ГЕТТЕРНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04B37/04 F04D19/04 

Изобретение относится к геттерному насосу, который используется на входе турбомолекулярного насоса и расположен соосно вблизи него.

Геттерные насосы являются статическими насосами, т.е. не имеющими механически движущихся элементов, и их работа основана на хемосорбции химически активных газов, таких как кислород, водород, вода и оксиды углерода, посредством элементов, выполненных из неиспаряемых геттерных материалов (известных в данной области как НГМ материалы). Основными НГМ являются сплавы на основе циркония или титана.

Геттерные насосы для получения и поддержания высокого вакуума в замкнутом пространстве практически всегда работают в сочетании с другими насосами; в частности первая стадия откачки при высоком давлении осуществляется с помощью механических насосов, таких как роторный или диффузионный насосы, в то время как геттерные насосы в сочетании с химическими ионными, криогенными или турбомолекулярными насосами могут быть использованы для поддержания высокого вакуума.

Наиболее близким к заявленному является геттерный насос, содержащий неиспаряемое геттерное устройство, включающее продолговатый нитевидный металлический элемент, имеющий спиральную или зигзагообразную форму, и покрытие, нанесенное на металлический элемент посредством спекания пористого неиспаряемого геттерного материала (JP 02215977 А, МПК F 04 В 37/02, 37/10, F 04 D 19/04, 28.08.1990 г.).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь частиц, минимизирование снижения проводимости и минимизирование непрямого роста температуры турбомолекулярного насоса, благодаря чему улучшается эффективность откачки установки.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в заявленном геттерном насосе геттерное устройство расположено в кольцеобразной периферической зоне цилиндрического картриджа, соосно установленного внутри стального цилиндрического корпуса или короткой стойки, которые расположены между рабочей камерой, в которой необходимо создать вакуум, и турбомолекулярным насосом, причем геттерное устройство нагревается за счет прямой подачи электропитания к нитевидному металлическому элементу.

Геттерное устройство имеет два соседних наконечника и выполнено в виде цельного элемента, формирующего за счет изгибов или зигзагообразных поворотов цилиндрическую поверхность, расположенную вблизи и соосно внутренней поверхности картриджа, и имеющего два соседних наконечника. Также геттерное устройство образовано набором геттерных элементов, соединенных друг с другом в зонах поворота и образующих цилиндрическую поверхность, вблизи внутренней поверхности картриджа. Кроме того, геттерное устройство закреплено посредством прикрепляющих средств к фланцам или кольцам, установленным параллельно друг другу вблизи противоположных оснований картриджа, в зонах поворота или изгибах. Наконечники выполнены в виде штырей и расположены на одной и той же стороне картриджа. Кроме того, цилиндрическая короткая стойка с коробкой подачи питания представляет собой розетку для вставки в нее конечников, при этом коробка питания имеет выходы для крепления электрических проводников, связанных с внешним источником питания. Геттерный насос также содержит изолирующий входной клапан по направлению к рабочей камере, в которой необходимо создать вакуум, и изолирующий выходной клапан по направлению к турбомолекулярному насосу.

На фиг.1 изображено сечение стального корпуса или короткой стойки, предназначенной для вставки в нее геттерного насоса в соответствии с изобретением; на фиг.2 - то же в виде сечения вблизи конструкции на фиг.1; на фиг.3 - сечение геттерного насоса в сборе, соответствующего установке, представленной на фиг.1 и фиг.2; на фиг.4 - вид слева установки, представленной на фиг.3; на фиг.5 - вид справа той же самой установки.

Геттерный насос выполнен в виде цилиндрического картриджа 1, имеющего два металлических кольца или фланца 2, 3, взаимно параллельных и расположенных на противоположных концах цилиндра, соосных с насосом и внешних по отношению к его корпусу, прикрепленных к внутренней стенке картриджа 1. Кольца или фланцы 2, 3 прикреплены к картриджу на противоположных концах геттерного устройства, выполненного в виде продолговатого металлического элемента, покрытого геттерным материалом, предпочтительно имеющим зигзагообразную форму или форму спирали с изгибами 4 или зонами поворота, соответствующими прикрепляющими средствами 5, 6 и тепловой изоляции на фланцах или кольцах 2 и 3. Таким образом, геттерное устройство 7 расположено в периферической зоне картриджа 1, которая имеет по существу кольцеобразную форму, в которой все геттерные элементы расположены вблизи внутренней стенки картриджа 1 для того, чтобы минимизировать уменьшение проводимости или области прохождения через нее потока газа. Однако вместо цельного элемента зигзагообразной формы или спиральной формы геттерное устройство 7 может быть образовано набором геттерных элементов, соответствующим образом соединенных друг с другом в зонах поворота.

В обоих случаях продолговатое цельное геттерное устройство 7 или различные элементы, соединенные друг с другом последовательно для того, чтобы обеспечить формирование геттерного устройства, выполнены из нитевидного металлического каркаса, который предпочтительно, но необязательно, имеет форму спиральной пружины, ось которой совпадает с направлением, показанным на чертежах. Геттерный материал может быть нанесен на указанный нитевидный металлический каркас путем размещения этого каркаса внутри подходящей формы, засыпки в форму порошков требуемого геттерного материала и спекания порошков внутри формы, например, за счет помещения ее в печь. Могут использоваться различные геттерные материалы, в основном содержащие титан или цирконий; их сплавы с одним или более элементами, выбранными из переходных металлов и алюминия; и смеси одного или более из этих сплавов и титана и/или циркония; предпочтительным является использование титана и сплавов титана-ванадия. Эти материалы являются предпочтительными благодаря тому, что эти порошки легко спекаются, а также из-за того, что геттерные элементы, полученные при использовании этих материалов, имеют хорошие механические свойства и практически не имеют потерь частиц, в то же время сохраняются пористые свойства для обеспечения необходимой сорбционной емкости.

В любом случае, как для геттерного устройства 7, выполненного в виде цельного продолговатого элемента, имеющего U-образные повороты, так и выполненного из различных элементов, расположенных последовательно, например, при зигзагообразном расположении, геттерное устройство 7 имеет два соседних наконечника, находящихся на той же стороне картриджа 1, на которой элемент 7 прерывается. Наконечники 8, выполненные в виде штырей, расположены параллельно друг другу и выступают со стороны картриджа 1 для обеспечения возможности размещения в коробке 9 подачи питания в корпусе 10 или в соединяющей "короткой стойке" между камерой, в которой нужно создать вакуум, и турбомолекулярным насосом (не показан), которые будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 1. Соединяющая короткая стойка выполнена в виде цилиндра из нержавеющей стали с диаметром, незначительно большим, чем внешний диаметр картриджа 1, и снабжена на концах двумя фланцами 11 и 12, имеющими сквозные отверстия, предназначенные для крепежных деталей, таких как винты и болты. Коробка 9 расположена на значительном расстоянии от фланца 11, через который вставляется картридж 1 так, чтобы наконечники 8 при проведении сборки были вставлены в нее подобно вилке в розетку. С противоположной стороны, близко к фланцу 12 коробка 9 имеет пару выходов 12, направленных наружу, имеющих проводники 14 подачи внешнего питания, подсоединенные к ним, как видно на фиг.3.

Геттерный насос в соответствии с настоящим изобретением, являющийся особенно подходящим для использования на входе турбомолекулярных насосов и вблизи от них, снабжен как входными, так и выходными клапанами (не показаны), изолирующими насос от камеры, в которой нужно создать вакуум от турбомолекулярного насоса или от них обоих, как иногда бывает необходимо для перемещения, замены или ремонта геттерного насоса.

Например, как входной, так и выходной клапаны геттерного насоса закрыты при перемещении насоса или установки его в рабочее положение. Однако предпочтительно иметь входной клапан (по направлению к камере, в которой нужно создать вакуум) открытым и клапан по направлению к турбомолекулярному насосу закрытым в случае ремонта этого турбомолекулярного насоса или когда на конкретных этапах процесса достаточно использовать геттерный насос, хотя обычно в системе требуется турбомолекулярный насос.

С другой стороны, изоляция геттерного насоса от рабочей камеры при открытом по направлению к турбомолекулярному насосу клапане может быть необходимой для регенерации геттерного насоса. Действительно, этот геттерный насос является особенно подходящим для сорбции водорода, которая является равновесным явлением; количество водорода, сорбированное геттерным материалом, увеличивается при уменьшении температуры и при уменьшении парциального давления водорода в окружающей системе. Таким образом, путем увеличения температуры геттерного материала, который поглощает большое количество водорода, и за счет работы в условиях откачки, например в данном случае при использовании турбомолекулярного насоса, возможно удалить газ из геттерного материала, тем самым регенерируя его.

Однако турбомолекулярные насосы могут повреждаться за счет перегрева при работе при слишком высоких давлениях газа, что может иметь место при регенерации геттерного насоса. Для того чтобы предотвратить это повреждение, возможно медленно нагревать геттерный элемент (или элементы) так, что давление водорода также медленно увеличивается, при этом не достигаются критические давления, принимая во внимание скорость откачки турбомолекулярного насоса. Вместо этого проводимость между геттерным насосом и турбомолекулярным насосом может быть уменьшена за счет воздействия на клапан, расположенный между ними.

Как упоминалось выше, потери частиц из геттерного материала, нанесенного на элемент 7, являются очень малыми благодаря тому, что продукт спекается в высокотемпературной печи. Следовательно, в отличие от геттерных насосов предшествующего уровня техники геттерный насос и турбомолекулярный насос могут быть расположены последовательно.

Что касается непрямого измерения температуры через прямое измерение сопротивления внутренней нити элемента 20, отмечается, что, так как внутренняя нить, служащая подложкой для геттерного материала, и геттерный порошок, нанесенный на нее, производятся в ходе управляемых процессов, имеющих высокую воспроизводимость, получается требуемая кривая R-T, имеющая особенно хорошую переносимость. Следовательно, возможно работать без термопар для того, чтобы получить значения температуры для геттерного устройства.

Так как геттерный насос нагревается за счет прямого прохождения тока последовательно, тепловое поглощение турбомолекулярным насосом в нем является очень малым и происходит благодаря излучению геттерных элементов в пространство вакуума, которое является намного меньшим, чем излучение лампы.

Геттерный насос предназначен для использования в области насосостроения. Насос содержит геттерное устройство. Последнее расположено в кольцеобразной периферической зоне цилиндрического картриджа. Последний установлен соосно внутри стального цилиндрического корпуса или короткой стойки. Цилиндрический корпус и стойка расположены между рабочей камерой и турбомолекулярным насосом. Геттерное устройство нагревается за счет прямой подачи электропитания к нитевидному металлическому элементу. Обеспечивается улучшение эффективности откачки насоса. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Геттерный насос, содержащий неиспаряемое геттерное устройство, включающее продолговатый нитевидный металлический элемент, имеющий спиральную или зигзагообразную форму, и покрытие, нанесенное на металлический элемент посредством спекания пористого неиспаряемого геттерного материала, отличающийся тем, что геттерное устройство расположено в кольцеобразной периферической зоне цилиндрического картриджа, соосно установленного внутри стального цилиндрического корпуса или короткой стойки, которые расположены между рабочей камерой, в которой необходимо создать вакуум, и турбомолекулярным насосом, причем геттерное устройство нагревается за счет прямой подачи электропитания к нитевидному металлическому элементу. 2. Геттерный насос по п.1, отличающийся тем, что геттерное устройство имеет два соседних наконечника и выполнено в виде цельного элемента, формирующего за счет изгибов или зигзагообразных поворотов цилиндрическую поверхность, расположенную вблизи и соосно внутренней поверхности картриджа, и имеющего два соседних наконечника. 3. Геттерный насос по п.1, отличающийся тем, что геттерное устройство имеет два соседних наконечника и образовано набором геттерных элементов, соединенных друг с другом в зонах поворота и образующих цилиндрическую поверхность вблизи внутренней поверхности картриджа. 4. Геттерный насос по п.2 или 3, отличающийся тем, что геттерное устройство закреплено посредством прикрепляющих средств к фланцам или кольцам, установленным параллельно друг другу, вблизи противоположных оснований картриджа, в зонах поворота или изгибах. 5. Геттерный насос по п.2 или 3, отличающийся тем, что наконечники выполнены в виде штырей и расположены на одной и той же стороне картриджа. 6. Геттерный насос по п.5, отличающийся тем, что цилиндрическая короткая стойка с коробкой подачи питания представляет собой розетку для вставки в нее наконечников, при этом коробка питания имеет выходы для крепления электрических проводников, связанных с внешним источником питания. 7. Геттерный насос по п.1, отличающийся тем, что содержит изолирующий входной клапан, по направлению к рабочей камере, в которой необходимо создать вакуум, и изолирующий выходной клапан по направлению к турбомолекулярному насосу.