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Vorrichtung zur Verminderung des Treibmittelverlustes an der Vorvakuumanschlußseite
einer Treibmittelpumpe Beim Betrieb von- Quecksilberdampfstrahlpumpen tritt bei
Belüftung auf der Hochvakuumseite ein Treibmittelverlust auf, wobei ein Teil des
Treibmittels dampfförmig oder in Form kleinster Tröpfchen durch den Vorvakuumanschluß
hindurchtritt und sich in der nachfolgenden Verbindungsleitung zur Vorvakuumpumpe
bzw. in dieser selbst kondensiert. Ein derartiger Treibmittelverlust ist technisch
äußerst unerwünscht und. kann bei häufiger Belüftung auf der Hochvakuumseite recht
beträchtliche Werte annehmen. Das kann so weit gehen, daß die Pumpe schließlich
zu wenig Quecksilber enthält und nicht mehr arbeitet.
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Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen in der
Vorvakuumanschlußleitung im Strömungsweg der austretenden Gas- und Dampfströmung
entsprechend angeordnete Prallflächen liegen, an denen sich die Treibmitteldämpfe
teilweise niederschlagen. Das kondensierte Treibmittel wird dann wieder in das Siedegefäß
der Pumpe zurückgeleitet, so daß eine gewisse Verminderung des Treibmittelverlustes
gegeben ist. Derartige Prall- und Kondensationsflächen in der Vorvakuumleitung bedingen
jedoch, falls sie den Quecksilberverlust wirklich auf ein Minimum reduzieren sollen,
eine merkliche Drosselung in der Strömung der abzupumpenden Gase, was nach Möglichkeit
vermieden werden soll.
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Bei Öldiffusionspumpen, die mit einem inhomogenen organischen Treibmittel
gefüllt sind, ist es außerdem bekannt, die rohrförmige Vorvakuumanschlußleitung
in gut wärmeleitender-Verbindung mit dem Pumpenkörper in Form eines Kreisringsektors
um diesen herumzuführen, so daß ein Vorvakuumraum entsteht, der in Durchströmungsrichtung
auf konstanter Temperatur gehalten ist. Diese Maßnahme soll die Kondensation und
Abscheidung der im Treibmitteldampf vorhandenen, für die Funktion der Pumpe störenden
leichtflüchtigen Bestandteile verhindern, so daß diese durch die am Vorvakuumstutzen
angeschlossene Vorvakuumpumpe nach der Außenluft abgesaugt werden können.
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Bei der Erfindung liegt jedoch eine andere Aufgabestellung vor. Hier
sollen die Treibmitteldämpfe in einem gekühlten Vorvakuumabscheideraum möglichst
vollständig abgeschieden werden und als Kondensat zum Treibmittelvorrat der Pumpe
zurückfließen, während dies bei der bei Öldiffusionspumpen vorbekannten Anordnung
durch die besondere wärmetechnische Ausbildung verhindert wird.
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Die Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zur Verminderung des
Treibmittelverlustes an der Vorvakuumanschlußseite einer Treibmittelpumpe, insbesondere
einer Quecksilberdampfstrahlpumpe, bei der die Auslaßöffnung der Vorvakuumpumpenstufe
in einen das gekühlte rohrförmige Pumpengehäuse hohlzylinderförmig umgebenden Vorvakuumabscheideraum
mündet. Das Kennzeichnende wird darin gesehen, daß an diese Auslaßöffnung ein an
sich bekanntes abgebogenes Auslaßrohr angeschlossen ist, dessen Mündung in den gekühlten
Vorvakuumabscheideraum hineinragt und das hinsichtlich seines Auslaßquerschnittes
und seiner Lage innerhalb des Vorvakuumraumes so ausgebildet ist, daß in diesem
eine ringförmige Gas-und Dampfströmung angefacht wird. Bei dieser Ringströmung des
Gasdampfgemisches gelangen die schwereren Moleküle bzw. kleinste Tröpfchen des Treibmittels
unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft an die Außenwand des Vorvakuumraumes und
werden dort an der gekühlten Fläche weitgehend niedergeschlagen. In dem ringförmigen
Vorvakuumraum ist die Gas- und Dampfströmung wegen des viel größeren Querschnittes
wesentlich kleiner als im Auslaßrohr, so daß schwere Moleküle bzw. kleinste Tröpfchen
durch die Gasströmung nicht weiter in die Vorvakuumleitung mitgerissen werden.
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Selbstverständlich kann das Auslaßrohr die verschiedensten Formen
und Querschnitte aufweisen. Wichtig ist dabei lediglich, daß die aus der Mündung
des Auslaßrohres in den Vorvakuumabscheideraum austretenden Gase und Dämpfe zu einer
Kreisbewegung innerhalb dieses Raumes veranlaßt werden. Es kann unter Umständen
vorteilhaft sein, das Auslaßrohr gegenüber seiner tangentialen Lage zum Mittelkreiszylinder
des Vorvakuumraumes unter einem bestimmten Winkel zu neigen, so daß zunächst eine
spiralenförmige Gas- und Dampfströmung auftritt, welche nach dem Auftreffen auf
die innere Oberfläche des Vorvakuumraumes in einen kreisförmigen Strömungsverlauf
übergeht.
Bei einer solchen Vorrichtung kann der Vorvakuumabscheideraum
über eine mindestens teilweise innerhalb des Kühlmittelmantels geführte Anschlußleitung
mit dem Vorvakuumanschluß der Pumpe in Verbindung stehen. Diese Anschlußleitung
kann dabei im wesentlichen senkrecht zu den durch-die ringförmige Gas- und Dampfströmung
bestimmten Ebenen einmünden. Die Kühlung einer solchen senkrecht geführten Vorvakuumanschlußleitung
ist bei Treibmittelpumpen bereits bekannt.
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Durch die Erfindung ergibt sich bei geringer Drosselwirkung eine sehr
erhebliche Verminderung des Treibmittelverlustes am Vorvakuumanschluß, so daß die
Pumpe eine häufige Belüftung auf der Hochvakuumseite ohne merklichen Treibmittelverlust
ermöglicht.
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Es kann außerdem vorteilhaft sein, das Auslaßrohr so anzuordnen, daß
es sich von der Auslaßöffnung im rohrförmigen Pumpengehäuse der Pumpe bis zu seiner
Mündung in den Vorvakuumabscheideraum über einen Winkelbereich von mindestens 90°,
vorzugsweise über 120°, erstreckt. Bei einer empfehlenswerten Ausführungsform ist
das Auslaßrohr innerhalb des Vorvakuumabscheideraumes im wesentlichen kreisbogenförmig,
und zwar näher an der Außenwand als an der Innenwand dieses Vorvakuumabscheideraumes
angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Abscheidewirkung, wobei das
Auslaßrohr dann zweckmäßigerweise im Bereich des Bodens des Vorvakuumabscheideraumes
vorgesehen ist, während sich die Auslaßöffnung zur Anschlußleitung im Bereich der
Deckfläche des Vorvakuumabscheideraumes befindet.
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Das Auslaßrohr kann an Stelle des im Ausführungsbeispiel gezeigten
konstanten Querschnittes auch mit veränderbarem Querschnitt (z. B. mit einer trichterförmigen
Erweiterung) versehen sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine
Quecksilberdampfstrahlpumpe mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen
Querschnitt längs der Linie A -B bei einer Ouecksilberdampfstrahlpumpe nach
Fig. 1.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine dreistufige Quecksilberdampfstrahlpumpe
gezeigt, bei der sich ein mit Stau- und Umkehrdüsen versehenes Innenteil t in einem
-Kondensationsmantel 2 -befindet, der von -einem Kühlmittelmantel 3 umgeben ist.
Dieser Kühlmittelmantel 3 ist über eine Zuleitung 4 und eine Abflußleitung 5 an
ein Kühlsystem angeschlossen und wird fortlaufend von einem flüssigen Kühlmittel
durchströmt. Im Bereich der Bodenfläche des Kühlmittelmantels 3 erkennt man einen
Vorvakuumraum 6, in dem ein Auslaßrohr 7 mündet. An diesen Vorvakuumraum 6 ist eine
Leitung 8 angeschlossen, die zum Vorvakuumanschlußflansch 9 der Treibmittelpumpe
führt.
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Die genaue Lage des Auslaßrohres 7 im Vorvakuumraum 6 ist aus der
Querschnittszeichnung der Fig. 2 zu entnehmen. Das Auslaßrohr 7 erstreckt sich von
einer Auslaßöffnung 10 im Kondensationsmantel der Pumpe kreisbogenförmig
in den Vorvakuumraum 6, wobei die Mündung 71 des Auslaßrohres 7 gegenüber der Auslaßöffnung
10 im rohrförmigen Pumpengehäuse um einen Winkel von 120° versetzt ist.
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Die Anschlußleitung 8 zum Vorvakuumstutzen 9 verläuft größtenteils
innerhalb des Kühlmittelmantels 3, so daß die möglicherweise in diese Anschlußleitung
8 gelangenden Dämpfe kondensiert werden und als Treibmittelkondensat in den Vorvakuumraum
6 zurückfließen.
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Die Verminderung des Treibmittelverlustes, welche durch die erfindungsgemäße
Anordnung erreicht wird, ist sehr erheblich. Praktische Vergleichsuntersuchungen
haben gezeigt, daß eine derartig aufgebaute Treibmittelpumpe hinsichtlich ihres
Treibmittelverlustes etwa um den Faktor 10 günstiger ist als die vergleichbare Normalausführung
mit Prall- und Kondensationsflächen in der Vorvakuumleitung.