WO2010034634A1 - Refrigeration apparatus - Google Patents

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WO2010034634A1
WO2010034634A1 PCT/EP2009/061848 EP2009061848W WO2010034634A1 WO 2010034634 A1 WO2010034634 A1 WO 2010034634A1 EP 2009061848 W EP2009061848 W EP 2009061848W WO 2010034634 A1 WO2010034634 A1 WO 2010034634A1
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WO
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carbon particles
carbon
metal
alloys
substrate
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PCT/EP2009/061848
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lothar Siegert
Christine TÄSCHNER
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V.
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Publication date
Application filed by Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh, Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. filed Critical Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
Publication of WO2010034634A1 publication Critical patent/WO2010034634A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/02Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by absorption or adsorption
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B37/04Selection of specific absorption or adsorption materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B37/08Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

Definitions

  • the present invention relates to a device for the condensation and / or adsorption of gases, a method for producing such a device, and a cryopump comprising such a device.
  • a cryopump is a gas-binding vacuum pump in which the gases condense on frozen surfaces and / or adsorb to deep-frozen sorbents (solid or condensate). The condensate and / or adsorbate is maintained at a temperature at which the equilibrium vapor pressure is equal to or less than the desired low pressure in the vacuum chamber.
  • the cryopump works in the area of high vacuum and ultrahigh vacuum.
  • Cryo groups are only those vacuum pumps operating in the range of less than 120 K. The selected temperature depends on the type of gas to be pumped off.
  • Condensation pumps operating at higher temperatures are referred to simply as steam condensers or as condensers.
  • the capacity of a cryopump is limited because the pumped gas remains bound to the cold surface. In high and ultra-high vacuum, the current main field of application of the cryopump, this is not a disadvantage because of the small amount of gas produced. Undoubtedly, however, the application of low temperatures for vacuum processes at higher pressures will become increasingly important. For short pumping times, the limited capacity of a cryopump may not be disturbing. However, continuous operation at pressures p ⁇ ICT 2 Pa is only possible with regular regeneration of the pump, the regeneration period is determined by the gas attack in the pump and is the shorter the more gas the cryopump must bind.
  • cryotrapping is understood to mean the condensation of a lower-boiling, and accordingly less condensable, gas in admixture with another, higher-boiling gas.
  • cryosorption the lower-boiling gas is deposited on a condensate layer deposited prior to the start of the pumping process termed by cryosorption.
  • Activated carbon generally has a higher adsorption capacity, measured in Pa m 3 per kg of adsorbent, than the molecular sieves (RA Haefer: "Cryo-Vacuum Technology, Basics and Applications", Springer Verlag 1981), under normal conditions Preferred molecular sieves.
  • the gas storage capacity at cryogenic temperatures is greater, the greater the active surface of the activated carbon and the lower the temperature of the carbon particles, usually less than about 50 K.
  • the gas occupancy takes place in monolayers on the carbon.
  • the problem underlying the present invention is achieved in a first embodiment by a device for the condensation and / or adsorption of gases, in particular in a high vacuum, thereby characterized in that nanostructured carbon particles, which are obtained in particular by means of CVD or plasma CVD method, heat-conducting with a cold reservoir, which in particular has a temperature of ⁇ 20 K, are connected.
  • the state-of-the-art process technology used in the bonding of activated carbon granulate uses an adhesive with a thermal conductivity of only 1.1 to 1.4 W / m * K on copper sheet with about 400 W / m * K. This results in a significant loss in the heat transfer from the copper sheet over the glue on the activated carbon.
  • Direct deposition of nanostructures has the significant advantage of directly depositing on copper sheet (or other specified substrate materials) with high thermal conductivity a layer that has very high thermal conductivity and thus provides direct heat transfer between highly thermally conductive materials ,
  • Nanostructured particles in the context of the present invention are preferably those which have an average particle diameter of from 1 to 100 nm, more preferably from 1 to 50 nm and an average particle length of from 1 .mu.m to a few 1000 .mu.m, preferably from 10 .mu.m to 1000 .mu.m. These are preferably applied directly to the substrate of the cold reservoir by means of OJD or plasma CVD.
  • a cold reservoir means a sufficiently large supply of a substance which, if released to the nanostructured carbon particles (ie heat absorption by them), its temperature - if at all - only changes by a few degrees, preferably by less than 3 K, more preferably by less than 1 K 7 .
  • the terms "cooling output” and “heat emission” again refer to the cooling or heat flows occurring during normal operation of the device according to the invention - the cold / heat peaks occurring during their startup (eg when starting up a cryopump) should preferably not be included be.
  • Conductive means, in view of the bond between the nanostructured carbon particles and the cold reservoir, that it allows temperature equilibration between the two at a sufficient rate, the term “compound” encompassing all materials that are nano-structured in a cold / heat conduction Carbon particles are (have to) pass to the cold reservoir.
  • a temperature compensation with sufficient speed preferably results when the thermal conductivity ⁇ of the compound is> 1 W / (mx K), in particular> 10 W / (mx K), in each case based on the temperature of the cold reservoir.
  • the thermal conductivity is of little significance
  • the nanostructured carbon particles are subjected to very little thermal stress, and where there is no continuous heat flow, no significant temperature difference is created by heat transfer.
  • the initial cooling mass of the nanostructured carbon particles is greater than the mass of the "cold reservoir".
  • gasses are gaseous substances under normal conditions ( 20.degree. C., 1013 mbar) understood, ie in particular the components of the air, such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, noble gases, methane, hydrogen.
  • the nanostructured carbon particles are preferably arranged with respect to the cold reservoir such that condensation and / or adsorption of gases can only occur on the nanostructured carbon particles, i. H. in other words, that access of gases to the cold reservoir is preferably prevented.
  • the cold reservoir preferably has a temperature of ⁇ 20 K.
  • a decrease in the temperature of the cold surface or the nanostructured carbon particles, on which the condensation and / or adsorption of the gases is to take place is accompanied by an increase in the suction power.
  • Lower temperatures of the cold reserver are therefore preferred.
  • Nanostructured carbon particles have a comparably large active surface in comparison to various activated carbon variants, in each case based on their masses. However, due to the structure of the nanostructured carbon particles, which is much finer and more open to the vacuum space than an activated carbon macroparticle, an improved adsorption mechanism results. Thus, nanostructured carbon particles are capable of condensing and / or adsorbing a much larger amount of gas.
  • Known activated carbon surfaces are cumbersome, bulky and usually executable only in one layer within a cryopump or a Vakuumrez ⁇ pienten. With a nanostructured carbon particle coated tape or thin sheet metal can fill the limited volume much better, adhesion of the nanostructured carbon particles is given even with subsequent bending.
  • the nanostructured carbon particles are preferably selected from the group consisting of single-walled nanotubes (SWNTs), multi-walled nanotubes (MWNTs), carbon fibers, carbon layers (comprising nanostructured carbon particles), carbon nanotubes. Slats or fullerenes.
  • the nanostructured carbon particles are applied to a substrate via which the nanostructured carbon particles are heat-conductively connected to the cold reservoir.
  • the (support) substrate preferably comprises at least 600 ° C. temperature-resistant metallic and / or ceramic materials selected from the group comprising: Molybdenum; Tungsten; Stainless steel alloys; Nickel; Nickel alloys; Iron; Iron alloys; Cobalt; Cobalt alloys; Copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys; Al 2 O 3 ; Si 3 N 4 ; Carbon fiber composite materials; Glass fiber composite materials; Composite materials of glass, ceramics or metal.
  • the deposition of nanostructured carbon particles by the CVD method is carried out at relatively high temperatures from at least 600 0 C.
  • the substrate is a metal, a metal band, a composite material (for example carbon fiber reinforced materials) or a ceramic.
  • Good thermal conductivity is advantageous because it represents at least part of the above-mentioned connection between nanostructured carbon particles and cold reservoir.
  • At least one additional wholly or partially covered layer of metal / s, metal nitride (s) and / or metal oxide (s) is present between the substrate and the nanostructured carbon particles.
  • Such an intermediate layer which essentially has nucleation or adhesion promoter functions, is particularly preferred inasmuch as it is suitable for the formation of (specific) nanostructured carbon particles in the preparation / application or for a firm and stable connection to the nanostructured nanopatterns applied to the substrate Carbon particles ensures.
  • such intermediate layers may also have anti-corrosion properties for the underlying substrate material.
  • the nanostructured carbon particles 1 can comprise or even consist entirely of one or more-walled carbon nanotubes, carbon fibers, carbon layers, carbon powders, carbon fins or fullerenes.
  • the optional intermediate layer 2 essentially has nucleation. Adhesion promoter properties and / or used for corrosion protection of the substrate 3.
  • the intermediate layer 2 comprises at least one metal, metal nitride and / or metal oxide.
  • a typical example in this context is a nickel layer for corrosion inhibition of the underlying substrate 3.
  • the substrate 3 must be connected to the cold generator, usually the thermal contact surface of a cold head 5, which in turn good thermally conductive contact layers 4, such as indium, indium or the like good thermally conductive and surface roughening balancing soft material may find application.
  • a second type of embodiment of the device according to the invention is characterized in that the nanostructured carbon particles are arranged in a container which has a discharge protection preventing the outlet of the nanostructured carbon particles from the container and a gas inlet opening.
  • the nanostructured carbon particles are preferably sintered, pressed or compacted while retaining at least 80%, more preferably at least 90%, of their porosity. In this way, can be accommodated in the container amount of nanostructured carbon particles and thus in total the Condensation and / or adsorption significantly increase the available surface area.
  • Both the outlet protection and the gas inlet opening are preferably formed in a single membrane, such that their pores, although permeable to the gases to be condensed and / or adsorbed, are impermeable to the nanostructured carbon particles.
  • the container 10 in Figure 2 may be configured in any shape (cylindrical, cubic, etc.) with the gas inlet opening 13 connected to the exit guard 11 to prevent the nanostructured carbon particles 12 from escaping from the container.
  • the container is brought into thermal contact on at least one side surface with the quill head contact surface.
  • the container 14 has a gas-permeable membrane 15 for the gases to be bound to the nanostructured carbon particles.
  • the pore size of the membrane 15 is selected so that, although the gas particles, but not the nanostructured carbon particles can pass. In this way, a gas inlet into the container is made possible, however, the escape of nanostructured carbon particles prevented.
  • One or more containers can be thermally and mechanically coupled to the cold head, whereby an indirect coupling over a plurality of container levels is also possible.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for producing such a device, which is characterized in that nanostructured carbon particles are brought into contact with a cold reservoir.
  • the direct application of the carbon particles to the substrate makes it possible to dispense with adhesion promoters, for example adhesives or similar matrices.
  • adhesion promoters for example adhesives or similar matrices.
  • the nano Modelllerten carbon particles are preferably applied by CVD or plasma CVD method to the optionally at least one additional wholly or partially coated layer of metal / s, metal nitride / s and / or metal oxide / s having substrate.
  • nanostructured Kohlenstoffteiichen further doping and / or catalyst compounds applies, in particular Li, Ti, Fe, Cu, Cr, Co and / or Ni compounds, By such compounds or elements is the Training of specific nanostructures favors or causes or increases the speed of education overall.
  • cryopump which comprises a device according to the invention as described above.

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for the condensation and/or adsorption of gases, particularly in a high vacuum, characterized in that nano-structured carbon particles obtained in particular by way of a CVD or plasma CVD method are connected in a heat-conducting manner to a refrigeration reservoir, which in particular has a temperature of = 20 K.

Description

Kältevorrichtung A refrigeration system
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensation und/oder Adsorption von Gasen, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie eine Kryopumpe, die eine derartige Vorrichtung umfasst.The present invention relates to a device for the condensation and / or adsorption of gases, a method for producing such a device, and a cryopump comprising such a device.
Es ist seit langem bekannt, dass Gase und Dämpfe an gekühlten Flächen gebunden werden. Während dieser Effekt praktisch seit seiner Entdeckung zur Vakuumverbesserung genutzt wurde (Kühlfallen, Baff I es), hat die Vakuumerzeugung mit Hilfe tiefgekühlter Flächen, also mit Kyropumpen, erst seit 1957 zunehmendes Interesse gefunden (K. Jousten: „Wutz Handbuch Vakuumtechnik, Theorie und Praxis", Vieweg Verlag 2004).It has long been known that gases and vapors are bound to cooled surfaces. While this effect has been used practically since its discovery for vacuum improvement (cold traps, Baff I es), vacuum generation using cryogenic surfaces, that is, with cryopumps, has only gained increasing interest since 1957 (K. Jousten: "Wutz Manual Vacuum Technology, Theory and Practice ", Vieweg Verlag 2004).
Nach DIN 28400, Teil 2 ist „eine Kryopumpe eine gasbindende Vakuumpumpe, in der die Gase an tiefgekühlten Flächen kondensieren und/oder an tiefgekühlten Sorptionsmitteln (Festkörper oder Kondensat) adsorbieren. Das Kondensat und/oder Adsorbat wird auf einer Temperatur gehalten, bei der der Gleichgewichtsdampfdruck gleich oder geringer ist als der gewünschte niedrige Druck in der Vakuumkammer. Die Kryopumpe arbeitet im Bereich des Hochvakuums und des Ultrahochvakuums." Als Kryogruppen gelten nur solche Vakuumpumpen, die im Bereich von weniger als 120 K arbeiten. Die gewählte Temperatur hängt von der Art des abzupumpenden Gases ab.According to DIN 28400, Part 2, "a cryopump is a gas-binding vacuum pump in which the gases condense on frozen surfaces and / or adsorb to deep-frozen sorbents (solid or condensate). The condensate and / or adsorbate is maintained at a temperature at which the equilibrium vapor pressure is equal to or less than the desired low pressure in the vacuum chamber. The cryopump works in the area of high vacuum and ultrahigh vacuum. " Cryo groups are only those vacuum pumps operating in the range of less than 120 K. The selected temperature depends on the type of gas to be pumped off.
Kondensationspumpen, die bei höheren Temperaturen arbeiten, werden als Dampfkondensatoren oder als Kondensatoren schlechtweg bezeichnet.Condensation pumps operating at higher temperatures are referred to simply as steam condensers or as condensers.
Die Kapazität einer Kryopumpe ist begrenzt, weil das abgepumpte Gas auf der Kaltfläche gebunden bleibt. Im Hoch- und Ultrahochvakuum, dem derzeitigen Hauptanwendungsgebiet der Kryopumpe, ist dies wegen der geringen anfallenden Gasmengen kein Nachteil. Zweifellos wird aber die Anwendung von tiefen Temperaturen für Vakuumprozesse bei höheren Drücken zunehmende Bedeutung erlangen. Bei kurzen Pumpzeiten ist die begrenzte Kapazität einer Kryopumpe unter Umständen auch dann nicht störend. Dauerbetrieb ist bei Drücken p < ICT2 Pa jedoch nur bei regelmäßiger Regenerierung der Pumpe möglich, die Regenerierperiode wird durch den Gasanfall in der Pumpe bestimmt und ist umso kürzer, je mehr Gas die Kryopumpe binden muss.The capacity of a cryopump is limited because the pumped gas remains bound to the cold surface. In high and ultra-high vacuum, the current main field of application of the cryopump, this is not a disadvantage because of the small amount of gas produced. Undoubtedly, however, the application of low temperatures for vacuum processes at higher pressures will become increasingly important. For short pumping times, the limited capacity of a cryopump may not be disturbing. However, continuous operation at pressures p <ICT 2 Pa is only possible with regular regeneration of the pump, the regeneration period is determined by the gas attack in the pump and is the shorter the more gas the cryopump must bind.
Bei der Bindung von Gasen an Kaltflächen werden verschiedene Mechanismen wirksam. Neben der Kondensation treten Kryotrapping und Kryosorption auf. In der Praxis ist es oft nicht möglich, diese Mechanismen klar zu trennen. Unter Kryotrapping versteht man die Kondensation eines tiefersiedenden, und dementsprechend schwerer kondensierbaren Gases im Gemisch mit einem anderen, höhersiedenden Gas. Bei der Kryosorption wird das tiefersiedende Gas an einer vor Beginn des Pumpvorganges niedergeschlagenen Kondensatschicht eines höhersiedeπden Gases oder an einem gekühlten festen Adsorptionsmittel gebunden.In the binding of gases to cold surfaces, various mechanisms are effective. Besides condensation, cryotrapping and cryosorption occur. In practice, it is often not possible to clearly separate these mechanisms. Cryotrapping is understood to mean the condensation of a lower-boiling, and accordingly less condensable, gas in admixture with another, higher-boiling gas. In cryosorption, the lower-boiling gas is deposited on a condensate layer deposited prior to the start of the pumping process höhersiedeπden gas or bound to a cooled solid adsorbent.
Das Hauptproblem bei der Anwendung fester Adsorbentien (Molekularsiebe, Aktivkohle) zur Druckerniedrigung im Hoch- und Ultrahochvakuum durch Kryosorption ist die Wärmeübertragung vom Adsorbens an die Kaitfläche. Da bei niedrigen Drücken die Wärmeleϊtung durch das zu pumpende Gas vernachlässigbar klein wird, kann die Abkühlung nur durch Wärmeleitung im Adsorbens selbst erfolgen. Hierzu ist eine gut wärmeleitende Kontaktierung des Adsorbens mit der Kaltfläche erforderlich, die meist durch Kleben hergestellt wird. Die Auswahl eines geeigneten Klebemittels muss sichergestellt werden. Das Adsorptionsmϊttei muss vor dem Abkühlen der Apparatur so weit wie möglich durch Ausheizen entgast werden. In der Tieftemperaturtechnologie dürfte diese Methode der Kryosorption zunehmende Bedeutung erlangen.The main problem in the application of solid adsorbents (molecular sieves, activated carbon) to reduce the pressure in the high and ultra high vacuum by cryosorption is the heat transfer from the adsorbent to the Kaitfläche. Since at low pressures the Wärmeleϊtung by the gas to be pumped is negligible, the cooling can be done only by heat conduction in the adsorbent itself. For this purpose, a good heat-conducting contact of the adsorbent with the cold surface is required, which is usually made by gluing. The selection of a suitable adhesive must be ensured. The Adsorptionsmϊttei must be degassed as far as possible by heating before cooling the apparatus. In cryogenic technology, this method of cryosorption is expected to become increasingly important.
Ais Adsorptionsmittel zur Vakuumerzeugung haben sich die seit langem bekannte Aktivkohle sowie die Molekularsiebe 4A, 5A und 13X besonders bewährt. Aktivkohle hat unter sonst gegebenen Bedingungen im allgemeinen eine höhere Adsorptionskapazität, gemessen in Pa m3 pro kg Adsorbens, als die Molekuiarsiebe (R. A. Haefer: „Kryo- Vakuumtechnik, Grundlagen und Anwendungen", Springer Verlag 1981). Aktivkohle ist also unter gewöhnlichen Umständen gegenüber Molekularsieben bevorzugt.As Adsorptionsmittel for vacuum generation, the long-known activated carbon and the molecular sieves 4A, 5A and 13X have proven particularly useful. Activated carbon generally has a higher adsorption capacity, measured in Pa m 3 per kg of adsorbent, than the molecular sieves (RA Haefer: "Cryo-Vacuum Technology, Basics and Applications", Springer Verlag 1981), under normal conditions Preferred molecular sieves.
Das Gasspeichervermögen bei Kryotemperaturen ist dabei um so größer, je größer die aktive Oberfläche der Aktivkohle ist und je tiefer die Temperatur der Kohlenstoffpartikel ist, üblicherweise weniger als etwa 50 K. Die Gasbelegung erfolgt dabei in Monolagen auf dem Kohlenstoff.The gas storage capacity at cryogenic temperatures is greater, the greater the active surface of the activated carbon and the lower the temperature of the carbon particles, usually less than about 50 K. The gas occupancy takes place in monolayers on the carbon.
Die Herstellung solcher Kaltflächen erfolgt durch Aufkleben von Aktivkohlegranulat, Aktivkohlefeinsplitt und anderen gebundenen Aktivkohlepartikeln, ist jedoch mit einem hohen manuellen Aufwand verbunden. Hinzu kommt, dass die nutzbare Aktivkohleoberfläche teilweise durch den verwendeten Kleber unwirksam wird. Zudem ist man in der Fertigungstechnologie auf ebene oder nur wenig gekrümmte metallische Flächen beschränkt. Der Kleber weist darüber hinaus eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf.The production of such cold surfaces is carried out by sticking of activated carbon granules, activated carbon fine chippings and other bonded activated carbon particles, but is associated with a high manual effort. In addition, the usable carbon surface is partially ineffective by the adhesive used. In addition, manufacturing technology is limited to flat or only slightly curved metallic surfaces. The adhesive also has poor thermal conductivity.
Neben einer Vereinfachung eines solchen Herstellungsverfahrens bzw. der Bereitstellung eines einfacheren Alternativ Verfahrens ist es wünschenswert, die Oberfläche des eingesetzten Adsorbens weiter zu vergrößern, um entsprechend größere Gasmengen adsorbieren und/oder kondensieren zu können.In addition to simplifying such a production process or providing a simpler alternative process, it is desirable to further increase the surface area of the adsorbent used in order to be able to adsorb and / or condense correspondingly larger amounts of gas.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einem solchen Adsorbens bereitzustellen, welches bezogen auf die Massen des Adsorbens eine (wesentlich) größere Oberfläche aufweist, als dies bei der Verwendung verschiedener Aktivkohlevarianten des Standes der Technik der FaM ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a device with such an adsorbent, which has a (substantially) larger surface area, based on the masses of the adsorbent, than is the case with the use of various activated carbon variants of the prior art of the FaM. Moreover, it is an object of the present invention to provide the simplest possible method for producing such a device.
Gelöst wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in einer ersten Ausführungsform durch eine Vorrichtung zur Kondensation und/oder Adsorption von Gasen insbesondere im Hochvakuum, dadurch gekennzeichnet, dass nanostrukturierte Kohlenstoffteilchen, welche insbesondere mittels CVD- oder Plasma-CVD Verfahren erhalten werden, wärmeleitend mit einem Kältereservoir, welches insbesondere eine Temperatur von < 20 K aufweist, verbunden sind.The problem underlying the present invention is achieved in a first embodiment by a device for the condensation and / or adsorption of gases, in particular in a high vacuum, thereby characterized in that nanostructured carbon particles, which are obtained in particular by means of CVD or plasma CVD method, heat-conducting with a cold reservoir, which in particular has a temperature of <20 K, are connected.
Die Verfahrenstechnik des Standes der Technik beim Aufkleben von Aktivkohlegranulat nutzt einen Kleber mit einer thermischen Leitfähigkeit von nur 1,1 bis 1,4 W/m*K auf Kupferblech mit ca. 400 W/m*K. Damit tritt ein deutlicher Verlust im Wärmeübergang vom Kupferblech über den Kleber auf die Aktivkohle auf.The state-of-the-art process technology used in the bonding of activated carbon granulate uses an adhesive with a thermal conductivity of only 1.1 to 1.4 W / m * K on copper sheet with about 400 W / m * K. This results in a significant loss in the heat transfer from the copper sheet over the glue on the activated carbon.
Die direkte Abscheidung von Nanostrukturen hat den wesentlichen Vorteil, dass auf Kupferblech (oder die anderen angegebenen Substratmaterialien) mit hoher thermischer Leitfähigkeit eine Schicht direkt abgeschieden wird, die eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, und damit ein direkter Wärmeübergang zwischen hoch thermisch leitfähigen Materialien vorhanden ist.Direct deposition of nanostructures has the significant advantage of directly depositing on copper sheet (or other specified substrate materials) with high thermal conductivity a layer that has very high thermal conductivity and thus provides direct heat transfer between highly thermally conductive materials ,
Nanostrukturierte Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei bevorzugt solche, welche einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 100 nm besonders bevorzugt von 1 bis 50 nm und eine mittlere Teilchenlänge von 1 μm bis einige 1000 μm , bevorzugt 10 μm bis 1000 μm aufweisen. Diese werden vorzugsweise mittels OJD- oder Plasma-CVD auf das Substrat des Kältereservoirs direkt aufgebracht.Nanostructured particles in the context of the present invention are preferably those which have an average particle diameter of from 1 to 100 nm, more preferably from 1 to 50 nm and an average particle length of from 1 .mu.m to a few 1000 .mu.m, preferably from 10 .mu.m to 1000 .mu.m. These are preferably applied directly to the substrate of the cold reservoir by means of OJD or plasma CVD.
Unter Kältereservoir wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein ausreichend großer Vorrat eines Stoffes verstanden, der also bei Kälteabgabe an die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen (d.h. Wärmeaufnahme von diesen) seine Temperatur - wenn überhaupt - nur um wenige Grad, bevorzugt um weniger als 3 K, besonders bevorzugt um weniger als 1 K7 ändert. Die Begriffe „Kälteabgabe" und „Wärmeabgabe" beziehen sich dabei wiederum auf die während eines normalen Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftretenden Kälte- bzw. Wärmeströme - die bei deren Inbetriebnahme auftretenden Kälte-/Wärmespitzen (z.B. bei Inbetriebnahme einer Kryopumpe) sollen davon bevorzugt nicht mitumfasst sein.For the purposes of the present invention, a cold reservoir means a sufficiently large supply of a substance which, if released to the nanostructured carbon particles (ie heat absorption by them), its temperature - if at all - only changes by a few degrees, preferably by less than 3 K, more preferably by less than 1 K 7 . The terms "cooling output" and "heat emission" again refer to the cooling or heat flows occurring during normal operation of the device according to the invention - the cold / heat peaks occurring during their startup (eg when starting up a cryopump) should preferably not be included be.
„Wärmeleitend" bedeutet im Hinblick auf die sich zwischen den nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen und dem Kältereservoir befindende Verbindung, dass diese mit hinreichender Geschwindigkeit einen Temperaturausgleich zwischen beiden ermöglicht. Der Begriff „Verbindung" umfasst dabei alle Materialien, die bei einer Kälte- /Wärmeleitung von den nanostrukturierten Kohlenstoffteϊlchen zum Kältereservoir hin passiert werden (müssen)."Conductive" means, in view of the bond between the nanostructured carbon particles and the cold reservoir, that it allows temperature equilibration between the two at a sufficient rate, the term "compound" encompassing all materials that are nano-structured in a cold / heat conduction Carbon particles are (have to) pass to the cold reservoir.
Ein Temperaturausgleich mit hinreichender Geschwindigkeit resultiert bevorzugt dann, wenn die Wärmeleitfähigkeit λ der Verbindung > 1 W/(m x K), insbesondere > 10 W/(m x K) ist, jeweils bezogen auf die Temperatur des Kältereservoirs Die Wärmeleitfähigkeit ist von geringer Bedeutung, da die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen sehr gering thermisch belastet werden, und dort wo kein kontinuierlicher Wärmefluss vorhanden ist, auch keine wesentliche Temperaturdifferenz durch Wärmeübergänge entsteht. Zudem ist die anfangs kühlende Masse der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen größer als die Masse des „Kältereservoirs".A temperature compensation with sufficient speed preferably results when the thermal conductivity λ of the compound is> 1 W / (mx K), in particular> 10 W / (mx K), in each case based on the temperature of the cold reservoir. The thermal conductivity is of little significance The nanostructured carbon particles are subjected to very little thermal stress, and where there is no continuous heat flow, no significant temperature difference is created by heat transfer. In addition, the initial cooling mass of the nanostructured carbon particles is greater than the mass of the "cold reservoir".
Unter Gasen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung bei Normalbedingungen (20 0C, 1013 mbar) gasförmige Substanzen verstanden, d. h. insbesondere die Bestandteile der Luft, wie zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Edelgase, Methan, Wasserstoff.For the purposes of the present invention, gasses are gaseous substances under normal conditions ( 20.degree. C., 1013 mbar) understood, ie in particular the components of the air, such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, noble gases, methane, hydrogen.
Die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen sind in Bezug auf das Kältereservoir bevorzugt so angeordnet, dass eine Kondensation und/oder Adsorption von Gasen nur an den nanostrukturierten Kohienstoffteilchen erfolgen kann, d. h. also mit anderen Worten, dass ein Zutritt von Gasen zum Kältereservoir bevorzugt unterbunden ist.The nanostructured carbon particles are preferably arranged with respect to the cold reservoir such that condensation and / or adsorption of gases can only occur on the nanostructured carbon particles, i. H. in other words, that access of gases to the cold reservoir is preferably prevented.
Bevorzugt weist das Kältereservoir eine Temperatur von < 20 K auf. Wie oben bei der Erläuterung des Standes der Technik erwähnt, geht eine Temperaturerniedrigung der Kaltfläche bzw. der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen, an welcher die Kondensation und/oder Adsorption der Gase erfolgen soll, mit einer Erhöhung der Saugleistung einher. Niedrigere Temperaturen des Kältereservoϊrs sind aus diesem Grunde bevorzugt,The cold reservoir preferably has a temperature of <20 K. As mentioned above in the explanation of the prior art, a decrease in the temperature of the cold surface or the nanostructured carbon particles, on which the condensation and / or adsorption of the gases is to take place, is accompanied by an increase in the suction power. Lower temperatures of the cold reserver are therefore preferred,
Nanostrukturierte Kohlenstoffteilchen weisen im Vergleich zu verschiedenen Aktivkohlevarianten jeweils bezogen auf ihre Massen, eine vergleichbar große aktive Oberfläche auf. Aufgrund der gegenüber einem Aktivkohle-Makroteilchen jedoch wesentlich feineren und zum Vakuumraum offenlϊegenden Struktur der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen ergibt sich ein verbesserter Adsorptionsmechanismus. Somit sind nanostrukturierte Kohlenstoffteilchen zur Kondensation und/oder Adsorption einer wesentlich größeren Gasmenge befähigt. Bekannte Aktivkohlenflächen sind innerhalb einer Kryopumpe bzw. einem Vakuumrezϊpienten unhandlich, sperrig und meist nur in einer Lage ausführbar. Mit einem nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen beschichteten Band oder dünnem Blech kann man das begrenzte Volumen wesentlich besser füllen, eine Haftung der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen ist auch bei nachträglichem Biegen gegeben. Bevorzugt sind die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend einwandige Kohlenstoff- nanoröhren (sog. Single walled nano tubes, SWNT), mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (sog. multi wailed nano tubes, MWNT), Kohlenstofffasern, Kohlenstoffschichten (umfassend nanostrukturierte Kohlenstoffteilchen), Kohlenstoff-Lamellen oder Fullerene.Nanostructured carbon particles have a comparably large active surface in comparison to various activated carbon variants, in each case based on their masses. However, due to the structure of the nanostructured carbon particles, which is much finer and more open to the vacuum space than an activated carbon macroparticle, an improved adsorption mechanism results. Thus, nanostructured carbon particles are capable of condensing and / or adsorbing a much larger amount of gas. Known activated carbon surfaces are cumbersome, bulky and usually executable only in one layer within a cryopump or a Vakuumrezϊpienten. With a nanostructured carbon particle coated tape or thin sheet metal can fill the limited volume much better, adhesion of the nanostructured carbon particles is given even with subsequent bending. The nanostructured carbon particles are preferably selected from the group consisting of single-walled nanotubes (SWNTs), multi-walled nanotubes (MWNTs), carbon fibers, carbon layers (comprising nanostructured carbon particles), carbon nanotubes. Slats or fullerenes.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nun möglich im Hochvakuum bei Drücken p < 1(T2 Pa eine längere Betriebsdauer zu gewährleisten, als dies mit bekannten Pumpen erreichbar ist. Insbesondere kann eine entsprechende Vorrichtung im Bereich der molekularen Gasteilchenströmung in einem Druckbereich < iθ"5 Pa verwendet werden.With a device according to the invention, it is now possible to ensure a longer operating time under high vacuum at pressures p <1 (T 2 Pa) than is achievable with known pumps In particular, a corresponding device in the range of molecular gas particle flow in a pressure range <iθ "5 Pa be used.
Bei der genauen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben sich zwei Varianten als bevorzugt herausgestellt:In the exact embodiment of the device according to the invention, two variants have been found to be preferred:
Bei der ersten Variante sind die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen auf einem Substrat aufgebracht, über welches die nanostrukturierten Kohlenstoffteϊlchen wärmeleitend mit dem Kältereservoir verbunden sind.In the first variant, the nanostructured carbon particles are applied to a substrate via which the nanostructured carbon particles are heat-conductively connected to the cold reservoir.
Bevorzugt umfasst das (Träger-) Substrat dabei mindestens 600 ° C temperaturfeste metallische und/oder keramische Materialien, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Molybdän; Wolfram; Edelstahllegierungen; Nickel; Nickellegierungen; Eisen; Eisenlegierungen; Kobalt; Kobaltlegierungen; Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Alumlniumiegierungen; AI2O3; Si3N4; Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoffe; Glas-Faserverbundwerkstoffe; Verbundwerkstoffe aus Glas, Keramik oder Metail. Die Abscheidung von nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen mit dem CVD-Verfahren erfolgt bei relativ hohen Temperaturen ab mindestens 600 0C.The (support) substrate preferably comprises at least 600 ° C. temperature-resistant metallic and / or ceramic materials selected from the group comprising: Molybdenum; Tungsten; Stainless steel alloys; Nickel; Nickel alloys; Iron; Iron alloys; Cobalt; Cobalt alloys; Copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys; Al 2 O 3 ; Si 3 N 4 ; Carbon fiber composite materials; Glass fiber composite materials; Composite materials of glass, ceramics or metal. The deposition of nanostructured carbon particles by the CVD method is carried out at relatively high temperatures from at least 600 0 C.
Bevorzugt ist das Substrat ein Metall, eine Metallband, ein Verbundwerkstoff (zum Beispiel kohlefaserverstärkte Materialien) oder eine Keramik. Eine gute thermische Leitfähigkeit ist von Vorteil, stellt es doch zumindest einen Teil der oben schon angesprochenen Verbindung zwischen nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen und Kältereservoir dar.Preferably, the substrate is a metal, a metal band, a composite material (for example carbon fiber reinforced materials) or a ceramic. Good thermal conductivity is advantageous because it represents at least part of the above-mentioned connection between nanostructured carbon particles and cold reservoir.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich zwischen dem Substrat und den nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen mindestens eine zusätzliche ganz- oder teilflächige Schicht aus Metall/en, Metallnϊtrid/en und/oder Metalloxid/en befindet. Eine solche Zwischenschicht, welcher im Wesentlichen Keimbildungs- bzw. Haftvermittlerfunktionen zukommen, ist insofern besonders bevorzugt, als sie für die Ausbildung von (bestimmten) nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen bei der Herstellung/Aufbringung bzw. für eine feste und stabile Verbindung zu den auf dem Substrat aufgebrachten nanostrukturierten Kohlenstoffteiichen sorgt. Darüber hinaus können solchen Zwischenschichten auch Korrosionsschutzeigenschaften für das darunterliegende Substratmaterial zukommen.Furthermore, it is preferred that at least one additional wholly or partially covered layer of metal / s, metal nitride (s) and / or metal oxide (s) is present between the substrate and the nanostructured carbon particles. Such an intermediate layer, which essentially has nucleation or adhesion promoter functions, is particularly preferred inasmuch as it is suitable for the formation of (specific) nanostructured carbon particles in the preparation / application or for a firm and stable connection to the nanostructured nanopatterns applied to the substrate Carbon particles ensures. In addition, such intermediate layers may also have anti-corrosion properties for the underlying substrate material.
Eine Ausgestaltung einer solchen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen 1 können - wie oben ausgeführt - ein oder mehrwandige Kohtenstoffnanoröhren, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffschichten, Kohlenstoffpulver, Kohlenstoff- Lamellen oder Fullerene umfassen bzw. gar ganz aus diesen bestehen. Die optionale Zwischenschicht 2 hat im Wesentlichen Keimbildungsbzw. Haftvermittlereigenschaften und/oder dient zum Korrosionsschutz des Substrats 3. Die Zwischenschicht 2 umfasst dabei mindestens ein Metall, Metallnitrid und/oder Metalloxid. Ein typisches Beispiel in diesem Zusammenhang ist eine Nickelschicht zur Korrosionsinhibϊerung des darunterliegenden Substrats 3. Das Substrat 3 muss mit dem Kälteerzeuger, üblicherweise der thermischen Kontaktfläche eines Kaltkopfes 5 verbunden sein, wozu wiederum gut wärmeleitende Kontaktschichten 4, wie zum Beispiel Indiumfolie, Indiumschichten oder ähnliches gut warmeleitfähiges und Oberflächenrauhigkeiten ausgleichendes weiches Material Anwendung finden kann.An embodiment of such an embodiment of the present invention is shown in FIG. As stated above, the nanostructured carbon particles 1 can comprise or even consist entirely of one or more-walled carbon nanotubes, carbon fibers, carbon layers, carbon powders, carbon fins or fullerenes. The optional intermediate layer 2 essentially has nucleation. Adhesion promoter properties and / or used for corrosion protection of the substrate 3. The intermediate layer 2 comprises at least one metal, metal nitride and / or metal oxide. A typical example in this context is a nickel layer for corrosion inhibition of the underlying substrate 3. The substrate 3 must be connected to the cold generator, usually the thermal contact surface of a cold head 5, which in turn good thermally conductive contact layers 4, such as indium, indium or the like good thermally conductive and surface roughening balancing soft material may find application.
Eine zweite Art der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen in einem Behälter angeordnet sind, welcher über einen den Austritt der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen aus dem Behälter verhindernden Austrittsschutz und eine Gaseintritts-Öffnung verfügt.A second type of embodiment of the device according to the invention is characterized in that the nanostructured carbon particles are arranged in a container which has a discharge protection preventing the outlet of the nanostructured carbon particles from the container and a gas inlet opening.
In diesem Falle sind die nanostrukturierten Kohlestoffteilchen bevorzugt unter Beibehaltung von mindestens 80 %, besonders bevorzugt von mindestens 90 % ihrer Porosität gesintert, verpresst oder verdichtet. Auf diese Weise lässt sich die in dem Behälter unterzubringende Menge an nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen und damit insgesamt die zur Kondensation und/oder Adsorption zur Verfügung stehende Oberfläche bedeutend vergrößern.In this case, the nanostructured carbon particles are preferably sintered, pressed or compacted while retaining at least 80%, more preferably at least 90%, of their porosity. In this way, can be accommodated in the container amount of nanostructured carbon particles and thus in total the Condensation and / or adsorption significantly increase the available surface area.
Bevorzugt sind sowohl der Austrittsschutz als auch die Gaseintritts- Öffnung in einer einzigen Membran ausgebildet, dergestalt, dass deren Poren zwar durchlässig für die zu kondensierenden und/oder adsorbierenden Gase, jedoch undurchlässig für die nanostrukturierten KohlenstoffteiJchen sind.Both the outlet protection and the gas inlet opening are preferably formed in a single membrane, such that their pores, although permeable to the gases to be condensed and / or adsorbed, are impermeable to the nanostructured carbon particles.
Entsprechende Ausgestaltungen finden sich in den Fig. 2 und 3.Corresponding embodiments can be found in FIGS. 2 and 3.
Der Behälter 10 in Fig. 2 kann in beliebiger Form (zylindrisch, kubisch, etc.) ausgestaltet sein, wobei die Gaseintritts-Öffnung 13 mit dem Austrittsschutz 11 verbunden ist, um den Austritt der nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen 12 aus dem Behältnis heraus zu verhindern. Der Behälter wird an mindestens einer Seitenfläche mit der Kaitkopfkontaktfiäche in thermischen Kontakt gebracht.The container 10 in Figure 2 may be configured in any shape (cylindrical, cubic, etc.) with the gas inlet opening 13 connected to the exit guard 11 to prevent the nanostructured carbon particles 12 from escaping from the container. The container is brought into thermal contact on at least one side surface with the quill head contact surface.
In Fig. 3 besitzt der Behälter 14 eine gasdurchlässige Membran 15 für die Gase, die an den nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen gebunden werden sollen. Dabei ist die Porengröße der Membran 15 so gewählt, dass zwar die Gasteilchen, nicht jedoch die nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen hindurchtreten können. Auf diese Weise wird ein Gaseintritt in den Behälter ermöglicht, der Austritt von nanostrukturierten Kohlenstoffteilchen jedoch unterbunden.In Fig. 3, the container 14 has a gas-permeable membrane 15 for the gases to be bound to the nanostructured carbon particles. In this case, the pore size of the membrane 15 is selected so that, although the gas particles, but not the nanostructured carbon particles can pass. In this way, a gas inlet into the container is made possible, however, the escape of nanostructured carbon particles prevented.
Es können ein oder mehrere Behälter an den Kaltkopf thermisch und mechanisch angekoppelt werden, wobei auch eine indirekte Ankopplung über mehrere Behälterebenen möglich ist. In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass man nanostrukturierte Kohlenstoffteilchen mit einem Kältereservoir in Kontakt bringt. Durch das direkte Aufbringen der Kohlenstoffteilchen auf das Substrat kann auf Haftvermittler, wie beispielsweise Klebstoffe oder ähnliche Matrices, verzichtet werden. Hierdurch wird eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, sehr gute Wärmeleitung zwischen den Nanoteilchen und dem Substrat sicher gestellt.One or more containers can be thermally and mechanically coupled to the cold head, whereby an indirect coupling over a plurality of container levels is also possible. In a further embodiment, the object underlying the invention is achieved by a method for producing such a device, which is characterized in that nanostructured carbon particles are brought into contact with a cold reservoir. The direct application of the carbon particles to the substrate makes it possible to dispense with adhesion promoters, for example adhesives or similar matrices. As a result, an improved compared to the prior art, very good heat transfer between the nanoparticles and the substrate is ensured.
Die nanostrukturlerten Kohlenstoffteilchen werden dabei bevorzugt mittels CVD- oder Plasma-CVD-Verfahren auf das gegebenenfalls mindestens eine zusätzliche ganz- oder teilflächige Schicht aus Metall/en, Metallnitrid/en und/oder Metalloxid/en aufweisende Substrat aufgebracht.The nanostrukturlerten carbon particles are preferably applied by CVD or plasma CVD method to the optionally at least one additional wholly or partially coated layer of metal / s, metal nitride / s and / or metal oxide / s having substrate.
Weiterhin ist bevorzugt, dass man vor oder während des Aufbringens der nanostrukturierten Kohlenstoffteiichen weitere Dotierungs- und/oder Katalysatorverbindungen aufbringt, insbesondere Li, Ti, Fe, Cu, Cr, Co und/oder Ni-Verbindungen, Durch solche Verbindungen bzw. Elemente wird die Ausbildung bestimmter Nanostrukturen begünstigt bzw. veranlasst oder aber auch die Geschwindigkeit der Ausbildung insgesamt erhöht.Furthermore, it is preferred that before or during the application of the nanostructured Kohlenstoffteiichen further doping and / or catalyst compounds applies, in particular Li, Ti, Fe, Cu, Cr, Co and / or Ni compounds, By such compounds or elements is the Training of specific nanostructures favors or causes or increases the speed of education overall.
In einer weitergehenden Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Kryopumpe, welche eine wie oben beschrieben erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. In a further embodiment, the object underlying the invention is achieved by a cryopump, which comprises a device according to the invention as described above.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Kondensation und/oder Adsorption von Gasen insbesondere im Hochvakuum, dadurch gekennzeichnet, dass nanostrukturierte Kohienstoffteilchen, welche insbesondere mittels CVD- oder Plasma-CVD Verfahren erhalten werden, wärmeleitend mit einem Käitereservoir, welches insbesondere eine Temperatur von < 20 K aufweist, verbunden sind.1. Device for condensation and / or adsorption of gases, in particular in a high vacuum, characterized in that nanostructured Kohienstoffteilchen, which are obtained in particular by means of CVD or plasma CVD method, heat-conducting with a Käitereservoir, which in particular has a temperature of <20 K, are connected.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren, mehrwandige Kohlenstoff- Nanoröhren, Kohlenstoff-Fasern, Kohlenstoff-Schichten, Kohlenstoff-Lamellen oder Fullerene.2. Device according to claim 1, characterized in that the carbon particles are selected from the group comprising: single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon fibers, carbon layers, carbon fins or fullerenes.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Substrat umfasst, auf dem die Kohlenstoffteilchen wärmeleitend mit dem Kältereservoir verbunden sind.3. Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that it comprises a substrate on which the carbon particles are thermally conductively connected to the cold reservoir.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mindestens 6000C temperaturfeste metallische und/oder keramische Materialien umfasst.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate comprises at least 600 0 C temperature-resistant metallic and / or ceramic materials.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, die temperaturfesten Materialien ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend: Molybdän; Wolfram; Edelstahllegierungen; Nickel; Nickellegierungen; Eisen; Eisenlegierungen; Kobalt; Kobaltlegierungen; Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen; AI2O3; Si3N4; Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoffe; Glas-Faserverbundwerkstoffe; Verbundwerkstoffe aus Glas, Keramik oder Metall.5. Device according to claim 4, characterized in that the temperature-resistant materials are selected from the group comprising: Molybdenum; Tungsten; Stainless steel alloys; Nickel; Nickel alloys; Iron; Iron alloys; Cobalt; Cobalt alloys; Copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys; AI 2 O 3 ; Si3N4; Carbon fiber composite materials; Glass fiber composite materials; Composite materials of glass, ceramic or metal.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein beliebig formbares Blech, Metallband oder ein Formstück ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the substrate is an arbitrarily shapeable metal sheet, metal strip or a fitting.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen mit dem Substrat über mindestens eine zusätzliche ganz- oder teilflächige Schicht aus Metall/en, Metallnitrid/en und/oder Meta!loxid/en verbunden sind.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the carbon particles are connected to the substrate via at least one additional wholly or partially coated layer of metal / s, metal nitride / s and / or Meta! Lox / s.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Behälter mit Kohienstoffteilchen, wobei der Behälter über einen den Austritt der Kohlenstoffteilchen aus dem Behälter verhindernden Austrittsschutz und eine Gaseintritts-Öffnung verfügt.The apparatus according to any one of claims 1 to 3, comprising a container of particles of carbon particles, wherein the container has an exit guard preventing the exit of the carbon particles from the container and a gas inlet opening.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen unter Beibehaltung von mindestens 80% ihrer Porosität gesintert, verpresst oder verdichtet sind. 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the carbon particles are sintered, pressed or compact while maintaining at least 80% of their porosity.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteϊlchen unter Beibehaltung von mindestens 90%, ihrer Porosität gesintert, verpresst oder verdichtet sind.10. The device according to claim 8, characterized in that the Kohlenstoffteϊlchen while maintaining at least 90%, sintered their porosity, pressed or compacted.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsschutz und die Gaseintrϊtts- Öffnung eine Membran umfasst, deren Poren durchlässig für die zu kondensierenden und/oder adsorbierenden Gase und undurchlässig für die Kohlenstoffteilchen sind.11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the outlet protection and the Gaseintrϊtts- opening comprises a membrane whose pores are permeable to the gases to be condensed and / or adsorbent and impermeable to the carbon particles.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kohlenstoffteilchen mittels CVD- oder Plasma-CVD-Verfahren auf das gegebenenfalls mindestens eine zusätzliche ganz- oder teilflächige Schicht aus Metall/en, Metallnitrid/en und/oder Metalloxid/en aufweisende Substrat aufbringt und sie wärmeleitend mit einem Kältereservoir in Kontakt bringt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the carbon particles by means of CVD or plasma CVD method on the optionally at least one additional wholly or partially coated layer of metal / s, metal nitride / s and / or metal oxide / / s applying substrate and brings them thermally conductive with a cold reservoir in contact.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Aufbringens der Kohlenstoffteilchen weitere Dotierungs- und/oder Katalysatorverbindungen aufbringt, insbesondere Li, Ti, Fe, Cu, Cr, Co und/oder Ni enthaltende Verbindungen.13. The method according to claim 12, characterized in that applying during the application of the carbon particles further doping and / or catalyst compounds, in particular Li, Ti, Fe, Cu, Cr, Co and / or Ni-containing compounds.
14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 im Bereich der molekularen Gasteilchenströmung im Hochvakuum im Druckbereich < 10~5 Pa. 14. Use of a device according to one of claims 1 to 10 in the region of the molecular gas particle flow in a high vacuum in the pressure range <10 ~ 5 Pa.
15. Kryopumpe umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 15. Cryopump comprising a device according to one of claims 1 to 10,
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