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Fraktionierende Hochvakuum-Diffusionspumpe mit organischen Treibmitteln
Die bisher gebräuchlichen Diffusionspumpen besitzen eine Heizung, die entweder durch
die Bodenplatte hindurch oder mittels im Treibmittel liegender Heizrohre die Verdampfung
bewirkt und damit den Treibdampf erzeugt. Diese Verdampfung ist in vielen Fällen
mit einer geringen Zersetzung oder einem weiteren Polymerisieren des organischen
Treibmittels verbunden. Beide Vorgänge führen zum Absetzen von hochsiedenden, meist
teerartigen Abscheidungen an den Stellen, an denen die Wärme in das Treibmittel
übergeht. Bei den bisherigen Bauarten ist eine Reinigung dieser Teile ziemlich schwierig
und zeitraubend, denn die Heizrohre oder Heizflächen sitzen unten in dein langen
Pumpenzylinder, wo sie schwer zugänglich sind. Da die Heizflächen und auch die unteren
Teile des Düsensystems durch solche schlecht die Wärme leitenden Schichten bedeckt
werden, müssen sie gereinigt werden. Unter anderem auch aus diesem Grunde ist es
bekanntgeworden, die Pumpen zweiteilig zu bauen und nach Trennung der beiden Pumpenteile
den Innenteil nach unten herauszuziehen, um die Heizflächen leichter zugänglich
zu machen. Die Düsensysteme stehen frei auf dem Boden des Siedegefäßes auf und können
nach dem Herausnehmen leicht gereinigt werden.
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Weiterhin ist in den bekanntenBauarten der Wärmeübergang vom Heizkörper
zum Düsensystem ungenügend, so daß die Dampfsteigrohre und Düsen fast ausschließlich
durch Kondensation von Treibmitteldämpfen auf die erforderliche Temperatur gebracht
werden. Hier ist vorgeschlagen worden, den obersten Teil des Düsensystems durch
Wärmeleitung von einem heißeren Ort der Pumpe her zu beheizen. Ein wesentlicher
Teil des Systems, vor allem die äußersten Wände der konnzentrischen Dampfsteigrohre,
werden dabei aber nicht berücksichtigt.
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Die Erfindung schafft bei einer fraktionierenden Hochvakuum-Diffusionspumpe
mit organischen Treibmitteln und mit einer Heizung, die sich innerhalb des Treibmittelbades
befindet, in überraschender Weise dadurch Abhilfe, daß erfindungsgemäß die Dampfleitrohre
und die Heizrohre zu einer als Ganzes aus dem nicht unterteilten Pumpengehäuse herausnehmbarenbaulichen
Einheit verbunden sind und innerhalb des Pumpenkörpers eine leicht lösbare Kontakteinrichtung
angeordnet ist, die den Heizrohren Strom zuführt und vakuumdicht in das Pumpengehäuse
eingebaut ist.
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Die steckerartige Kontakteinrichtung befindet sich in Weiterbildung
der Erfindung am Boden des Siedegefäßes und ist beim Herausnehmen des zusammengebauten
Systems leicht zu lösen.
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Die hier vorgeschlagene Einrichtung besitzt zwei wesentliche Vorteile:
Erstens ist die Heizeinrichtung mit dem Düsensystem fest verbunden, so daß ein guter
Wärmeübergang möglich ist und die Dampfsteigrohre direkt von den Heizrohren erwärmt
werden. So entfällt ein wesentlicher Teil der bisher zur Aufheizung nötigen Kondensationswärme,
also auch ein Teil der bisher zur zusätzlichen Verdampfung unnötig an das Treibmittel
übertragenen Wärmemenge.
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Damit ist das Treibmittel thermisch weniger belastet und neigt weniger
zur Zersetzung. Die Benutzungsdauer der eingefüllten Treibmittelmenge wird dadurch
beträchtlich erhöht.
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Zweitens sind alle der Verschmutzung ausgesetzten Teile. also die
Heiz- und die Dampfsteigrohre, mit einem Griff zusammen herausnehmbar und können
so schnell und leicht gereinigt oder ersetzt werden. Es entfällt so die Notwendigkeit,
die Teile einzeln zu entfernen und getrennt zu bearbeiten; wobei die zeitraubende
Reinigung von Heizrohren, die tief im Pumpenkörper fest eingebaut sind, entfällt.
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An Hand der Aufrißzeichnung einer mehrstufigen Diffusionspumpe werden
Einzelheiten der Erfindung weiter erläutert. Als Beispiel ist eine dreistufige,
für den fraktionierenden Betrieb eingerichtete Diffusionspumpe mit stehendem zylindrischem
Gehäuse 1 gewählt. Am oberen Ende hat sie eine hochvakuumseitige Ansaugöffnung 18.
Mittels eines Flansches 19 ist dort die Diffusionspumpe an eine Vakuumleitung oder
an den zu evakuierenden Kessel anzuflanschen. Weitere Einbauten dieser Stelle, wie
Tellerventile oder Kühlfallen mit Wasser- oder Luftkühlung oder auch mit Maschinenkühlung,
können dort vorgesehen sein, sind aber nicht besonders dargestellt.
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Der größte Teil des zylindrischen Gehäuses ist noch mit einem für
strömenden Durchfluß eines Kühlmittels eingerichteten Kühlmantel 17 umgeben. Die
vorvakuumseitige Auslaßöffnung16 ist zweckmäßig durch eine entsprechende Erweiterung
des Kühlmantels geführt,
so daß etwa noch nicht kondensierte Treibmitteldämpfe
dort noch kondensieren und in das Treibmittelbad zurückfließen können. Mit dem Flansch
16 a ist die Pumpeneinheit an die Vorvakuumleitung oder an eine Vorpumpe anzuschließen.
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Im unteren Teil des vom Pumpenboden 9 abgeschlossenen Pumpengehäuses
liegt das Treibmittelbad, dessen Spiegel im kalten Zustande eine Höhe von etwa einigen
Zentimetern haben sollte. Im allgemeinen tauchen die zu den einzelnen Düsen der
verschiedenen Diffusionsstufen führenden Dampfsteigrohre 7a, 7b und 7c mit ihrem
unteren Ende in das Treibmittelbad ein. Am oberen Ende tragen die einzelnen Dampfleitrohre
Umkehrdüsen 13 a, 13 b und 13 c. Im allgemeinen sind die Dampfleitrohre
im unteren Ende trichterförmig erweitert, so daß es möglich ist, die aus dem Treibmittelbad
aufsteigenden Treibmitteldämpfe in bestimmten günstigen Mengenverhältnissen den
einzelnen Diffusionsstufen zuzuführen.
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Es ist nun vorgesehen, das innerhalb des Treibmittelbades liegende
Beheizungssystem mit dem unteren Teil des Dampfleitsystems fest und gut wärmeleitend
zu verbinden. Das Heizsystem kann aus irgendwelchen elektrischen Heizkörpern bestehen,
sofern dabei berücksichtigt ist, daß es von dem flüssigen Treibmittel umgeben ist.
Bewährt haben sich vor allem die als Bakerrohre bekannten isolierten Heizkörper
oder Heizrohre 3. Sie sind unmittelbar mit den Enden der Dampfleitrohre 7a,
7b und 7c verbunden. Aus Festigkeitsgründen wird man jedoch eine in
der Zeichnung dargestellte Verbindungsart wählen mit einer unteren Platte 4 und
einer oberen durchlochten Platte 5. Letztere ist loch- und spaltartig an den Stellen
6 durchbrochen, damit die Dampfblasen durchtreten können.
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Für eine betriebbsichere Zuführung des Heizstromes sieht die Erfindung
den festen, vakuumdichten Einbau von Steckkontakten oder Steckbuchsen 11 in einen
Teil des unteren Pumpengehäuses, vorzugsweise in den Boden 9, vor. Die Enden des
Heizkörpers sind mit passenden Steckkontakten 10 versehen, die beim Einsetzen des
gesamten Düsensystems 2 in die Steckbuchsen 11 einrasten. Man erkennt, daß das gesamte
Düsensystem ohne Schwierigkeiten aus dem nicht unterteilten Pumpengehäuse herausgehoben
werden kann. In der Figur ist das Düsensystem im gehobenen Zustand gezeigt. Die
Steckbuchsen 11 können leicht vakuumdicht fest im Gehäuse eingebaut werden.
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Bewährt hat sich zur Verbesserung der Fraktionierung swirkung der
Einbau von an sich bekannten zylinderartigen Blechen 8 am Boden des Treibmittelbades,
die den Strom des zu beheizenden Treibmittels von den Außenzonen zu den stärker
zu heizenden Innenzonen verlangsamen, so daß leichter flüchtige, zum Betrieb der
vorvakuumseitigen Diffusionsstufen benötigte Treib-1. ziemlich restlos abdampfen,
ehe sie in die innere Zone des Treibmitteldampfbades gelangen, welche vornehmlich
die hochvakuumseitige Diffusionsstufe mit Dampf beliefert und die möglichst nur
schwer flüchtige Treibmittelkomponenten enthalten soll. Es empfiehlt sich noch der
schon mehrfach benutzte Einbau eines durch das Düsensystetn gehenden Zentrierstabes
14, der unten an der Heizplatte 5 angebracht sein und oben eine Zentrierverstrebung
15 mit am Pumpengehäuse anliegendem Zentrierring 15 a tragen kann.
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Die Innenbeheizung schafft im Gegensatz zur Außenbeheizung auch die
Möglichkeit, die Heizleistungen besser an den geförderten Gasstrom und die momentan
herrschenden Druckverhältnisse anzupassen. Es zeigt sich nämlich, daß es zu einem
bestimmten, die Pumpe durchfließenden Gasstrom für jede Düse einen günstigsten Treibmitteldampfstrom
gibt, für den die Düse ihre größte Sauggeschwindigkeit erreicht. Durch Anpassen
der zugeführten Heizleistung läßt sich der Dampfstrom auf diesen günstigsten Wert
einregeln.