab und kann mehrere Male höher als
das 1000 Mikron-Testniveau sein. Jedoch ist das 1000 Mikron-Niveau deutlich
unter jedem Plateau, das erfahren werden würde und innerhalb von 150 Sekunden
des Vorvakuumpumpens erreicht werden sollte, wenn die Cryopumpe
genügend
leer ist.
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Wenn bei 110 der Druck nicht
auf 1000 Mikron abgefallen ist, wird festgelegt, daß die Cryopumpe
nicht genügend
leer ist. Das Vorvakuumventil wird bei 112 geschlossen,
und das Reinigungsventil wird während
20 Sekunden geöffnet.
Das Einleiten des Reinigungsgases bei etwa atmosphärischem
Druck erleichtert eine prompte Verdampfung von irgendwelcher vereinigter
Flüssigkeit
wie auch ein weiteres Freigeben von kondensierten und adsorbierten
Gasen. Nach jenem Stoß von
Reinigungsgas wiederholt sich das System durch das thermische Verweilen
bei 106 und das Öffnen
des Vorvakuumventils bei 108 mit dem Leerheitstest bei 110 periodisch.
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Wenn das System einmal den Leerheitstest bei 110 besteht,
wird das Vorvakuumventil bei keiner weiteren Reinigung offengelassen.
Es wird fortgefahren, Wärme
auf die zweite Stufe anzuwenden, um die Temperatur der zweiten Stufe
auf 190K zu halten. Diese Rekonditionierungsphase des Partialregenerationsprozesses
geht weiter, bis die zweite Stufe auf 190K erhitzt und der Druck
auf 500 Mikron vermindert ist, wie durch die Überprüfung 114 angegeben.
Wenn jene Grenzen einmal erreicht worden sind, werden die Heizer
bei 116 ausgeschaltet, wobei das Vorvakuumventil offengelassen
wird. Bei nun kühlenden
Cryofeldern und dem evakuierenden Vorvakuumventil überprüft das System
bei 118, ob eine Verminderung im Druck auf einen Basisdruck,
wie 50 Mikron, vorzugsweise in dem Bereich von 25 bis 250 Mikron, vorhanden
ist. Das Vorvakuumventil wird dann bei 120 geschlossen.
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Der Basisdruck, bei welchem das Vorvakuum
geschlossen wird, wird durch das spezielle System bestimmt. Allgemein
wird der Druck auf ein so niedriges Niveau reduziert, wie es möglich ist,
ohne eine Kontamination des Adsorptionsmittels durch Öl, das von
der Vorvakuumpumpe zurückströmt, zu riskieren.
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Die Temperatur der zweiten Stufe
kann auf 190K aufrechterhalten werden, bis der Druck auf den Basisdruck
reduziert ist, aber eine solche Methode erhöht die Herabkühlzeit und
demgemäß die Zeit
des gesamten Partialregenerationsprozesses. Es ist gefunden worden,
daß eine
Verminderung auf nur 500 Mikron vor dem Ausschalten der Heizer ein
guter Kompromiß ist.
Tatsächlich
sind unter Verwendung des beschriebenen Vorvakuumpumpvorgangs zehn aufeinanderfolgende
Partialregenerationsvorgänge ohne
irgendeine Änderung
in der Wasserstoffpumpkapazität
des Adsorptionsmittels laufengelassen worden.
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Aufgrund von fortgesetztem internen
Ausgasen steigt der Cryopumpeninnendruck selbst dann, wenn die Cryopumpe
herabzukühlen
fortfährt.
Jener Druck verlangsamt das Wiederkühlen und kann hoch genug ansteigen,
um das Wiederkühlen
der Cryopumpe zu verhindern. Um diese Erhöhung im Druck aufgrund des
Ausgasens zu verhindern, kann das Vorvakuumventil zwischen Grenzen
in der Nähe
des Basisdrucks bei 122 periodisch betätigt werden. Demgemäß wird,
wenn der Druck auf 10 Mikron über den
Basisdruck ansteigt, das Vorvakuumventil geöffnet, um den Druck zurück auf den
Basisdruck herabzuziehen. Dieses hält den Druck auf einem akzeptablen
Niveau und sieht außerdem
ein weiteres Konditionieren des Adsorptionsmittels durch Entfernen
von zusätzlichem
Gas vor. Diese Methode des periodischen Betätigens des Vorvakuurnventils
kann auch auf das Vorvakuumpumpen nach der vollen Regeneration angewandt
werden.
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Wenn die Temperatur der zweiten Stufe
einmal 17K erreicht hat, ist der Partialregenerationsvorgang bei 124 vollständig.
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5 veranschaulicht
ein Netzwerk von Cryopumpen, von denen jede eine solche ist, wie
bisher beschrieben. In den Leitungen 180, welche die Cryopumpen
verbinden, sind die Heliumleitungen und Leistungsleitungen zum Verteilen
von Helium und Leistung von einer Kompressoreinheit 182 her
enthalten. Außerdem
sind in den Leitungen 180 Synchron-Leistungssteuerung-(SDLC)-Übertragungsverbindungsleitungen
mit mehreren Stationen enthalten, welche die Cryopumpen durch Netzwerkkommunikationsanschlüsse verbinden.
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Alle Netzwerkkommunikationen werden durch
einen Netzwerkschnittstellenterminal gesteuert, welcher durch einen
RS 232 Anschluß mit
einer Systemsteuer- bzw. -regeleinrichtung 186 in Verbindung sein
kann. Obwohl der Netzwerkschnittstellenterminal die vielen Cryopumpen
steuert bzw. regelt, würde
die Systemsteuer- bzw. -regeleinrichtung 185 für alle Verarbeitung,
in z.B. einem Halbleiterfabrikationssystem, verantwortlich sein.
Der Netzwerkschnittstellenterminal kann auch mit einem Gastcomputer
durch ein Modem 188 kommunizieren. Durch entweder das Modem 188 oder
den RS 232 Anschluß kann
das Netzwerkschnittstellenterminal dazu verwendet werden, irgendeine
der in dem Netzwerk verbundenen Cryopumpen zu rekonfigurieren.
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9 veranschaulicht
sieben Cryopumpen, die in zwei Gruppen verbunden sind. Die Cryopumpen
A1, A2 und A3 sind durch eine Sammelleitung 190 mit einer
gemeinsamen Vorvakuumpumpe 192 verbunden. Die Cryopumpen
B1, B2, B3 und B4 sind durch eine Sammelleitung 194 mit
einer gemeinsamen Vorvakuumpumpe 196 verbunden. Bei der
Verbindung von mehreren Cryopumpen mit einer einzigen Vorvakuumpumpe
ist es wichtig, daß nicht
zwei Vorvakuumventile geöffnet
werden, um Cryopumpen bei unterschiedlichen Drücken auf einmal mit einer gemeinsamen
Vorvakuumpumpe zu verbinden. Anderenfalls würde das in einer Cryopumpe
erhaltene Vakuum verlorengehen, wenn eine folgende Cryopumpe mit
der Sammelleitung 190 verbunden würde, und es würde eine
Querkontamination resultieren.
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In einem Steuer- bzw. Regelsystem,
das in dem US-Patent 5 176 004 dargestellt ist, erlaubte das Netzwerkschnittstellenterminal 184 nur
den Zugang einer einzigen Cryopumpe zu einer Vorvakuumpumpe auf
einmal. Das verhinderte eine Querkontamination der Cryopumpen, aber
ein Nachteil jener Methode besteht darin, daß sie nicht die schnellste
Regeneration von mehreren Pumpen vorsieht, da die Pumpen nicht gleichzeitig
vorvakuumgepumpt werden können.
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Es ist jedoch möglich, es den mehreren Cryopumpen
zu ermöglichen,
ihre Vorvakuumventile gleichzeitig zu öffnen. Jedoch muss dann, um
eine Querkontamination zu vermeiden, das Netzwerkschnittstellenterminal 184 sicherstellen,
daß alle
Cryopumpen in der gleichen Phase des Regenerationsprozesses sind.
Demgemäß werden
alle Cryopumpen so gelenkt bzw. geleitet, daß sie den Partialregenerationsprozeß zur gleichen
Zeit beginnen, so daß die
Vorvakuumventile während
der Anfangsphase der Regeneration gleichzeitig bei 108 öffnen. Da
die Cryopumpen alle in Synchronisation arbeiten, wird jede anfänglich auf
etwa atmosphärischem
Druck sein, wenn die Vorvakuumventile öffnen, und die Vorvakuumpumpe
wird die drei Pumpen gleichzeitig herabziehen. Wenn alle Pumpen
bei etwa dem gleichen Druck sind, wird es keine Querkontamination
geben. Die Anzahl von Malen, die das System dann durch die Schleife 104 fortfährt, wird
durch die Cryopumpe bestimmt, welche die meisten Reinigungszyklen
erfordert. Alle mit einer gemeinsamen Sammelleitung verbundenen
Cryopumpen werden wiedergereinigt und vorvakuumgepumpt, bis alle
den Leerheitstest bei 110 bestehen. Bis zum Schließen der
Vorvakuumventile bei 120 fahren danach alle mit der Sammelleitung
verbundenen Cryopumpen fort, auf dem gleichen Druck zu bleiben.
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Während
der periodischen Betätigung
des Vorvakuumventils bei 122, um den Druck auf etwa dem
Basisdruck zu halten, werden die Vorvakuumventile nicht in einer
Sicherungsstufe gehalten. Irgendwelche Ventile, welche während dieser
Zeitdauer öffnen, öffnen zu
Kammern, die innerhalb von 10 Mikron in Bezug aufeinander sind.
Ein 10 Mikron-Druckdifferential stellt kein Querkontaminationsbesorgnis
dar, wenn die Vorvakuumpumpe zu ziehen fortfährt.
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Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf
bevorzugte Ausführungsformen
derselben speziell gezeigt und beschrieben worden ist, versteht
es sich für
jene, die auf dem Fachgebiet erfahren sind, daß verschiedene Änderungen
in der Form und in den Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne
von dem Geist und Bereich der Erfindung abzugehen, wie sie durch
die beigefügten
Ansprüche definiert
ist.