DE3112862C2

DE3112862C2 - Kryopumpenanordnung

Info

Publication number: DE3112862C2
Application number: DE3112862A
Authority: DE
Inventors: John William Columbus Ohio Bonn
Original assignee: Pennwalt Corp Philadelphia Pa; Pennwalt Corp
Current assignee: Process Systems International Inc (ndgesd St
Priority date: 1980-04-01
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1984-10-25
Also published as: GB2077362B; FR2479345A1; CA1141556A; JPH0144906B2; DE3112862A1; US4275566A; CA1231241B; FR2479345B1; JPS56154176A; GB2077362A

Abstract

Eine Kryopumpenanordnung umfaßt eine Einrichtung für die Zuführung von Tieftemperaturfluid, eine Einrichtung für die Zuführung eines Kühlfluids von höherer Temperatur, eine Platte mit Wärmeaustauscherflächen auf ihren beiden Seiten und mit einem Kanal, durch den Tieftemperaturfluid hindurchströmt, ferner einen im Zickzack führenden Durchlaß, der von gegenüberliegenden Seiten zweier Strahlungsschirme gebildet wird, die Abstand voneinander haben und zwischen denen die Platte angeordnet ist. Die Strahlungsschirme haben Abstand von der Platte und decken die Platte zwischen sich optisch ab. Einander entsprechende Ränder benachbarter Schirme definieren unten offene kanalartige Durchlässe für Gas, das hindurchströmt zu zugeordneten Wärmeaustauscherflächen einer zwischen den Schirmen liegenden Platte. Die Schirme enthalten Leitungen für den Durchstrom von Kühlfluid. Wärmeisolierende Positionier-Abstandsstücke berühren zwei benachbarte Schirme und eine dazwischenliegende Platte; sie halten die Schirme und die Platte in Abstand voneinander.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kryopumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches I.

In der älteren Anmeldung DE-OS 29 07 055 (O. T. 28. August 1980), die als Stand der Technik gilt, wird eine Kryopumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben, bei der als Schirme einfach gewinkelte Bleche, die mit Abstand übereinander angeordnet sind, die Kaltfläche umgeben. Durch die Schirme wird die Sauggeschwindigkeit herabgesetzt, da die abzusaugenden Gasmoleküle die Kaltflächen erst auf einem relativ großen Umweg erreichen können, der durch die gewinkelte Ausbildung der Schirme bedingt ist.

Aus der US-PS 3 175 373 ist eine Kryopumpenanordnung mit Z-förmig gewinkelten Schirmen bekannt. Die abzusaugenden Gasmoleküle müssen dabei zweimal ihre Bewegungsrichtung ändern, da sie einen entsprechend Z-förmigen Weg durchlaufen müssen, so daß die Sauggcschwindigkcil noch stärker verringert wird.

Aus den DE-OS 15 03 677 und 19 38 035 sind Kryopumpenanordnungen bekannt, bei denen die Kaltflächen durch einfache, ebene Lamellen gegen einfallende Wärmestrahlung geschützt sind. Die Lamellen selbst setzen den abzusaugenden Gasmolekülen dabei zwar keinen wesentlichen Strömungswiderstand entgegen, die Gasmoleküle können die Kaltflächen jedoch erst nach Reflexion an den Wänden erreichen. Die Saugieistung im Vergleich zur Größe der Kaltflächen ist hierbei dadurch beschränkt, daß die Gasmoleküle nur auf einer ίο Seite der Kaltflächen kondensieren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kryopumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Saugleistung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die abzusaugenden Gasmoleküle durch die auf beiden Seiten der Z-förmig gewinkelten Schirme gebildeten öffnungen zu den Kaltflächen gelangen können und dabei keine größeren Umwege zurücklegen müssen.

Bei der im Anspruch 2 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung wird eine hohe mechanischem Stabilität erreicht, die eine große Baulänge ermöglicht Bei der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird eine Relativbewegung zwischen den Schirmen und den Kaltflächen ermöglicht, wie sie beim Herunterkühlen der Anordnung auftritt, wobei der Wärmeübergang zwischen Schirmen und Kaltflächen so gering wie möglich gehalten wird.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird der von den abzusaugenden Gasmolekülen zurückzulegende Weg soweit wie möglich verkürzt. Gemäß Anspruch 5 ist die Kühlleitung so in die Schirme integriert, daß zusätzlich die mechanische Stabilität erhöht wird.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 erhöht die mechanische Stabilität insbesondere der Kaliflächen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine in der Vertikalen gedehnte schematische Seitenansicht einer Kryopumpenanordnung; F i g. 2 einen Querschnitt aus der Blickrichtung 2-2 in F i g. I durch die Kryopumpenanordnung;

F i g. 3 einen Querschnitt eines Teils der Kryopumpenanordnung aus der Blickrichtung 3-3 in F i g. 1;

Fig.4 eine isometrische Ansicht der Strahlungsabschirmung der Kryopumpenanordnung nach den Fig. 1. 2 und 3;

F i g. 5 eine isometrische Ansicht einer Kaltfläche der Kryopumpenanordnung nach den Fig. 1,2 und 3 und

F i g. 6 und 7 ein Zerlegbild eines Teils der Kaltfläche und der Strahlungsabschirmung der Kryopumpenan-Ordnung nach den Fig. 1, 2 und 3 mit der Darstellung der Halteeinrichtungen, die die Kaltflächen und Schirme in Abstand voneinander halten.

In den Fig. 1,2 und 3 besteht die Kryopiimpenanordnung 10 aus einer Kaltfläche 12, die ausgespannt ist zwischen zwei wärmeleitenden Strahlungsschirmen 14. Eine Mehrzahl von Kaltflächen 12 und Schirmen 14 ist so angeordnet, daß sich zwischen zwei Schirmen 14 jeweils eine Kaltfläche 12 befindet, so daß sich ein Schirm - Kaltfläche - Schirm - Kaltfläche - Schirm b^r> Kaltfläche— Schirm-Aufbau ergibt, wie er am deutlichsten in F i g. 1 zu erkennen ist. F ι g. I zeigt den Schirm-Kaltflächc-Aufbau. wobei die Schirme 14 und die Kaltflachen 12 in gedehnter Anordnung mit schematisch

groß gezeichneten Abständen voneinander wiedergegeben sind, um die abwechselnde Anbringung von KaIt-Flächen 12 und Schirmen 14 zu verdeutlichen. In Wirklichkeit sind natürlich die Schirme 14 so nahe zusammengeführt, daß die einzelnen Kaltflächen 12 zwischen benachbarten Schirmen 14 von den neben ihnen angeordneten Schirmen 114 gegenüber der direkten Sicht aus dem Bereich außerhalb der Kryopumpe optisch abgedeckt sind; die optisnjiie Einschließung der Kaltflächsn 12 durch benachbarte Schirme 14 ist am besten in F i g. 2 erkennbar.

Gemäß F i g. 1 wird durch die Leitungen 16 bzw. 18 Tieftemperaturfiuid, vorzugsweise flüssiges Helium, in die Kryopumpenanordnung 10 hinein und aus ihr hinaus geführt. Jede Kaltfläche 12 ist durch Verbindungsrohre 20 mit den Leitungen 16 und 18 verbunden, so daß sich eine Parallelströmung von Tieftemperaturfiuid durch die Kaltflächen 12 aus der Leitung 16 in die Leitung 18 ergibt Der Strom des als Tieftemperaturfiuid bevorzugten flüssigen Heliums ist in Fig. 1 durch die Pfeile mit den Erklärungen »He-Zuiaui« bzw. »He-Ablauf« gekennzeichnet.

Nach F i g. 1 sind außerdem alle Schirme 14 mit ikren beiden Enden an wärmeleitenden Rohranschlußplatten 22 aus Metall (vorzugsweise aus Aluminium) befestigt; die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Schweißungen 23. Infolgedessen stehen die Rohranschlußplatten 22 in thermischer Verbindung mit den Schirmen 14 und nehmen deren Temperatur an, die im wesentlichen derjenigen des Kühlfluids entspricht, das durch die in die Schirme 14 eingeformten Kanäle strömt. Die Kanäle innerhalb benachbarter Schirme 14 sind mit Verbindungsrohren 24 hintereinandergeschaltet. Die Kanäle der ganz oben und ganz unten liegenden Schirme 14 (F i g. 1) der Kryopumpenanordnung sind an eine Kühlfluidversorgung angeschlossen, vorzugsweise eine Versorgung mit flüssigem Stickstoff, wie in Fi g. 1 mit »Zulauf fIüss.N₂« und »Ablauf flüss.N2« angedeutet. Infolgedessen verläuft die Strömung des als Kühlfluid bevorzugten flüssigen Stickstoffs durch die Schirme 14 nach Art einer Reihenschaltung.

Damit die Verbindungsrohre 20 keinen Kontakt mit den Rohranschlußplatten 22 erhalten, sind in ihnen Durchlaßöffnungen 26 mit Spiel für die Verbindungsrohre 20 vorgesehen. D^;e Kaltflächen 12 sind im übrigen in Längsrichtung etwas kürzer als der Abstand zwischen den Rohranschlußplatten 22, so daß kein Kontakt zwischen den Kaltflächen 12 und den Rohranschlußplatten eintreten kann. Man erkennt das am besten in Fig. 3. Aus F i g. 3 ist außerdem zu entnehmen, daß die Rohranschlußplatten 22 vorzugsweise aus aufrecht stehendem Profilstahl hergestellt sind. Da die Rohranschlußplatten 22 im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen, »sieht« jede Kaltfläche 12 nur eine Umgebung, die durch die Rohranschlußplatten 22 und die beiden dieser Kaltfläche 12 benachbarten Schirme 14 gebildet wird, die sich praktisch auf der Temperatur des Kühlfluids befinden.

Nach F i g. 5 besitzt jede Kaltfläche 12 auf ihren einander abgewandten Seiten Wärmeaustauschflächen 28 und 30 und umschließt einen eingeformten Kanal 32 (Fig.2) zum Fortleiten von Tieftemperaturfiuid durch die Kaltfläche 12, das den Wärmeaustausch über die Wärmeaustauschflächen 28 und 30 bewirkt. Alle Ka'tflächen 12 haben hohe Wärmeleitfähigkeit, bestehen vorzugsweise aus Aluminirm und stellen ein einheitliches Extrusionsteil dar, in das beim Extrudieren eine Kühlleitung 32 eingeforir.t ist. (Nach Fig. 5 stehen die Verbindungsrohre 20 aus der Kühlleitung 32 der dargestellten Kaltfläche 12 vor; sie sind vorzugsweise mit der Kaltfläche 12 verschweißt.) Jede Kaltfläche 12 besitzt vorzugsweise aufrecht stehende angeformte Rippen 34

und 36, die praktisch über ihre gesamte Längserstrekkung verlaufen und ein Verbiegen der Kaltfläche 12 verhindern sollen. Die Rippen 34 und 36 werden ebenfalls zusammen mit der Kaltfläche 12 extrudiert. Die Rippen 34 und 36 stehen an der Kaltfläche 12 in größerem Abstand von der Kühlleitung 32; diese in F i g. 2 gezeichnete Anordnung ergibt die maximale Festigkeit gegen eine Verbiegung der Kaltfläche, weil auch die Kühlleitung 3Z dessen Querschnitt groß gegenüber der übrigen Kaltfläche 12 ist, deren Verbiegbarkeit herabsetzt.

Nach Fig.4 ist jeder wärmeleitende Strahlungsschirm 14 Z-förmig ausgebildet und weist einen eingeformten Kanal 38 auf, der in Längsrichtung praktisch über die ganze Länge des Schirms reicht und das Kühlfluid innerhalb des Schirms 14 führt. Nach ^r i g. 4 stehen Verbindungsrchrc 24 aus dem Kanal 38 c?s gezeigten Schirms 14 vor. Die Verbindungsrohre 24 sina vorzugsweise an den Schirm 14 angeschweißt. (Den Kanal 38 erkennt man am besten in Fig. 2.) Jeder Schirm umfabi vorzugsweise einen Mittelabschnitt 40 und zwei Randteile 42 bzw. 44. Der Mittelabschnitt 40 und die Randteile 42,44 verlaufen über die gesamte Länge des Schirms 14, wobei die Randteile 42,44 in entgegengesetzte Richtungen von der jeweiligen Längskante de·; Mittelab-Schnitts 40 aus zeigen, so daß der Schirm 14 insgesamt Z-Form erhält. Die beiden voneinander abgewandten Seiten jedes Schirms 14 sind allgemein mit 100 und 102 bezeichnet. Von den Enden des Schirms 14 gehen die Verbindungsrohre 24 aus und verbinden jeweils benach-

S5 barte Schirme 14 miteinander, so daß der obere Schirm 14 und der untere Schirm 14 an den Enden (in Vertikalrichtung) der Kryopumpenanordnung mit der Kühlfluidversorgung verbunden sind. Die Randteile 42 ur>d 44 jedes Schirms 14 verlaufen parallel zueinander. Der Schirm 14 wird extrudiert, und der Kanal 38 wird zusammei. mit dem Schirm 14 extrudiert, der eine aufrechistehende angeformte Rippe 46 aufweist, die sich praktisch über die Gesamtlänge des Schirms 14 erstreckt und die Formfestigkeit des Schirms 14 verbessert. Der Kanal 38 ist dort angeordnet, wo der Mittelabschnitt 40 mit dem Randteil 42 zusammenstößt, während die Rippe 46 in der Nähe der Verbindung des Mittelabschnitts 40 mit dem anderen Randteil 44 steht. Dieser Abstand der Rippe 46 von dem Kanal 38 begünstigt eine

)0 hohe Biegefestigkeit des Schirms 14, da der Kanal 38 mit seinem gegenüber den übrigen Teilen des Schirms 14 großen Querschnitt auch zur Verhinderung von Verbiegungrn d-.s 'Schirms 14 beiträgt. Jeder Schirm 14 besitzt einen stabilen Teil 48 bzw. 50 größeren Querschnitts

'Λ dort, wo der Randteil 42 bzw. 44 mit dem Mi'.telabschnitt 40 zusammentrifft; sie sind am besten erkennbar in den F i g. 6 und 7. Die Rippe 46 ist als eine von dem Randteil 44 fortstrebende Verlängerung dieses Randteils 44 ausgeführt und bildet in Verbindung mit dem Mittelabschniit 40 eine in Längsrichtung verlaufende Hohlkehle 52, die sich etwa unter einem rechten Winkel öffnet. Man erkennt das am besten in Fig. 7. Auf einer Fläche 100 des Mittelabschnitts 40, die der Fläche 102, die einen Teil der Hohlkehle 52 bildet, abgewandt ist, ist ein in Längsrichtung verlaufender Wulst 54 ausgebildet, der über ein Halsteil 56 mit dem Schirm 14 in der Nähe der Verbindung von Mittelabschnitt 40 und Randteil 42 verbunden ist. Man sieht das am besten in F i g. 6.

IZ ÖDZ

Wie die Fi g. 2 erkennen läßt, begrenzen die Flächen 100 und 102 eines jeden Paares benachbarter Z-förmiger Schirme 14 einen zickzackförmigcn Durchlaß 58. Jede Kaltfläche 12 liegt innerhalb eines dieser zickzackförmigen Durchlässe 58. Die Kanäle 38 in den Schirmen 14 führen Kühlflüssigkeit durch den Schirm 14 und stellen eine Wärmeübergangsverbindung zwischen dem Wandaufbau des Durchlasses 58, begrenzt durch die Flächen 100 und 102 der Schirme 14, und dem Fluid her. Die jeweiligen Wärmeaustauschflächen 28 und 30 haben Abstand von den einander abgewandten Flächen 100 und 102 des Durchlasses 58. in dem sich jede Kaltfläche 12 befindet. Jeder Durchlaß 58 weist an seinen Enden öffnungen auf, die von zugeordneten, nach außen zeigenden Enden 90 und 92 der zugeordneten Rundteile 42 und 44 benachbarter Schirme 14 gebildet werden, um Gas zu den zugeordneten Wärmeaustauschflächen 28 und 30 der Kaltfläche 12 hindurchzulcitcn, die sich im Inneren des Durchlasses 58 befindet. Einander zugeordnete Randteile 42 und 44 benachbarter Schirme 14 überlappen einander, ohne sich zu berühren, so daß jede Kaitfläche 12 innerhalb jedes Paares von Schirmen 14 optisch dicht eingeschlossen ist. Die den Wandaufbau des Durchlasses 58 bildenden Randteile 42 und 44 befinden sich in wirksamer Stellung zwischen den eingeschlossenen Kaltflächen 12 und den durch die zugeordneten und zueinander gehörigen Enden 60 und 62 benachbarter Schirme 14. Die jeweiligen Randteile 42 und 44 benachbarter Schirme sind als jeweils längsverlaufende, unten offene Durchlaßkanäle für einen Gasstrom zu den jeweiligen Wärmeaustauscherfiächen 28,30 der eingeschlossenen Kaltfläche 12 anzusehen.

Die Kaltflächen 12 und die Schirme 14 verlaufen vorzugsweise sämtlich parallel zueinander. Die Mittelabschnitte 40 der Schirme 14 verbergen benachbarte KaItflächen 12 optisch voreinander und haben eine auf die Kaitfläche i2 projizierte Querersireckung, die größer ist als die der Kaltfläche 12. Wie Fig.2 erkennen läßt, verlaufen die Mittelabschnitte 40 der Schirme 14 vorzugsweise schräg zu den Kaltflächen 12.

Mit Abstand voneinander sind in Längsrichtung an der Kaltfläche 12 eine Mehrzahl von ersten bzw. zweiten Halteeinrichtungen angeordnet, die mit 60 bzw. 62 bezeichnet sind. Sie wirken mit dem Wulst 54 bzw. der Hohlkehle 52 zusammen, um die Abstandsverhältnisse zwischen benachbarten Kaltflächen 12 und Schirmen 14 aufrechtzuerhalten, während eine thermisch bedingte Relativbewegung zwischen benachbarten Kaltflächen 12 und Schirmen 14 möglich ist.

Fig.6 zeigt deutlich, daß die erste Halteeinrichtung 60 aus einem Isolierblock 64 besteht, der an der Kaitfläche 12 mittels einer runden Achse 66 befestigt ist, auf der Aufsteckmuttern 68 sitzen. Die Achse 66 läuft mit Spiel durch eine Öffnung in der Kaitfläche 12 und durch eine Mittelöffnung in dem Block 64. Zwischen Block 64 und Kaitfläche 12 befindet sich eine Unterlegscheibe 70. Der Block 64 und die Achse 66 bestehen vorzugsweise aus einem Phenolharzmaterial mit hohem !solierwert, beispielsweise aus dem Polykarbonatharz, das von der General Electric Company unter dem Handelsnamen LEXAN vertreiben wird. In dem Block 64 ist ein Schlitz 72 vorgesehen, der um den Block 64 herumführt. Der Schlitz 72 verläuft zumindest mit einem Abschnitt in Längsrichtung, so daß er den Wulst 54 eines benachbarten Schirms 14 gleitend gelenkig aufnehmen kann. Diese gelenkige Verbindung ist am besten in F i g. 2 /u erkennen. (In F i g. 6 ist die erste Halleeinrichtung 60 von dem Wulst getrennt gezeichnet, um die 7.cichnung deutlicher zu machen.)

An dem der ersten Halteeinrichtung 60 abgewandten Rand der Kaltfläche 12 befindet sich die .-weite Halteeinrichtung 62, an der ein erster bzw. ein zweiter schei-

ί benartiger Abstandsteil 74 bzw. 76 mit jeweils nach außen konvexer Überfläche 78 bzw. 80 vorgesehen ist (F i g. 7). Die Abstandsteile 74 und 76 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Isoliermaterial wie der Block 64 und sind an den entgegengesetzten Seiten der Kaltfläehe 12 durch eine Achse 82 befestigt, die durch die Abstandsteile 74 und 76 hindurchläuft und durch die Kaitfläche 12 mittels einer öffnung mit Spiel geführt ist, wobei Aufsteckmuttern 68 die Achse 82 auf der Außenseite der Abslandsteile 74 und 76 umfassen. Die Achse 82 besteht ebenfalls aus wärmeisolierendem Werkstoff, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Block 64. Unterlegscheiben trennen die Aufsteckmuttern 68 von den Abstandsteilen 74 und 76. Die Abstandsteile 74 und 76 bewegen sich gleitend an der Hüiiikcnlc 32 eines benachbarten Schirms 14, wie man am besten der F i g. 2 entnimmt, wobei die konvexen Oberflächen 78 und 80 die zugeordneten ebenen Flächen der Hohlkehle 52 berühren. In F i g. 7 ist die zweite Halteeinrichtung 62 von der Hohlkehle getrennt gezeichnet.

Da benachbarte Schirme 14 durch die starre Verbindung mit den Rohranschlußplatten 22 gehalten werden, gibt es keine gegenseitige Bewegung zwischen benachbarte;.-Schirmen 14. Dagegen erlaubt die gleitbare Aufnahme des Wulstes 54 in dem Schlitz 72 und die Gleitführung der scheibenförmigen Abstandsteile 74 und 76 in der Hohlkehle 52 (vgl. insbesondere F i g. 2) eine thermisch bedingte Relativbewegung in Längsrichtung zwischen einer Kaltfläche 12 und den sie umschließenden Schirmen 14. Das ist erforderlich, weil die Kaltflächen

12. die vorzugsweise mit flüssigem Helium gekühlt werden, sich auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur befinden als die Schirme J4, die vorzugsweise mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Wenn die Kryopumpenanordnung 10 gestartet wird und die bevorzugten Kühlmittel flüssiges Helium bzw. flüssiger Stickstoff in Kaltflächen 12 bzw. Schirme 14 eingeführt werden, verkürzen sich, wenn die Kryopumpenanordnung 10 die Kühlung auf Arbeitstemperatur vorgenommen hat, die KaItflächcn 12 wesentlich stärker als die Schirme 14, was zu einer Relativbewegung zwischen diesen führt.

Man beachte, daß die gekrümmte Außenfläche des Wulstes 54 die geraden Flächen berührt, die die Innenseite des Schlitzes 72 bilden und daß entsprechend die gekrümmten Flächen 78 und 80 die geraden Flächen

so berühren, die die Hohlkehle 52 aufweist Diese.« Zusammenwirken von gekrümmten Flächen mit geraden Flächen führt dazu, daß nur linienhafte Berührung zwi sehen den jeweiligen Flächen auftritt wodurch der Wärmeübergang zwischen benachbarten Kaltfiächen 12 unc Schirmen 14 auf einen Mindestwert herabgesetzt wird.

Während des Betriebs der Kryopumpenanordnunj

werden flüssiger Stickstoff bzw. flüssiges Helium in der durch die Pfeile und Erklärungen in F i g. 1 angegebener Richtungen gepumpt Nach dem Herunterkühlen dei

bo Kaltfiächen 12 und Schirme 14 auf die jeweiligen Tem peraturen des jeweiligen Tieftemperatur- oder Kühl fluids haften die Moleküle von Gasen, deren Festpunk oberhalb der Temperatur des flüssigen Heliums lieger beim Auftreffen auf die Kaitfläche 12 an dieser. Gasmo

bs ieküie. die zwischen benachbarten Schirmen in dei durch die Pfeile A bzw. B bezeichneten Richtungei (F i g. 2) eintreten, bleiben beim Auftreffen auf die züge ordneten Wärmeaustauschflächcn 28 bzw.30 daran hai

ten und führen die Saugwirkung herbei. Die Schirme 14 und Rohranschlußplatten 22, die die Kaltfläche 12 optisch innerhalb einer Umgebung umschließen, die praktisch auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs gehalten wird, setzen den Übergang von Strahlungswarme von warmen Gegenständen außerhalb der Kryopumpenanor-inung 10 auf die Kaltflächen wesentlich herab, wodurch dsr Umfang der Kühleinrichtung, die erforderlich ist, um den Strom von flüssigem Helium durch die Kaltflächen aufrechtzuerhalten, außerordentlich klein gehalten werden kann.

Die Schirme 14 und Kaltflächen 12 der Kryopumpe werden vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Aluminium ist deshalb besonders geeignet, weil es gute Wärmeleitfähigkeit sowie relative Duktilität bei niedrigen Temperaturen hat und durch Extrudieren leicht in die erforderliche Form gebracht werden kann.

Die Kryopumpenanordnung 10 kann in einer Vakuumkammer angebracht werden, indem man die Rohranschlußplatten 22 im Kammerinneren in geeigneter, gut wärmeisolierender Weise befestigt.

Für die Kryopumpenanordnung 10 sind Wellrohre nicht erforderlich. Die schwimmende Anordnung der Kaltfläche 12 gegenüber den Strahlungsschirmen 14 und Rohranschlußplatten 22 gestattet thermische Ausdehnung und Zusammenziehung und ist zuverlässiger, als wenn für diesen Zweck Wellrohre eingesetzt würden. Bei einem Aufbau der Kryopumpenanordnung 10 in der in F i g. 1 gezeichneten Weise, wobei Rohranschluß latten 22 insgesamt vertikal aufrecht und Kaltflächen 12 und Schirme 14 vertikal übereinander angeordnet sind, ist eine bessere thermisch bedinge Relativbewegung zwischen diesen möglich, während die Gesamtkonstruktion verhältnismäßig starr ist.

Die Anordnung kann mit Kaltflächen 12 und Schirmen 14 von bis zu etwa 9 m Länge zwischen den Rohranschlußplatten 22 (F i g. 1) hergesteüt werden. Die aufrecht stehenden Rippen 34 und 46 verhindern zusammen mit den in den Kaltflächen 12 und Schirmen 14 eingeformten Kanälen ein übermäßiges Verbiegen. Die Schirme 14 werden vorzugsweise mit einem Winkel C (F i g. 2) von etwa 109° und einem Winkel D von ungefähr 45° gegen die Vertikale (F i g. 2) gefertigt. Der Winkel E(F i g. 7) mißt vorzugsweise ungefähr 90°, der Winkel F(Fig.7) vorzugsweise etwa 71°. Die Schirme 14 können mit einer Horizontalbreite (Fig.2) von etwa 35 cm gefertigt und so an den Rohranschlußplatten 22 angebracht werden, daß zwischen korrespondierenden Teilen benachbarter Schirme 14 ungefähr 10 cm Abstand verbleiben. Eine von einem derartigen Schirm 14 umschlossene Kaltfläche 12 kann vorzugsweise etwa 130mm breit sein (Q in Fig.5) und ist in der Mitte unmittelbar neben der Kühlleitung 32 etwa 6,3 mm und der Schirm 14 ist im Bereich des Mittelabschnitts 40 und der Randteile 42 und 44 in einigem Abstand von den Zusammenführungsbereichen dieser Teile ebenfalls etwa 63 mm dick.

Die Halteeinrichtungen 60 und 62 können bis zu 2,1 m Abstand voneinander haben, wenn die Kaltflächen 12 und Schirme 14 in der Länge von 9 m hergestellt werden. Es ist darauf zu achten, daß die Halteeinrichtungen 60 und 62 nicht so weit auseinander stehen, daß eine Durchbiegung der Kaltflächen 12 eine Berührung mit dem Schirm 14 zur Folge hat, denn eine derartige Berührung würde zum »Kurzschließen« des Schirms 14 führen, womit die Schirmtemperatur auf diejenige der Kaltfläche 12 während des Pumpbetriebs fällt, was zu einem überaus großen Anstieg der erforderlichen Tieftemperaturkühlung zur Folge hat.

Die Mittelabschnitte 40 der Schirme 14 können ein Maß N (Fig.2) von etwa 190mm haben, wobei die Randteile 42, 44 etwa 140 mm lang sind (Maß P in

') Fig. 2). Das hat einen senkrechten Abstand zwischen benachbarten Schirmen 14 von etwa b3,5 mm zur Folge (Maß/?in Fig.2).

Die Winkel zwischen den Randteilen 42, 44 und dem Mittelabschnitt 40 der Schirme 14 ist nicht kritisch, so lange die Schirme 14 ihre Z-Form behalten und damit die umschlossenen Kaltflächen 12 optisch dicht abdekkcn. Wenn jedoch die Schirme 14 in größeren Abstand gebracht werden, muß der Winkel C, wenn die eingeschlossene Kaltfläche 12 optisch dicht abgedeckt blei- ben soll, zwischen dem Randteil 42, 44 des Schirms 14 und dem Mitteiabschnitt 40 in Fig.2 verkleinert werden. Wenn der Winkel C kleiner wird, nimmt auch die Sauggeschwindigkeit der Anordnung ab. Wird jedoch die Kaltflächenbreite (MaU Q in Fig.5) vergrößert, wächst auch die Sauggeschwindigkeit. Einer der Vorteile der beschriebenen Kryopumpenanordnung 10 ist, daß das Verhältnis von Kaltflächenbreite Q zu dem Abstand zwischen benachbarten Schirmen 14 (Maß Sin Fig.2) groß ist, was auch zu hohen Sauggeschwindigkeiten führt.

Der Durchlaß 58 in F i g. 2 kann als Hohlraum aufgefaßt werden, in dem die Kaltfläche 12 einen Teil der Hohlraumwand bildet und der Rest der Hohlraumwand von einem Mittelabschnitt 40 eines Schirms 14 gebildet wird. Der Eingang in den Hohlraum kann dann längs einer (in F i g. 2 nicht gezeichneten) Linie erfolgen, die die einander entsprechenden Verbindungsstellen von Mittelabschnitt 40 und Randteil 42,44 bei benachbarten Schirmen 14 miteinander verbindet. Der Randteil des Schirms 14, dessen Mittelabschnitt 40 den Rest der Hohlraumwand bildet, geht von der Hohlraumöffnung aus, um die Kaitfiächc 12 in dem Hohlraum gegen direkten Einfall von außerhalb des Hohlraums entstehender Strahlung abzuschirmen. Der Randteil 42, 44 des Schirms 14 verläuft so, daß eine beliebige Gerade von der Kaltfläche 12 innerhalb des Hohlraums durch die Hohlraumöffnung den Randteil 42, 44 schneidet. Ein Vorteil der beschriebenen Kryopumpe liegt darin, daß diese Hohlräume paarweise in verschränkter Anord-

Λ5 nung gebildet sind, wobei jede Kaltfläche 12 eine Saugfläche liefert, die einen Teil des Inneren zweier Saughohlräume bildet. Praktisch die gesamte Fläche jeder Kaltfläche 12 steht als Saugfläche zur Verfügung. Die Beziehung zwischen den Abmessungen der Hohl raumöffnung, in Fig.2 durch das Maß 5definiert, und der Hohlraumtiefe, in F i g. 5 durch die Kaltflächenbreite Q definiert, bestimmt die theoretische Maximalsauggeschwindigkeit der Kryopumpenanordnung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kryopumpenanordnung mit einer Mehrzahl parallel übereinander angeordneter, gekühlter, gewinkelter Schirme, die optisch dicht die Kaltflächen unter Bildung eines Durchlaßkanals einschließen, wobei die Schirme und die Kaltflächen thermisch voneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme (!4) Z-förmig gewinkelt sind, so daß jeweils zwei Randteile (42,44) durch einen Mittelteil verbunden sind und daß die Kaltflächen (12) jeweils zwischen den beiden entgegengesetzten Knicklinien der Schirme (14) angeordnet sind.

2. Kryopumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kaltfläche (12) eine angeformte Rippe (34,36) aufweist, die sich im wesentlichen 'iber die Länge der Kaltfläche (12) erstreckt.

3. Kryopumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme (14) eine in Längsrichtung verlaufende Hohlkehle (52) und einen in Längsrichtung verlaufenden Wulst (54) aufweisen, der von einem Schlitz (72) in einer ersten Halteeinrichtung (60), die an der Kaltfläche (12) befestig! ist, in Längsrichtung gleitbar aufgenommen wird, und daß eine zweite Halteeinrichtung (62) von einer äußeren konvexen Form an der Kaltfläche (12) befestigt ist und von der Hohlkehle (52) des folgenden Schirmes (14) in Längsrichtung gleitbar aufgenommen wird.

4. Kryopumpenanordnung nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gek.· .nzeichnet, daß die Mittelabschnitte (40) der Schirme (14) eine Breite aufweisen, deren Projektion auf die Kaltflächen (12) größer ist als die Breite der Kaltflächen.

5. Kryopumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (38) längs einer Knicklinie der Schirme (14) verläuft.

6. Kryopumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (32) für die Kaltflächen (12) längs und innerhalb der Kaltflächen (12) verläuft.