Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere eine Kryopumpe zur Erzeugung von Vakuum.

Mit Hilfe von Kältemaschinen, die unter anderem in Kryopumpen ihre Anwendung finden, können sehr niedrige Temperaturen von weniger als 10 K realisiert werden. Hierdurch ist es z. B. möglich, ein sehr hohes Vakuum von bis zu 10 ^"10 mbar innerhalb einer geschlossenen Vakuumkammer zu erzeugen. Systeme zur Kälteerzeugung weisen eine Kompressorpumpe, wie beispielsweise eine Scrollpumpe auf, mit der ein Kältemedium komprimiert wird. Als Kältemedium wird Helium verwendet. Dies weist üblicherweise einen gewissen Anteil an Öl auf, um ein zu starkes Erwärmen des Heliums beim Komprimieren zu verhindern. Dem Kompressor in Förderrichtung des Kältemediums nachgeschaltet ist zunächst ein Wärmetauscher, um ein Kühlen des Mediums zu ermöglichen. Anschließend erfolgt ein Abscheiden des in dem Helium vorhandenen Öls. Dies erfolgt beispielsweise durch Vorsehen mehrerer Ölabscheider insbesondere zumindest einem Vor- und mindestens einem Feinabscheider. Ferner umfasst der Ölabscheider üblicherweise einen Adsorber, um Öldämpfe und dergleichen herauszufiltern. Nach dem Adsorber ist das Kältemedium im Wesentlichen rein, so dass es zu einem äußerst großen Anteil nur noch aus Helium besteht. Der Ölanteil liegt im Bereich von ppb.

Bisweilen treten bereits nach relativ kurzen Betriebszeiten Probleme bei Kältemaschinen auf. Es ist bisweilen schon nach kurzen Betriebszeiten nicht mehr möglich, die Kühleinrichtung wie den Kühlkopf bis auf die niedrigste Temperatur herunter zu kühlen. Es ist daher erforderlich, den Kühlkopf regelmäßig zu warten und zu reinigen, um die gewünschten tiefen Temperaturen erzeugen zu können . Dies ist mit hohen Kosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kältemaschine zu schaffen, bei der die Wartungsintervalle verlängert werden können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Kältemaschine dient zur Erzeugung von niedrigen Temperaturen innerhalb der Kühleinrichtung von insbesondere weniger als 10 K. Geeignet sind hierzu beispielsweise Kältemaschinen der Serie Coolpower der Anmelderin. Die Kältemaschine weist einen Kompressor zu Kompression des Kältemittels auf. Dem Kompressor in Förderrichtung des Kältemittels nachgeschaltet ist ein Olabscheider, der gegebenenfalls mehrere insbesondere hintereinandergeschaltete Olabscheider umfassen kann. Insbesondere kann der Olabscheider einen Grob- und/oder Vorabscheider und insbesondere mehrere Feinabscheider umfassen. Ferner ist es bevorzugt, dass der Olabscheider einen Öladsorber zur Reinigung des Kühlmediums aufweist. Zwischen dem Kompressor und dem Olabscheider kann ferner ein Wärmetauscher vorgesehen sein. Des Weiteren weist die Kältemaschine eine Kühleinrichtung, wie einen Kaltkopf auf. In der Kühleinrichtung expandiert das Kältemedium .

Untersuchungen haben gezeigt, dass die bisherigen Annahmen, warum eine Kryopumpe nicht mehr bis auf die gewünschten tiefen Temperaturen herunterkühlen kann, nicht vollständig richtig sind. Bisher wurde davon ausgegangen, dass in dem Kältemedium auch nach der Reinigung verbleibende Spuren an Öl und/oder Wasser dazu führen, dass eine häufige Wartung der Kühleinrichtung bzw. des Kaltkopfes erforderlich ist. Untersuchungen haben nun gezeigt, dass die Beeinträchtigung der Kühleinrichtung insbesondere aufgrund des Vorhandenseins von Stickstoff und Sauerstoff begründet ist. Auch andere Gase wie Neon, Argon, Kohlendioxid oder dergleichen können, wenn sie auftreten, schädlich sein.

Erfindungsgemäß ist daher der Kühleinrichtung in Förderrichtung eine Gasadsorptionseinrichtung vorgeschaltet. Durch die Gasadsorptionseinrichtung wird zumindest ein Teil der schädlichen Gase aus dem Kühlmedium herausgefiltert. Dies hat zur Folge, dass diese Gase, die innerhalb der Kühleinrichtung gefrieren, nicht mehr vorhanden sind und insofern die erforderlichen Wartungszyklen verlängert werden können.

Die Gasadsorptionseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass schädliche Gase, die insbesondere bei Temperaturen von weniger als 150 K, besonders bevorzugt weniger als 120 K und insbesondere weniger als 70 K gefrieren, adsorbiert werden. Nicht adsorbiert wird selbstverständlich das Helium.

Bevorzugt erfolgt ein Ausfiltern und/oder Adsorbieren von Stickstoff und/oder Sauerstoff durch die Gasadsorptionseinrichtung. Vorzugsweise werden auch andere Gase, die im Kaltkopf gefrieren können, wie beispielsweise Neon, Argon oder Kohlendioxid ausgefiltert respektive adsorbiert.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist die Gasadsorptionseinrichtung in einem Bereich angeordnet, in dem ein Gefrieren der entsprechenden schädlichen Gase noch nicht auftreten kann. Vorzugsweise ist die Gasadsorptionseinrichtung daher in einem Bereich > 150 K, vorzugsweise einem Bereich zwischen 150 K und 300 K angeordnet. Hierbei kann die Gasadsorptionseinrichtung außerhalb der Kühleinrichtung dieser vorgeschaltet angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Gasadsorptionseinrichtung beispielsweise am Einlass der Kühleinrichtung angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Gasadsorptionseinrichtung dem Ölabscheider in Strömungsrichtung des Kältemediums nachgeordnet ist. Insbesondere ist die Gasadsorptionseinrichtung einem Öladsorber der Ölabscheideeinrichtung nachgeordnet, so dass keine Verunreinigung der Gasadsorptionseinrichtung durch Öl erfolgen kann.

Diese Gasadsorptionseinrichtung kann als adsorbierende Schicht und/oder Pulver und/oder Gewebe und/oder als Sieb ausgebildet sein . Als adsorbierendes Material ist beispielsweise Zeolithe geeignet. Dies ist beispielsweise in DE 69606117 beschrieben.

Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Gasadsorptionseinrichtung im Kühlmittelkreislauf einer Kältemaschine. Hierbei wird die Gasadsorptionseinrichtung, insbesondere die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Gasadsorptionseinrichtung verwendet. Insbesondere weist die verwendete Gasadsorptionseinrichtung die vorstehend anhand der Kryopumpe beschriebenen Eigenschaften auf.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Skizze näher erläutert.

Die Skizze zeigt einen schematischen Aufbau einer Kryopumpe.

Die Kryopumpe weist einen Kompressor 10 auf, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Scrollpumpe handelt. Dem Kompressor 10 wird über eine Leitung 12 Helium und über eine Leitung 14 Öl zugeführt. Das komprimierte Gemisch aus Helium und Öl, das als Kältemittel dient, wird durch eine Leitung 16 zu einem Wärmetauscher 18 transportiert. Hier erfolgt ein Kühlen des durch die Kompression erwärmten Kältemittels. Anschließend wird das Öl aus dem Kältemittel gefiltert. Hierzu ist ein Ölabscheider vorgesehen. Der Ölabscheider umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Vorabscheider 20, einen ersten Feinabscheider 22, einen zweiten Feinabscheider 24 und einen Adsorber 26.

Zwischen dem zweiten Feinabscheider 24 und dem Adsorber 26 ist ein Überströmventil 27 zwischen Hoch- und Niederdruck angeordnet.

In Förderrichtung dem Adsorber nachgeschaltet ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gasadsorptionseinrichtung 28. Diese ist der Kühleinrichtung 30 bzw. dem Kaltkopf somit in Strömungsrichtung vorgeschaltet.

Die Gasadsorptionseinrichtung 28 ist in einem Bereich vor der Kühleinrichtung 30 angeordnet, in dem die Temperatur größer als die Temperatur ist, bei der das zu adsorbierende Gas gefriert.

Das in der Kühleinrichtung expandierte Kältemittel gelangt über eine Leitung 32 und die Leitung 12 wieder zum Kompressor 10. Ebenso wird über Leitungen 34, 36, 38 das abgeschiedene Öl wieder zurückgeführt.