DE2410672A1

DE2410672A1 - Dampfstrahl-vakuumpumpe

Info

Publication number: DE2410672A1
Application number: DE2410672A
Authority: DE
Inventors: Basil Dixon Power
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1973-03-08
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1974-09-12
Also published as: FR2220691A1; FR2220691B1; JPS5047210A; US3902330A; GB1448752A; IT1007414B

Description

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Augsburg, den 6. März

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,

London W6 9DX, England,

D amp fs trahl-Vakuumpump e

Die Erfindung betrifft eine Dampfstrahl-Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten Strahlrohranordnung und einer wassergekühlten Dampfsperre,

Eine Dampfstrahl-Vakuumpumpe dieser Art ist bereits vorgeschlagen worden. Bei dieser Pumpe ist die Dampfsperr

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wirkung durch die Tatsache begrenzt, daß die Dampfsperre wassergekühlt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dampfstrahl-Vakuumpumpe der eingangs dargelegten Art im Sinne einer Erhöhung der Dampfsperrwirkung zu verbessern.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Dampfstranl-Vakuumpumpe gemäß der Erfindung durch eine stromauf der Dampfsperre im Gasströmungsweg angeordnete, aus zwei voneinander trennbaren Teilen bestehende gekühlte Dampffallenanordnung gekennzeichnet, deren eines Teil durch die Gehäusewandung hindurch einsetzbar und daran befestigbar ist sowie eine Vorrichtung zum Wärmeentzug aufweist und daher als Wärmeableiter wirkt, und deren anderes, als Dampffalle wirkendes Teil durch einen Gehäuseeinlaß einsetzbar und thermisch mit dem erstgenannten Teil verbindbar ist»

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Pig, I eine teilweise geschnittene

Seitenansicht einer Dampfstrahl-Vakuumpumpe nach der Erfindung, und

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•y

Pig» 2 einen Schnitt durch einen Teil

der in Pig. I dargestellten Pumpe mit einem abgewandelten Wärmeableiter»

Das Gehäuse 2 der erfxndungsgemäßen Dampfstrahl-Vakuumpumpe ist im Bereich der oberen Düse 42 der Strahlrohranordnung nach außen erweitert. Dadurch verbleibt ein GasStrömungskanal mit ausreichend großem Querschnitt zwischen dem Gehäuse 2 und einer wassergekühlten Dampfsperre 10, die größtenteils oberhalb der Dampfstrahlanordnung angeordnet ist· Die Dampfsperre 10 weist jedoch ein bis unterhalb der oberen Dampfdüse 42 hinabragendes wassergekühltes Rohrstück 54 auf, welches als kalte Kappe wirkt·

Gemäß Pig. 1 weist der nach außen erweiterte Gehäuseteil einen zylindrischen Abschnitt 70 auf, der mittels einer Rohrschlange 8 gekühlt wird, durch welche kaltes Wasser hindurchgeleitet wird. An der Außenseite der zylindrischen Wandung 70 ist ein Ringflansch 72 beispielsweise durch Schweißen oder Hartlöten vakuumdicht angesetzte Der Plansch 72 bildet eine zylindrische Gehäuseöffnung und stellt außerdem eine im wesentlichen ebene, ringförmige Ansatzfläche für ein thermisches Abstandsstück 74 dar* Dieses Abstandsstück ist mittels Schrauben 76 am Plansch

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anschraubbar.

Vorzugsweise besteht das thermische Abstandsstück aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, jedoch mit ausreichend großer mechanischer Festigkeit, so daß es ein Wärmeableitungsteil 78 halten kann, welches in das Innere des Gehäuses 2 hineinragt. Bei in Betrieb befindlicher Pumpe wird der Zwischenraum zwischen dem Abstandsstück 74 und dem Wärmeableiter 78 evakuiert, so daß der Wärmeableiter 78 durch das Vakuum thermisch vom Gehäuse 2 isoliert ist*

Der Wärmeableiter 78 ist mit Hilfe geeigneter Mittel auf eine geeignete niedrige Temperatur kühlbar. Eine in den Zeichnungen dargestellte, jedoch nur als Beispiel dienende Möglichkeit besteht darin, am äußeren Ende des Wärmeabieiters 78 eine Vorrichtung 80 anzuordnen, welche dieses äußere Ende des Wärmeabieiters unter Ausnützung des Peltier-Effekts kühlt. Beim Peltier-Effekt handelt es sich um die Erscheinung, daß an der Verbindungsstelle zweier verschiedener Metalle Wärme freigesetzt oder aufgenommen wird, wenn diese Verbindungsstelle stromdurchflossen ist. Der elektrische Strom wird der Vorrichtung durch nicht dargestellte elektrische Leiter zugeführt und

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der Wärmeableiter 78 steht mit derjenigen Metallverbindungsstelle in thermischem Kontakt, welche in stromdurchflossenem Zustand Wärme absorbiert. Diejenige Metallverbindungsstelle, welche Wärme freisetzt, wird mittels durch Leitungen 82 zugeführtes Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Luft, gekühlt. Die Vorrichtung 80 ist so ausgebildet, daß die Größe der Wärmeabsorption durch die kalte Verbindung ausreichend groß ist, um die nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Dampffallenflächen ausreichend tief unterhalb diejenige Temperatur abzukühlen, welche die wassergekühlte Dampfsperre im Betrieb erreicht.

Pige 2 zeigt mehr im einzelnen als Fig. 1 eine abgewandelte Ausführungsform einer nach dem Peltier-Effekt arbeitenden Vorrichtung, Bereits anhand Pig, I erläuterte Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen·

Unmittelbar am Plansch 72 ist ein Gehäuse 96 befestigt, welches ein Peltier-Element 98 beherbergt, dessen heiße Verbindung mit einer Wandung 100 in Berührung steht und dessen kalte Verbindung mit dem äußeren Ende des Wärmeableiters 78 in Kontakt steht. Der Übersichtlichkeit halber sind die elektrischen Zuleitungen zum Peltier-Element 98 in der Zeichnung weggelassen* Eine Tellerfeder 102 übt einen

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mechanischen Druck auf die sich berührenden Flächen aus. Die Wandung 100 wird durch Wasser gekühlt, welches durch Leitungen 82 zugeführt und abgeleitet wird.

Der Wärmeableiter 78 wird mittels eines Abstandsstückes 74 gehaltert, welches gegenüber dem in Fig« I dargestellten Abstandsstück umgekehrt ist. Der hohlzylindrische Zwischenraum zwischen dem Abstandsstück 7^ und dem Wärmeableiter 78 ist vorzugsweise mit einem Wärmeisolator gefüllt, beispielsweise mit Zellulosefasern, Dadurch wird der Wärmeableiter 78 thermisch gegen das wassergekühlte Pumpengehäuse 2 isoliert, welches, verglichen mit der Betriebstemperatur des Wärmeabieiters 78» verhältnismäßig warm ist.

Anstatt der oben beschriebenen Peltier-Anordnung kann zur ausreichenden Kühlung des Wärmeabieiters 78 auch jede andere geeignete Einrichtung Anwendung finden. Beispielsweise kann das äußere Ende eines abgewandelten Wärmeableiters in flüssigen Stickstoff oder eine andere kryogene Flüssigkeit eingetaucht "sein* Der Wärmeableiter kann auch in seinem Inneren mit Kanälen versehen sein, durch welche ein geeignetes Kühlmittel strömt, oder der Wärmeableiter kann als thermodynamische Maschine zum Wärmeentzug aus-

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gebildet sein.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die gekühlte Dampffalle aus mindestens zwei voneinander trennbaren Teilen besteht. Der Wärmeableiter 78 bildet das Hauptelement des einen Teils, während das andere Teil die Dampffalienflächen aufweist»

Das Teil 84 weist grundsätzlich eine Scheibe 86 auf, welche eine Anordnung von drei kegelstumpfförmigen Teilen trägt. Diese Teile 88 werden von Stützkörpern 90 getragen, die mit Schlitzen versehen sind, in welche die Teile 88 hineinpassen· Die Stützkörper 90 stehen auf der Basis der Scheibe 86 auf. Die Stützkörper 90, von denen nur einer dargestellt ist, stehen sowohl mit den Teilen 88 als auch mit der Scheibe 86 in gutem Wärmekontakt und sind normalerweise durch Weichlöten oder Hartlöten an diesen Teilen befestigt.

Die Scheibe 86 und die Teile 88 weisen die Eigenschaft auf, daß sie jeweils durch das Trennventil 12 hindurch in das Gehäuse einsetzbar bzw, aus diesem herausnehmbar sind, sofern die Ventilplatte 64 des Trennventils ausgebaut ist. In dem in der Zeichnung dargestellten zusammengebauten

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Zustand bilden die Scheibe 86 und die Teile 88 zusammen einen "optischen Verschluß", welcher verhindert, daß zwischen dem Inneren des oberen Teils des Pumpengehäuses und irgendeinem Teil des Trennventils 12 oder einer an dieses angrenzenden Fläche eine Sichtverbindung besteht. Da Dampfmoleküle dazu neigen, sich unter dem im Inneren des Pumpengehäuses herrschenden Hochvakuum über lange Strecken geradlinig fortzubewegen, stellt der "optische Verschluß" sicher, daß kein solches Dampfmolekül direkt auf eine ungekühlte Fläche stromauf der Dampffalle auftreffen kann. Die Kühlung der Scheibe 86 und der Teile 88 der Dampffalle ist so groß, daß auf die Scheibe 86 oder die Teile 88 auftreffende Dampfmoleküle darauf kondensieren oder anfrieren und nicht mehr im Stande sind, danach auf irgendeine wärmere Fläche aufzutreffen, auf welcher sie wieder verdampft werden und in die evakuierte Einrichtung hineingelangen könnten.

Damit die gekühlte Dampffalle zufriedenstellend arbeitet, ist es notwendig, daß sämtliche ihrer Komponenten einen guten Wärmeübergang zum Wärmeableiter 78 besitzen. Dies ist dadurch sichergestellt, daß die Scheibe 86 auf einer ebenen Fläche des Wärmeabieiters 78 befestigt ist. Dazu wird ein Metallstreifen 92 verwendet, durch welchen hindurch

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Schrauben 94 in nicht dargestellte Gewindebohrungen im Wärmeableiter 78 hineinragen. Die Schrauben 94 sind selbstverständlich durch die öffnung des Trennventils 12 hindurch zugänglich. Wie bereits erwähnt, sind die Stützkörper 90 vorzugsweise durch Hartlöten auf der Scheibe 86 befestigt, so daß die Wärme ungehindert von sämtlichen Teilen 88 auf die Scheibe 86 und von da auf den Wärmeableiter 78 abgeleitet werden kann.

Wenn die Dampffalle ausgebaut werden soll, so wird die Anordnung umgedreht. Zuerst wird die Ventilplatte 64 des Trennventils 12 ausgebaut; dann werden die Schrauben gelöst, bis sämtliche Dampffallenteile als Einheit zusammen mit dem Streifen 92 und den Schrauben 94 durch die so gebildete öffnung herausnehmbar sind, Danach können die Schrauben 7β gelöst werden, so daß der Wärmeableiter 78 zwecks Reparatur oder Austausch oder um die weiter unten im Pumpengehäuse 2 befindlichen Pumpenkomponenten zugänglich zu machen, herausnehmbar ist» Es muß bemerkt werden, daß alle diese Komponenten so bemessen sind, daß sie durch die öffnung des Trennventils hindurch einsetzbar oder herausnehmbar sind.

Die Erfindung beinhaltet also eine verbesserte Dampf-

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strahl-Vakuumpumpe, deren DampfSperrwirkung durch Verwendung gekühlter Flächen vergrößert ist, die so angeordnet sind, daß irgendwelche zum Pumpeneinlaß hinwandernde Dampfraoleküle mit großer Wahrscheinlichkeit auf diese Flächen auftreffen und daran festgehalten werden«

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Claims

Patentansprüche

/l.)Dampfstrahl-Vakuumpumpe mit einem Gehäuse, einer darin angeordneten Strahlrohranordnung und einer wassergekühlten Dampfsperre, gekennzeichnet durch eine stromauf der Dampfsperre (10) im Gasströmungsweg angeordnete, aus zwei voneinander trennbaren Teilen (78, 84) bestehende gekühlte Dampffallenanordnung, deren eines Teil (78) durch die Gehäusewandung (bei 72) hindurch einsetzbar und daran befestigbar ist sowie eine Vorrichtung (80) zum Wärmeentzug aufweist und daher als Wärmeableiter wirkt, und deren anderes, als Dampffalle wirkendes Teil (84) durch einen Gehäuseeinlaß (12) einsetzbar und thermisch mit dem erstgenannten Teil verbindbar (bei 92, 94) ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampffallenanordnung (78, 84) zwischen der Dampfsperre (10) und einem einstückig mit dem Gehäuse (2) ausgebildeten Trennventil (12) angeordnet ist und daß das als Dampffalle wirkende Teil (84) der Dampffallenanordnung durch die öffnung des Trennventils in das Gehäuse einsetzbar ist.

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3β Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine, als Wärmeableiter wirkende Teil (78) der Dampffallenanordnung (78, 84) eine mechanische Halterung für das als Dampffalle wirkende Teil (84) darstellt und daß die Vorrichtung (80) zum Wärmeentzug das äußere Ende des genannten einen Teils (78) auf eine wesentlich unterhalb der Raumtemperatur liegende Temperatur abkühlt·

4« Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (80) zum Wärmeentzug des genannten einen Teils (78) der Dampffallenanordnung eine nach dem Peltier-Effekt arbeitende Einrichtung ist*

5, Pumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel (82) zur Abführung der während des Betriebs der Peltier-Einrichtung freiwerdenden Wärme,

6, Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine Teil (78) der Dampffallenanordnung mittels eines thermischen Abstandsstückes (74) am Gehäuse (2) befestigt ist,

7, Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

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daß das thermische Abstandsstück (74) als dünnwandiges Rohr ausgebildet ist, welches einerseits vakuumdicht am genannten einen Teil (78) der Dampffallenanordnung (78, 84) und andererseits lösbar am Pumpengehäuse (2) befestigt ist.

8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Abstandsstück (74) nach außen vom Pumpengehäuse (2) wegragt und daß der Zwischenraum zwischen dem genannten einen Teil (78) der Dampffallenanordnung (78, 84) und dem thermischen Abstandsstück mit dem Inneren des Pumpengehäuses in Verbindung steht und folglich bei in Betrieb befindlicher Pumpe evakuiert ist,

9. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Abstandsstück (74) nach innen in das Pumpengehäuse (2) hineinragt und daß der Zwischenraum zwischen dem genannten*einen Teil (78) der Dampffallenanordnung (78, 84) und dem Abstandsstück ein Wärmeisolationsmaterial enthalte

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das als Dampffalle wirkende Teil (84) der Dampffallenanordnung (78, 84) aus einer am genannten einen Teil (78) lösbar befestigten Scheibe und einer Anzahl

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von über dieser Scheibe mit gegenseitigen vertikalen Abständen angeordneten und mit der Scheibe in thermischem Kontakt stehenden Dampffallenelementen (88) besteht,

H₀ Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampffallenelemente (88) an Stützkörpern (90) befestigt sind, welche von der Scheibe (86) abstehen und mit Schlitzen versehen sind, in welche die Dampffallenelemente hineinpassen,

12o Pumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampffallenelemente (88) jeweils eine kegelstumpfartige Form aufweisen und daß die Scheibe (86) und die Dampffallenelemente zusammen einen "optischen Verschluß" bilden«

13, Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (86), die Stützkörper (90) und die Dampffallenelemente (88) durch Hartlöten aneinander befestigt sind.

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L e e r s e i t e