АДСОРБЦИОННЫЙ ВЫСОКОВАКУУМНЫЙ НАСОС Российский патент 1997 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к вакуумной технике и может использоваться в различного рода откачном и течеискательном оборудовании.

Известны адсорбционные насосы, содержащие корпус и размещенную в нем криопанель с образованием форвакуумной и высоковакуумной полости, причем в форвакуумной полости на криопанели закреплен широкодисперсный адсорбент, а в высоковакуумной мелкодисперсный [1]
Недостатки известных насосов состоят в том, что они не позволяют откачивать трудноадсорбируемые составляющие газовой нагрузки в сочетании с внешними откачными средствами из-за отсутствия выходного патрубка и конструктивного выполнения откачивающих полостей насосов в виде широких замкнутых карманов не препятствующих проскоку откачиваемых молекул из зоны откачки. В результате увеличиваются время откачки и достигаемые значения предельного вакуума.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является адсорбционный насос, содержащий корпус с входным патрубком и размещенный в нем сосуд с жидким хладагентом, например жидким азотом, концентрично расположенные с образованием кольцевых полостей стаканы с закрепленным на них адсорбентом и размещенную в кольцевой полости кольцевую охлаждаемую криопанель, выступающую над верхними торцами стаканов [2]
Известный насос обеспечивает защиту адсорбента от лучистого нагрева и легкоконденсируемых составляющих откачиваемых газов, однако из-за размещения адсорбента на криоповерхностях, образующих замкнутый карман, не соединенный с выходным патрубком, он не может использоваться в качестве охлаждаемой адсорбционной ловушки, через которую с помощью дополнительных насосов объемного действия, например диффузионных, из вакуумируемого изделия, прокачиваются такие трудноадсорбируемые при температуре жидкого азота газы, как гелий, водород и неон. Это не позволяет получать малые значения предельного остаточного парциального давления по указанным газам, например, использовать насос при гелиевом течеискании, предусматривающем максимальное удаление фонового гелия из откачиваемого объема.

Решение задачи сокращения времени откачки и повышения предельного вакуума может быть осуществлено путем использования насоса в режиме охлаждаемой адсорбционной ловушки в сочетании с высоковакуумными насосами объемного действия и путем конструктивного удлинения пути молекул откачиваемых газов между развитыми адсорбирующими поверхностями насоса при минимальном сопротивлении вакуумного тракта.

Это достигается тем, что в рассматриваемом адсорбционном насосе, содержащем корпус с входным патрубком и размещенными в нем сосудом с хладагентом, концентрично расположенным с образованием кольцевой полости стаканом с закрепленным на нем адсорбентом и размещенной в кольцевой полости охлаждаемой криопанелью, на корпусе установлен выходной патрубок, криопанель с закрепленным с двух сторон адсорбентом образует соединенную с входным патрубком форвакуумную полость и сообщающуюся с ней высоковакуумную полость, соединенную с выходным патрубком, а стакан закреплен через теплопроводный элемент на сосуде с хладагентом, на котором закреплен адсорбент, причем толщина слоев адсорбента, закрепленного на стакане и криопанели в форвакуумной полости, превышает толщину слоев адсорбента на криопанели и стакане в высоковакуумной полости.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, следовательно, оно соответствует критерию "новизна". Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена схема адсорбционного высоковакуумного насоса; на фиг.2 то же, поперечное сечение.

Адсорбционный высоковакуумный насос содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и размещенные в нем сосуд 3 с хладагентом 4, концентрично расположенный с образованием кольцевой полости стакан 5 с закрепленным на нем адсорбентом 6 и размещенную в кольцевой полости охлаждаемую криопанель 7. Корпус снабжен выходным патрубком 8, на криопанели закреплен с двух сторон адсорбент 9 и 10, криопанель образует соединенную с входным патрубком форвакуумную полость 11 и сообщающуюся с ней высоковакуумную полость 12, соединенную с выходным патрубком 8, а стакан 5 закреплен через теплопроводный элемент 13 на сосуде с хладагентом 3. На этом же сосуде закреплен адсорбент 14, а толщина слоев адсорбента 14 и 9, закрепленного на стакане и криопанели 7 в форвакуумной полости 11, превышает толщину слоев адсорбента 6 и 10 на криопанели 7 и стакане 5 в высоковакуумной полости 12. Криопанель 7 закреплена на сосуде 3 с помощью теплопроводящих ребер 15.

Адсорбционный высоковакуумный насос работает следующим образом.

К выходному патрубку 8 предлагаемого насоса подсоединяют вспомогательный высоковакуумный насос объемного действия, например диффузионный насос (не показан). При этом рассматриваемый насос используется как охлаждаемая адсорбционная ловушка. После подготовки к работе (регенерации) адсорбента в сосуд 3 заливают жидкий хладагент 4, например жидкий азот, дают выдержку для охлаждения адсорбента 6, 9, 10, 14 и соединяют насос с откачиваемым объемом (не показан). Поток газа, поступающего в насос, проходит поочередно через форвакуумную 11 и высоковакуумную 12 полости. В форвакуумной полости 12 откачиваются прежде всего легкоконденсируемые и легкооткачиваемые компоненты, а также основной объем поступающего газа при повышенном давлении входного потока, например, в интервале 0,5 1 Па. По мере продвижения потока по откачивающему каналу форвакуумной полости 12 давление газа понижается и менее насыщенный адсорбент 6 и 10 высоковакуумной полости 12 обеспечивает откачку оставшейся неадсорбированной части газового потока при высоком вакууме, например, в интервале 0,01 0,5 Па, при котором возможна работа высоковакуумного насоса объемного действия, откачивающего оставшиеся трудноадсорбируемые составляющие газовой нагрузки. При этом адсорбционный насос препятствует миграции паров вакуумного масла из насоса объемного действия в откачиваемый объем. Таким образом, описываемый насос, установленный в откачных агрегатах позволяет вакуумировать изделия, обеспечивая низкое парциальное давление таких газов, как гелий, водород, неон и паров вакуумного масла уже при форвакуумном режиме откачки, что сокращает общее время вакуумирования, например, при выполнении течеискания масс-спектрометрическим методом.

Установленный на корпусе 1 выходной патрубок 8 позволяет отводить из насоса трудноадсорбируемые составляющие газовой нагрузки с помощью внешнего вспомогательного насоса объемного действия.

Образование с помощью криопанели 7 с закрепленными на двух ее сторонах слоями адсорбента 9 и 10 сообщающихся форвакуумной и высоковакуумной полостей позволяет создать протяженный вакуумный тракт, обеспечивающий минимальный проскок молекул откачиваемых газов за счет конструктивного удлинения пути молекул развитыми адсорбцирующими поверхностями и имеющий высокую проводимость по трудноадсорбируемым газам.

Закрепление стакана 5 с установленным на нем адсорбентом 6 через теплопроводный элемент 13 на сосуде 3 с хладагентом 4 обеспечивает охлаждение и, следовательно, откачивающее действие адсорбента 6. При понижении уровня жидкого хладагента 4 в сосуде 3 за счет испаряемости, из-за теплового сопротивления теплопроводного элемента повышается температура стакана 5 и установленного на нем адсорбента 6. В результате происходит десорбция части газа, адсорбированного в высоковакуумной полости 12 работающего насоса и откачка ее хорошо охлажденным адсорбентом 9 и 14 форвакуумной полости 11, т.е. происходит частичная регенерация адсорбента высоковакуумной полости. При заполнении сосуда 3 хладагентом 4 вновь понижается температура адсорбента высоковакуумной полости и благодаря возросшей его поглотительной способности увеличивается ресурс работы насоса.

Закрепление на сосуде 3 с хладагентом адсорбента 14 и увеличение толщины его слоев 9 и 14 в форвакуумной полости позволяют увеличить количество адсорбента в форвакуумной полости 11, работающей под повышенной газовой нагрузкой, и тем самым увеличить ее откачивающее действие. В качестве такого адсорбента может использоваться адсорбент с повышенной поглотительной способностью, превышающей поглотительную способность адсорбента, закрепленного на криопанели и стакане, например засыпной гранулированный адсорбент вместо легко закрепляемого тканого адсорбента, что увеличивает ресурс работы насоса.

Предлагаемая конструкция насоса позволяет понизить предельное давление трудноадсорбируемых остаточных газов в вакуумируемых объемах и повысить эффективность откачных устройств, работающих совместно с рассматриваемым насосом, в частности, сокращается время откачки на 10 20% с обеспечением защиты от миграции паров масла, например, при выполнении течеискания масс-спектрометрическим методом.

Использование: в вакуумной технике и различного рода откачном и течеискательном оборудовании. Сущность изобретения: позволяет сократить время откачки и повысить предельный вакуум при работе насоса в режиме криоадсорбционной ловушки за счет конструктивного удлинения пути молекул откачиваемых газов развитыми адсорбирующими поверхностями, образующими форвакуумную полость 11 и сообщающуюся с ней высоковакуумную полость 12. Для образования этих полостей применяется адсорбент 14 на сосуде 3 с хладагентом 4, охлаждаемые криопанель 7 с закрепленными с двух сторон адсорбентом 9 и 10 и стакан 5 с закрепленным адсорбентом 6. Направляемые в насос газы адсорбируются по мере продвижения по откачивающим полостям, а также трудноадсорбируемые газы, как гелий, водород, неон поступают в полость корпуса 1 и откачиваются внешним высоковакуумным насосом. В результате обеспечивается низкое парциальное давление гелия и других газов уже при форвакуумном режиме откачки, что сокращает общее время вакуумирования, например, при выполнении течеискания масс-спектрометрическим методом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Адсорбционный высоковакуумный насос, содержащий корпус с входным патрубком и размещенные в нем сосуд с хладагентом, концентрично расположенный с образованием кольцевой полости стакан с закрепленным на нем адсорбентом и размещенную в кольцевой полости охлаждаемую криопанель, отличающийся тем, что он снабжен установленным на корпусе выходным патрубком, криопанель с закрепленным с двух сторон адсорбентом образует соединенную с входным патрубком форвакуумную полость и сообщающуюся с ней высоковакуумную полость, соединенную с выходным патрубком, а стакан закреплен через теплопроводный элемент на сосуде с хладагентом. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что на сосуде с хладагентом закреплен адсорбент. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что толщина слоев адсорбента, закрепленного на стакане и криопанели в форвакуумной полости, превышает толщину слоев адсорбента на кривопанели и стакане в высоковакуумной полости.