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Vorrichtung zum Kühlen von Gasfallen bei Vakuumanlagen Es ist allgemein
gebräuchlich, zum Kühlen von Gasfallen bei Vakuumanlagen meist flüssige Luft, seltener
Kohlensäureschnee, der in Aceton od. dgl. gelöst ist, zu verwenden. Die Erzeugungs-,
Transport- und Vorratshaltungskosten derartiger Kühlmittel, sowie die Kosten für
die laufende Bedienung der Gasfallen sind nicht unerheblich.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Gasfallen
bei Vakuumanlagen mittels Einrichtungen zur Erzielung der notwendigen Drücke und
Temperaturen des einem Verdampfer über eine Kühlleitung zugeführten Kühlmittels.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, insbesondere bei Pumpständen und Pumpautomaten
für Röhren, die ein niedriges Vakuum und längere Pumpzeiten erfordern, die laufenden
Kosten zu erniedrigen und deren Bedienung bei der laufenden Fertigung rationeller
und einfacher zu gestalten.
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Gemäß der Erfindung besteht der Verdampfer aus zwei zur Gasfalle
koaxial und ineinander angeordneten Hohlzylindergefäßen, deren kühlmittelführende
Rohrschlangen in Strömungsrichtung des Kühlmittels hintereinander geschaltet sind.
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Es ist eine Fangvorrichtung für kondensierbare Gase oder Dämpfe in
einer Diffusionspumpanlage bekanntgewo,rden, bei der die als Zylinder ausgebildeten
kühlenden Teile einer besonderen mit einem den gleichen Aggregatzustand und die
gleiche chemische Zusammensetzung beibehaltenden Medium arbeitenden Kompressionskühlmaschine
als Fangwand dienen.
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Wegen des dabei über die massiven Metallteile auftretenden kalten
Verlustes ist der Wirkungsigrad dieser bekannten Vorrichtung jedoch relativ gering.
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Es ist deshalb eine Vorrichtung zum Kühlen von Gasfallen bei Vakuumanlagen
unter Verwendung einer mit Aggregatzustandsänderung arbeitenden Kompressionskältemaschine
bekanntgeworden, deren Kühlschlange in der Ausfrierkammer der Hochvakuumleitung
untergebracht ist. Die betreffende Kühlschlange besteht zu diesem Zweck aus zwei
konzentischen Röhren, die nur an einem, nämlich dem geschlossenen Ende des äußeren
Rohres miteinander in Verbindung stehen und ist derart angeordnet, daß das in dem
einen Teil des Verdampfers entspannte Kühlmittel neben der eigentlichen Kühlung
der Gas falle eine Gegenstromkühlung des in dem anderen Teil des Verdampfers noch
hochgespannten Kühlmittels be wirkt.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Fangvorrichtung gegeniiber
den bekannten Vorrichtungen besteht vor allem darin, daß diese Einrichtung ohne
weiteres für alle in Hochvakuumpumpanlagen allgemein üblichen Kühlfallen verwendet
werden kann.
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Darüber hinaus ist ihre wirkliche Fangfläche im Ver-
gleich z. B. zur
letztgenannten bekannten Anordnung wesentlich größer und deren damit verbundene
große Wirkung durch mehrfache Anwendung des Gegenstromprinzips sowie durch geeignete
Gruppierung der betreffenden Zylinder infolge eines sehr geringen Temperaturgefälles
gewährleistet.
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Als eine an sich bekannte Einrichtung zur Erzielung der notwendigen
Drucke und Temperaturen sei beispielsweise eine Kleinkältemaschine genannt, bei
der die Kälteerzeugung vorzugsweise durch Luftdrosselung unter Ausnutzung des Joule-Thomson-Effektes
erfolgt. Bei derartigen E41einkältemaschinen genügt es bereits, die Luft in einem
geschlossenen Kreislauf immer nur zwischen zwei Drucken von beispielsweise etwa
50 bis 200 ata zu verdichten und zu drosseln, um dadurch Temperaturen von ungefähr
100 C zu erlangen. Im Grenzfall können auch Luftverflüssigungseinrichtungen Verwendung
finden, wobei das Abblasen der flüssigen Luft an die zweckmäßig gestaltete Gasfalle
erfolgt.
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Je nach der Wirkleistung der zur Erzielung der notwendigen Drucke
und Temperaturen benutzten Einrichtungen können auch eine mehr oder weniger große
Anzahl von Gasfallen gleichzeitig gekühlt werden.
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Hierzu genügt es, eine der Anzahl der Gasfallen entsprechende Anzahl
von Verdampfern vorzusehen und sie von der gemeinsamen zweckmäßig isolierten Leitung
ausgehend, nebeneinander anzuordnen, wobei es zweckmäßig ist, darüber hinaus noch
Absperrventile oder ähnliche Mittel in einer derartigen Anordnung vorzusehen, daß
die Verdampfer einzeln oder gruppenweise von der gemeinsamen zweckmäßig isoliertenLeitung
wirkuugsmäßig getrennt werden können, ohne daß dadurch die Kühlwirkung der übrigen
ungesperrten Verdampfer unterbrochen wird.
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Es leuchtet unmittelbar ein, daß die Vorrichtung nach der Erfindung,
sei es nun bei Vakuumanlagen mit nur einer Gasfalle oder auch mit mehreren Gasfallen,
dann und nur dann Leistung verbraucht, wenn sie wirklich zur Kühlung der Gasfalle
benötigt wird. Dies ist aber bei der Verwendung von handelsüblichen flüssigen Kühlmitteln
zur Kühlung von Gasfallen nicht der Fall, da das flüssige Kühlmittel auch daml verdampft,
also auch einen Teil der bei der Verflüssigung aufgewandten Leistung unnütz verbraucht,
wenn es zur Kühlung nicht benötigt wird. Insbesondere bei Großvakuumanlagen mit
mehreren zu kühlenden Gasfallen summiert sich dieser unnütze Leistungsverbrauch
in erheblichem Maße, so daß gerade hier die Vorrichtung nach der Erfindung eine
erhebliche Kostenersparnis mit sich bringt.
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An Hand der Figuren sei die Erfindung näher erläutern und weitere
für die Erfindung wesentliche Nlerkmale angeführt. Die Figuren zeigen in vereinfachter
Darstellung Ausführungsbeispiele für die Anordnung und Gestaltung eines Verdampfers
einer Kühl vorrichtung in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen.
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Die an und für sich bekannten Einrichtungen zur Erzielung der notwendigen
Drucke und Temperaturen des einem Verdampfer zugeführten Kühlmittels sind in den
Figuren nicht zur Darstellung gebracht, sondern nur deren Zu- bzw. Ableitungen zum
bzw. vom Verdampfer. Außerdem können die in den Figuren lediglich für eine Gasfalle
dargestellten Anordnungen und Gestaltungen von Verdampfern sinngemäß auf Vaknumanlagen
mit mehreren Gasfallen übertragen werden. mittels des in der Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbei spieles für eine Anordnung und Gestaltung eines Verdampfers 3 läßt
sich eine wesentlich wirksamere Ausnutzung des Gegenstromprinzips und damit auch
eine wesentlich wirksamere Kühlung einer Gasfalle 1 mit kolbenartigem Ende erzielen
als mittels einer bekannten Anordnung mit einfacher Gegenstromführung.
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Der Verdampfer 3 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen
aus zwei zur Gasfalle 1 koaxial und ineinander angeordneten doppelwandigen Zylindermänteln
9 und 10, von denen vorzugsweise der innere ZylindermanteI 10 einseitig mit einem
doppelwandigen Boden abgeschlossen ist und deren Innenräume voneinander getrennt
sind. Im Innenraum jedes doppelwandigen Zylindermantels ist eine Rohrschlange 11
bzlv. 12 derart angeordnet, daß sie sich zwischen den beiden Wänden des sie aufnehmenden
Zylindermantels emporwindet und mit ihrem einem Ende in den Innenraum des anderen
Zylindermantels mündet.
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Das hochgespannte Kühlmittel strömt durch die Zuleitung 6 in den Innenraum
des am weitesten von der Kühlfalle abgelegenen Zylindermantels 9, durchströmt sodann
nach Richtungsumkehr die im Innenraum des inneren Zylindermantels 10 angeordnete
Rohrschlange 11 und wird über ein am Ende dieser Rohrschlange angebrachtes Drosselventil
oder eine Düse 8 entspannt.
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Das entspannte Kühlmittel durchsetzt im Gegenstrom den Innenraum des
inneren Zylindermantels 10 und gelangt von hier über die im Innenraum des äußeren
Zylindermantels 9 angebrachte Rohrschlange 12 zur Ableitung 7. Bei einer solchen
Ausbildung und Anordnung des Verdampfers wird fernerhin der Vorteil erreicht, daß
sich in radialer Richtung ein stufenweises Temperaturgefälle einstellt.
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Verdampfer und Gasfalle werden zweckmäßig gemeinsam von einer thermischen
Isolation2 umhüllt.
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T-'m auch Strahlungsverluste in der Gasfalle weit-
gehend auszuschalten,
können in derselben Blenden und/oder Verspiegelungen vorgesehen werden. Diese zweckmäßigen
Maßnahmen gelten entsprechend für die übrigen Ausführungsbeispiele.
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Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine weitere Anordnung
und Gestaltung von Verdampfern in Verbindung mit einer Gasfalle besonderer Art,
die sich in erhöhtem Maße zur Bindung von Dämpfen im Entgasungsstrom eignet. Gemäß
der Figur ist das sonst kolbenartige Ende einer Gasfalle derart eingestülpt, daß
eine Form entsteht, die einem doppelwandigen Becher ähnelt. Die verstärkte Bindung
von Dämpfen bei derartig geformten Gasfallen ergibt sich aus der Tatsache, daß der
Entgasungsstrom in der Vakuumleitung eine gegenüber der Anzahl der Kühlflächen bei
den normal gebauten Gasfallen erhöhte Anzahl von Kühlflächen überstreicht.
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Eine Wirkungsgradsteigerung kommt dadurch zustande, daß außerdem
das Gegenstromprinzip im vollendeten Maße zur Tieferkühlung des hochgespannten Kühlmittels
ausgenutzt werden kann.
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Das beispielsweise in einer Kältemaschine vorgekühlte und hochgespannte
Kühlmittel gelangt über die Zuleitung 6 in den Innenraum eines die becherförmige
Einstülpung umhüllenden doppelwandigen Zylindermantels 15 mit einem doppelwandigen
Boden, streicht längs der äußeren Wandung der becherförmigen Einstülpung entlang
und tritt durch die innere Wand des Zylinderbodens in eine Rohrschlange 16 ein,
die im Inneren eines zylindrischen Hohlkörpers 17 angeordnet ist. Nach der Drosselung
des hochgespannten Kühlmittels, die wiederum am Boden der becherförmigen Einstülpung
beispielsweise über ein Drosselventil 8 erfolgt, strömt das Kühlmittel im Innenraum
des Hohlzylinders längs der inneren Wandung der hecherförmigen Einstülpung entlang,
wobei es gleichzeitig die Rohrschlange 16 mit dem hochgespannten Kühlmittel umspült.
Von dem Innenraum des abgeschlossenen Hohlzylinders 17 gelangt das entspannte Kühlmittel
in eine weitere am Boden der inneren Wand des doppelwandigen Bodens des Zylindermantels
endende Rohrschlange 18, die sich zwischen den beiden Wänden des doppelwandigen
Zylindermantels bis zur Ableitung 7 emporwindet. Beim Durchströmen dieser Rohrschlange
wird nunmehr auch die äußere Wandung der becherförmigen Einstülpung und gleichzeitig
das hochgespannte Kühlmittel im Innenraum des doppelwandigen Zylindermantels 15
tiefer gekühlt.
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Die Wirkungsquerschnitte sowohl der Zu- und Ableitung als auch der
das Kühlmittel unter verschiedenen Drücken führenden Rohrschlangen sind entsprechend
dem in ihnen herrschenden Druck zu bebemessen, was in den Figuren zwar nicht näher
zum Ausdruck gebracht ist. Durch die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch eine
schnelle und zweckmäßige Auftauung der in den einzelnen Gasfallen gebundenen Dämpfe
nach Absperrung des Kühlmittelumlaufes durch Zuführung oder Einbau einer abschaltbaren
Wärmequelle erfolgen.