Электродуговой сорбционный насос Советский патент 1984 года по МПК H01J41/20 

О5

ел

ьэ

00

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть иснользовано в качестве устройства для откачки промышленных и лабораторных установок, рабочие процессы в которых сонровождаются болыии.м газовыделением.

Известен электродуговой сорбционный насос, снабженный вакуумным затвором, который отсекает насос от откачиваемого объема при нануске в него атгуюсферного воздуха 1.

Однако пористая сорбирующая поверхность насоса не насыщается парами воды и время получения предельного давления уменьщается. В то же время применение затворов, особенно, в насосах с больп1им диаметром входного отверстия значительно увеличивает стоимость откачной системы, поскольку стоимость насоса и зат)и)1)а к соизмеримы.

Известен электродуговой сорбционный насос, содержащий герметичную камеру с

размеще1П ыми в ней катодом из металла и ох.лаждаемым анодом и i ермстично соединенные с камерой токовводы.

Этот насос и.меет вакуумную камеру, снаружи которой укренлены трубки водяного о.хлаждения и проволочный нагреватель. Камера насоса одновременно является анодом электродугового испарителя. Катод электродугового испарителя из геттерпого .металла (титана) размещен у входно Ч) патрубка насоса и своей поверхностью испарения обращен в сторону, противоположную откачиваемо.му объему. Обез1ажипанис пористых титановых пленок, сконденсированных на внутренней поверхности вакуумной камеры, производится при нро1реве вакуумной камеры до 200-250°С 2.

Поскольку масса вакуумной камеры велика, то значительная доля подводимой к нагревателю энергии расходуется на практически ненужный прогрев ка.меры. В результате время прогрева, а следовательно, и время получения предельного давления затягивается. В этом насосе время прогрева и время охлаждения вакуумной камеры до рабочей температуры (-20°С) составляет примерно 90 мин.

Известен также электродуговой сорбционный насос, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем ловущкой и осесимметрично расположеннЕз1ми электроизолированными от корпуса катодом из геттерного .материала и полым анодом. Испаренный с поверхности катода электродугового испарителя геттерный материал конденсируется на внутренних стенках вакуумной ка.меры и ловущке, где и осуществляется откачка газов 3.

Недостатком насоса является относительно больщое время получения предельного давления, вызванное конденсацией влаги на пористых титановых пленках при вскрытии насоса.

Цель изобретения - сокращение времени выхода насоса на рабочий режи.м.

Поставленная цель достигается тем, что в электродуговом сорбционно.м насосе, содержащем герметичный корпус с размещенными в нем ловушкой и осесимметрично расположенными электроизолированными от корпуса катодом и геттерного материала и нолым анодом, анод выполнен в виде экрана, перекрывающего всю поверхность корпуса, за исключением участка, расположенного за рабочей поверхностью катода в сторону от анода, и участка, перекрытого ловущкой, а ловушка снабжена токовводом, изолированным от корпуса и анода.

Нагрев и обезгаживание сорбирующей поверхности насоса, которой является поверхность тонкостенного анода и оптически непрозрачной ловущки, осуществляется энергией дугового разряда при форвакуумной откачке насоса. При горении дуги в электродугово.м испарителе с камерой-анодом примерно 2/3 подводи.мой энергии выделяется на аноде.

Поскольку масса анода в предлагаемой конструкции меньше массы вакуумной камеры, то ее нрогрева в m, раз меньше времени прогрева вакуумной камеры

(mj и nij - массы вакуумной

камеры и анода, соответственно и Ct и с - теплоемкости материала вакуумной ка.меры и анода соответственно) при одинаковой мощности нагрева.

С целью выравнивания температуры прогрева ловущки и оболочки они изолированы друг от друга. При этом прогрев ловущки и оболочки может производиться как от независимых источников питания, так и от одного источника. В последнем случае ловушка и оболочка подсоединяются к положительному полюсу источника питания поочередно через коммутирующее устройство. Таким образом, анодом испарителя, а следовательно, приемником электрической энергии поочередно становится то оболочка, то ловущка.

Скважность импульсов включения оболочки и ловущки можно определить из соотношения ti/i2.Mj/Mj, где М, - масса оболочки, Mj - масса ловушки.

На чертеже приведена конструктивная схема предлагаемого насоса в варианте, когда прогрев ловушки и оболочки осуществляется от одного источника питания.

Насос содержит катод 1 из геттерного материала, соленоид 2, вакуумную камеру 3, тонкостенной анод 4, трубки 5 системы водяного охлаждения, оптически непрозрачную ловушку 6, токовводы 7 ловущки и оболочки, электрокоммутатор 8, источник 9 питания, резистор 10, ограничивающий ток дуги, и поджигающее устройство 11.

Работает насос следующим образом.

При достижении форвакуума в откачиваемом объеме 1.102 мм рт. ст. с помощью

электроразрядного поджигающего устройства 11 между катодом 1, анодом 4 и оптически непрозрачной ловушкой 6 зажигается дуга. При этом вода в систему охлаждения ловушки и анода не подается.

Соленоид 2 электродугового испарителя, служащий для удержания катодного пятна на поверхности испарения катода 1, образует конфигурацию магнитных полей, в основном ,пересекающих тонкостенный анод. Поэтому поток электронов, движущихся по силовым линиям магнитного поля,, направлен к аноду. При подключении к источнику питания с помощью электрокоммутатора 8 оптически непрозрачной ловушки 6 поток электронов вынужден переместиться и электрическим полем направляется к ловушке, прогревая ее. Поочередно подключая с помощью коммутатора 8 источник 9 питания к аноду или к оптически непрозрачной ловушке, прогревают их до необходимой температуры (250- 300°С). После прогрева в систему охлаждения ловушки и анода подают сначала воздух, а затем воду и начинают процесс откачки с помощью электродугового насоса.

В вакуумную камеру диаметром 1000 и длиной 900 мм устанавливают анод в виде обечайки из листовой меди толщиной 1 мм. Диаметр обечайки 940 мм. Масса обечайки (вместе с припаянными к ней трубками системы водяного охлаждения) составляет примерно 32 кг. Оптически непрозрачная ловушка представляет собой шеврон из медных пластин толщиной в 1 мм, укрепленных на медных трубках. Масса ловушки составляет 30 кг. Испарение титана производят электродуговым испарителем титана с магнитным удержание.м катодного пятна. Рабочий ток испарителя 60-500 А. Источник питания состоит из двух параллельно включенных выпрямителей: стабилизирующего мощностью 4 кВт и силового мощностью 12 кВт.

Время прогрева оболочки и ловушки до 250°С составляет около 14 мин, врем.я охлаждения оболочки и ловушки - 8 мин. Таким образом, полный цикл и охлаждения не превышал 22 мин.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно сократить время выхода насоса на рабочий режим по сравнению с известными.

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СОРБЦИОННЫЙ НАСОС, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем ловущкой и осесимметрично расположенными электроизолированными от корпуса катодом из геттерного материала и полым анодом, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени выхода его на рабочий режим, анод выполнен в виде экрана, перекрывающего всю поверхность корпуса, за исключением участка, расположенного за рабочей поверхностью катода в сторону от анода, и участка, перекрытого ловущкой, а ловущка снабжена токовводом, изолированным от корпуса и анода.