DE1071890B

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Publication number: DE1071890B
Application number: DENDAT1071890D
Authority: DE
Publication date: 1959-12-24

Description

Tiefkühlfalle zum Abscheiden von kondensierbaren Dämpfen Die Erfindung betrifft eine Tiefkühlfalle zum Abscheiden von kondensierbaren Dämpfen in Vakuumanlagen, bei der die in einen Kühlmittelbehälter eingefüllten kondensierten Gase nach der Außen luft hiti verdampfen und Tiefkühlabscheideflächen in der Verbindungsleitung zwischen dem Vakuumrezipienten und der Treibmittelpumpe kühlen und bei der außerdem Abscheideflächen von höherer Temperatur vorhanden sind, an denen die kondensierbaren Dämpfe zunächst in flüssigem Zustand abgeschieden werden.Freezer trap for separating condensable vapors The invention relates to a freezer trap for separating condensable vapors in vacuum systems, in which the condensed gases filled into a coolant container after Outside air hiti to evaporate and deep-freeze separation surfaces in the connection line cool between the vacuum recipient and the propellant pump and in addition Separation surfaces of higher temperature are available on which the condensable Vapors are initially deposited in a liquid state.

Derartige Tiefkühlfallen sind vor allem für Treibmittelpumpen bestimmt, bei denen ein anorganisches Treibmittel, vorzugsweise Quecksilber, angewendet wird. In diesen Tiefkühlfallen befinden sich Abscheideflächen, welche durch ein kondensiertes Gas, z. B. für sige Luft, auf eine möglichst tiefe Temperatur abgekühlt werden. Die Wirksamkeit der Tiefkühlfalle ist dabei um so besser, je tiefer die Temperatur gewählt werden kann und je mehr die in den Vakuumrezipienten rückströmenden Treibdampfmoleküle durch die geometrische Konstruktion der Tiefkühlfalle notwendigerweise mit den tiefgekühlten Abscheideflächen in Berührung kommen müssen. Such freeze traps are primarily intended for propellant pumps, in which an inorganic blowing agent, preferably mercury, is used. In these freezer traps there are separation surfaces, which are condensed by a Gas, e.g. B. for sige air, be cooled to the lowest possible temperature. The lower the temperature, the better the effectiveness of the freezer trap can be selected and the more motive steam molecules flowing back into the vacuum recipient Due to the geometrical construction of the freezer trap, it is necessary with the frozen ones Separation surfaces must come into contact.

Obwohl bei der beschriebenen Vorrichtung zum Abscheiden von kondensierbaren Dämpfen mit tiefgekühlten Abscheideflächen hinsichtlich ihrer Abscheidewirkung eine befriedigende Wirkung erzielt wird, ergeben sich bei der praktischen Anwendung wegen des auftretenden starken Treibmittelverlustes erhebliche Schwierigkeiten. Dabei friert das Quecksilber an den Abscheideflächen fest, so daß bereits nach kurzer Betriebszeit eine unzulässige Verringerung der Treibmittel füllung in der Pumpe eintritt. Although in the device described for the separation of condensable Vapor with deep-frozen separation surfaces with regard to their separation effect satisfactory effect is achieved, result in practical application because of the resulting strong loss of propellant considerable difficulties. Included the mercury freezes on the separation surfaces, so that after a short time Operating time an impermissible reduction of the propellant filling in the pump entry.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine Tiefkühlfalle bekanntgeworden, bei der neben den tiefgekühlten Abscheideflächen eine scheibenförmige Abscheidefläche vorhanden ist, die auf einer wesentlich höheren Temperatur gehalten wird. Die Temperatur wird dabei so gewählt, daß das Treibmittel an dieser Abscheidefläche nur in flüssigemZustandkondensiert und von dort wieder in den Treibmittelvorrat der Pumpe zurücktropft. To avoid these disadvantages, a freezer trap has become known, in the case of the next to the deep-frozen separation surfaces a disc-shaped separation surface is present, which is kept at a much higher temperature. The temperature is chosen so that the propellant condenses on this separation surface only in a liquid state and from there drips back into the propellant supply of the pump.

Diese Abscheidefläche höherer Temperatur ist unmittelbar als Prallplatte im Strömungsweg zwischen dem Vakuumrezipienten und der Treibmittelpumpe derart angeordnet, daß der größte Teil der rückströmenden kondensierbaren Dämpfe an ihr abgeschieden wird. Die restlichen Dampfanteile werden dann wie bisher von den tiefgekühlten Abscheideflächen festgebunden. Durch diese Konstruktion ergibt sich zwar eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich des auftretenden Treibmittelverlustes, jedoch zeigt eine solche Tiefkühlfalle einen besonders hohen Kühlmittelverbrauch. This separation surface of higher temperature is directly as a baffle plate arranged in the flow path between the vacuum recipient and the propellant pump in such a way that that most of the returning condensable vapors deposited on it will. The remaining steam portions are then, as before, from the frozen separation surfaces tied up. This construction results in a substantial improvement with regard to the loss of propellant that occurs, however, shows such a deep-freeze trap a particularly high coolant consumption.

Bei dieser bekannten Ausführungsform einer Tiefkühlfalle ist zwischen dem die ktndensierten Gase ent- haltenden Kühlmi ttelbehälter und der plattenförmigen Abscheidefläche von höherer Temperatur ein entsprechend bemessenes wärmedämmendes Bauelement vorgesehen. Da sich diese Abscheidefläche durch die Strahlungswärme der Pumpendüsen erheblich erwärmt, muß fortgesetzt eine entsprechende Kühlleistung aus dem Kühlmittelbehälter über das wärmedämmende Bauelew ment übertragen werden. Dies bedeutet eine zusätzliche Erwärmung der kondensierten Gase, dadurch eine stärkere Verdampfung und als Ergebnis einen erhöhten Kühlmittelverbrauch. Man- muß- daher die Füllung des Kühlmittelbehälters, z. B. mit flüssiger Luft, in relativ kurzen Zeitabständen ergänzen. In this known embodiment of a freezer trap is between from which the denoted gases holding coolant container and the plate-shaped Separation surface of higher temperature an appropriately sized heat-insulating Component provided. Since this separation surface is caused by the radiant heat of the Pump nozzles heated up considerably, a corresponding cooling capacity must continue transferred to the coolant tank via the heat-insulating component. this means an additional heating of the condensed gases, thereby stronger Evaporation and, as a result, increased refrigerant consumption. One must therefore the filling of the coolant tank, e.g. B. with liquid air, in relatively short Add time intervals.

Die Erfindung ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Kühlmittel füllung und somit eine entsprechende Verlängerung der Betriebsdauer sowie eine Senkung der Betriebskosten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine solche Führung der aus dem Kühlmittelbehälter verdampfenden Gase vorgesehen ist, bei der diese zur Kühlung von solchen Abscheideflächen dienen, deren Temperatur oberhalb der Temperatur der flüssigen Gase liegt. Es hat sich gezeigt. daß die aus dem Kühlmittelbehälter bisher nutzlos nach außen abgeleitete Gasströmung zur Kühlung von weiteren Abscheideflächen höherer Temperatur vorzüglich geeignet ist, wobei man diesen Kühleffekt ohne zusätzlichen Kühlmittelverlust ausnutzen kann. Selbstverständlich können die Abscheideflächen hierzu in der verschiedensten Weise und Temperaturverteilung angeordnet werden. Man schließt zweckmäßig an die Austrittsöffnung des Kühlmittelbehälters eine rohrförmige Kühlspirale an, die mit den einzelnen Abscheideflächen je nach der gewünschten Kühlwirkung über eine oder mehrere Bindungen, gegebetlenfalls unter Zwischenschaltung eines wärmedämmenden Materials, in wärmeleitender Verbindung steht. The invention enables better utilization of the coolant filling and thus a corresponding extension of the operating time and a reduction in the Operating cost. This is achieved according to the invention in that such a guide the gases evaporating from the coolant container is provided, in which this serve to cool such separation surfaces whose temperature is above the temperature the liquid gases. It has shown. that from the coolant tank Previously useless gas flow diverted to the outside for cooling further separation surfaces higher temperature is excellently suitable, with this cooling effect without additional Can exploit loss of coolant. Of course, the separation surfaces this can be arranged in the most varied of ways and temperature distribution. It is expedient to close a tubular one at the outlet opening of the coolant container Cooling spiral with the individual separation surfaces depending on the desired cooling effect via an or several ties, if necessary with interposition a heat insulating material, is in a thermally conductive connection.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kühlen die aus dem Kühlmittelbehälter verdampfenden konden -sierten Gase nacheinanderfolgend mehrere Abscheideflächen mit steigender Temperatur, wobei als letzte gekühlte Abscheideiläche vor dem Austritt der Gase aus dem Gehäuse der Tiefkühlfalle eine für die Korden sation in flüssigem Zustand hestimmte Abscheidefläche vorgesehen ist. Die Gasströmung erwärmt sich dabei fortgesetzt und weist schließlich eine Temperatur auf. welche gerade hinreicht. um noch eine ausreichende Kälteleistung an die für flüssige Kondensation bestimmte Abscheidefläche höchster Temperatur zu übertragen. Natürlich ist es nicht unmittelbar notwendig, diese Abscheidefläche höchster Temperatur direkt mit der von der austretenden Gasströmung durchströmten Kühlspirale in Verbindung zu bringen, da diese unter Umständen eine zu weitgehende Abkühlung herbeiführen kann. In diesem Fall wird die Abscheidefläche höchster Temperatur vorteilhaft über entsprechend dimensionierte wärmedämmende Bauelemente mit einer direkt gekühlten Abscheidefläche niedriger Temperatur verbunden. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen die Abscheidefläche höchster Temperatur von einem anderen Kühlmittel, z. B. durch Wasser, gekühlt wird. In an advantageous embodiment, the cool from the coolant tank evaporating condensed gases successively several separation surfaces with increasing temperature, with the last cooled separation surface before the outlet of the gases from the housing of the freezer trap one for the cord sation in liquid State of a certain separation surface is provided. The gas flow heats up in the process continued and eventually has a temperature. which is just enough. in order to still have sufficient cooling capacity to the one intended for liquid condensation Transfer the separation surface of the highest temperature. Of course it's not immediate necessary, this separation surface of the highest temperature directly with that of the exiting Bring gas flow through flowing cooling spiral in connection, as this may be can cause excessive cooling. In this case, the separation area highest temperature advantageous over appropriately dimensioned heat-insulating components connected to a directly cooled, low temperature separation surface. There are Versions are also possible in which the separation surface has the highest temperature of another coolant, e.g. B. is cooled by water.

Eine vorteilhafte Maßnahme zur Verhinderung einer unerwünschten Temperaturerniedrigung an einer zur Kondensation in flüssigem Zustand bestimmten Abscheidefläche besteht gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung darin, daß an der für die Kondensation itl flüssigem Zustand bestimmten Abscheidefläche eine wärmeleitende Verbindung zu im Betrieb der Tiefkühlfalle auf höheren Temperaturen liegenden Gehäuseteilen vorgesehen ist, und' daß die Bemessung dieser wärmeleitenden Verbindung so vorgenommen wird, daß die für die Kondensation in flüssigem Zustand bestimmte Abscheidefläche eine vorgegebene Temperatur nicht unterschreiten kann. Die Wirkung beruht darauf, daß- bei einer unerwünschten Temperaturerniedrigung an dieser Abscheidefläche ein erhöhtes Temperaturgefälle gegenüber den wärmeren Gehäuseteilen auftritt, wodurch sich die über das wärmeleitende-Verbindungselement übertragene Wärmemenge entsprechend vergrößert. Andererseits vermindert sich die Temperatur differenz zwischen der Abscheidefläche und dem Kühlmittelbehälter, und beide Effekte bewirken eine weitgehende Festlegung der Temperatur auf den ge wünschten für die flüssige Kondensation notwendigen Wert. An advantageous measure to prevent an undesired decrease in temperature exists on a separation surface intended for condensation in the liquid state according to a further development of the invention in that on the condensation itl liquid state certain separation surface to a heat-conducting connection When the freezer trap is in operation, housing parts are provided that are located at higher temperatures is, and 'that the dimensioning of this thermally conductive connection is carried out in such a way that that the separation surface intended for condensation in the liquid state is a cannot fall below the specified temperature. The effect is based on the fact that- in the event of an undesired lowering of the temperature at this separation surface, an increased Temperature gradient compared to the warmer housing parts occurs, whereby the The amount of heat transferred via the thermally conductive connecting element is correspondingly increased. On the other hand, the temperature difference between the separation surface decreases and the coolant tank, and both effects make a broad definition the temperature to the ge desired value necessary for the liquid condensation.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ist so aufgebaut, daß bei der an sich bekannten scheibenförmigen Ausbildung der für die Kondensation in flüssigem Zustand bestimmten Abscheideflächen die wärmeleitende Verbindung Bügelform hat. An expedient embodiment is constructed in such a way that the at known disc-shaped design for the condensation in liquid State of certain separation surfaces the thermally conductive connection has the shape of a bow.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine an eine Treibmittelpumpe angeschlossene Tiefkühlfalle nach der Er-Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der plattenförmigen Abscheideflächen mit Wärmelei tungsbügel einer Tiefkühlfalle nach Fig. 1. In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention shown schematically; It shows Fig. 1 a longitudinal section through a Freezer trap connected to a propellant pump according to the invention, Fig. 2 a perspective view of the plate-shaped separation surfaces with heat conduction processing bracket of a freezer trap according to FIG. 1.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 1 der Tiefkühlfalle über einen Innenflansch 2 an einen Anschlußflansch 3 einer Quecksilber-Treibmittelpumpe 4 angeschlossen. Diese Quecksilber-Treibmittel- pumpe 4 steht mit einer mechanischcn Vorpümpe 5 11 \/'erhilldung. In the embodiment shown, the housing 1 is the freezer trap via an inner flange 2 to a connecting flange 3 of a mercury propellant pump 4 connected. These mercury propellants pump 4 stands with a mechanischcn Vorpümpe 5 11 \ / 'expansion.

Das Gehäuse 1 der Tiefkühlfalle weist einen weiteren Anschluß flansch 6 auf, mit dem die Verbindung zum Vakuumrezipienten hergestellt werden kann. Im Inneren dieses Gehäuses 1 erkennt man einen Kuhlmittell>ehälter 7. in dem ein hestimmter Flüssigkeitsstand der kondensierten Gase 8 vorhanden ist. The housing 1 of the freezer trap has a further connection flange 6, with which the connection to the vacuum recipient can be established. in the Inside this housing 1 you can see a coolant container 7 in which a The liquid level of the condensed gases 8 is certain.

Zur Zuführung der kondensierten Gase8 dient eine an den Kühlmittelbehälter 7 angeschlossene Zuleitung9, die zur Vermeidung von Wärmeverlusten bei ihrem Durchtritt durch das Gehäuse 1 in einer entsprechenden Isoliermuffe 10 geführt ist. Diese Zuleitung9 steht mit einem Vorratsbehälter 11 für die kondensierten Gase in Verbindung, der auch als automatisch wirkende Nachfüllvorrichtung ausgebildet sein kann. One is used to supply the condensed gases8 to the coolant tank 7 connected supply line9, to avoid heat loss when passing through is guided through the housing 1 in a corresponding insulating sleeve 10. This lead 9 is in connection with a storage container 11 for the condensed gases, the can also be designed as an automatically acting refill device.

In dem Gehäuse 1 ist ferner ein mit einer kreisringförmigen Abscheidefläche 12 versehener metallischer Einsatz 13 vorhanden, der an entsprechend dimensionierten Stützen 14 aus einem ;Material geringer Wärmeleitfähigkeit im Gehäuse aufgehängt ist. In the housing 1 is also a separation surface with a circular ring 12 provided metallic insert 13 is present, which is dimensioned accordingly Supports 14 made of a material of low thermal conductivity suspended in the housing is.

An den Kühlmittelbehälter 7 ist ein Rohrstück 15 angeschlossen, das bei 16 in eine Kühlspirale mit zwei Windungen übergeht, die mit der Abscheidefläche 12 in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Von dieser Kühlspirale 16 führt eine Verbindungsleitung 17, die gleichzeitig als Halteteil ausgebildet ist, zu einer scheibenförmigen Abscheidefläche 18, welche im Betrieb auf höherer Temperatur gehalten werden soll. Dementsprechend ist nur eineKühlwindung 19vorgesehen, und an diese schließt sich ein Auslaßrohrteil 20 an, durch den die Gasströmung aus der Tiefkühlfalle in den Umgebungsraum austritt. Dieses Auslaßrohrteil 20 ist ebenfalls über eine Isolierdurchführung21 am Gehäuse 1 befestigt. A pipe section 15 is connected to the coolant container 7, which at 16 merges into a cooling spiral with two turns, which is connected to the separation surface 12 are in good thermal conductivity connection. From this cooling spiral 16 one leads Connecting line 17, which is designed as a holding part at the same time, to a disc-shaped separation surface 18, which is kept at a higher temperature during operation shall be. Accordingly, only one cooling coil 19 is provided, and to this is followed by an outlet pipe part 20 through which the gas flow from the freezer trap escapes into the surrounding space. This outlet pipe part 20 is also via a Isolation bushing21 attached to the housing 1.

An der scheibenförmigen Abscheidefläche 18 ist mit Hilfe einer Nietverbindung 22 ein Doppelbügel 23 aus wärmeleitfähigem Material angenietet, der sich mit seinen freien Enden auf dem Innenflansch 2 abstützt. Die Form dieses Bügels ist besonders in Fig. 2 dargestellt. On the disc-shaped separation surface 18 is with the help of a rivet connection 22 a double bracket 23 riveted from thermally conductive material, which is with his free ends on the inner flange 2 is supported. The shape of this bracket is special shown in FIG.

Als Werkstoff für den Bügel kann Stahl, aber auch Kupfer od. dgl. verwendet werden.The material for the bracket can be steel, but also copper or the like. be used.

Beim Betrieb verdampft fortgesetzt ein Teil der kondensierten Gase 8, und die aus dem Kühlmittelbehälter7 austretende kalte Gasströmung kühlt zunächst die kreisringförmige Abscheidefläche 12, die ebenfalls auf sehr niedriger Temperatur gehalten werden soll. Dabei hat sich die Gasströmung bereits etwas erwärmt, so daß sie anschließend zur Kühlung der scheibenförmigen Abscheidefläche 18 verwendet werden kann. Da die Temperatur dieser Abscheidefläche erheblich höher gehalten werden soll als die Temperatur der kondensierten Gase, wurde nur eine einzige Kühlwindungl9 vorgesehen. During operation, some of the condensed gases continue to evaporate 8, and the cold gas flow emerging from the coolant container 7 initially cools the annular separation surface 12, which is also at a very low temperature should be held. The gas flow has already warmed up somewhat, so that they are then used to cool the disc-shaped separation surface 18 can. Since the temperature of this separation surface should be kept significantly higher than the temperature of the condensed gases, only a single cooling coil became 19 intended.

Außerdem sorgt der Bügel 23 für eine wärmeleitende Verbindung mit dem Innenflansch2, der sich im Betrieb derTreibmittelpumpe erheblich erwärmt, so daß ander scheibenförmigen Abscheidefläche 18 in jedem Falle eine Temperatur festgelegt wird, bei der das Treibmittel in flüssigem Zustand kondensiert.In addition, the bracket 23 ensures a thermally conductive connection the inner flange 2, which heats up considerably during operation of the propellant pump that the disc-shaped separation surface 18 is set in each case a temperature in which the propellant condenses in a liquid state.

Man kann den Aufbau der Tiefkühlfalle auch in anderer Weise wählen, ohne daß von den grundsätzlichen Erfindungsgedanken abgewichen wird. Insbesondere ist auch die Verwendung bei Treibmittelpumpen mit organischen Treibmitteln möglich und vorteilhaft. The construction of the freezer trap can also be chosen in a different way, without deviating from the basic inventive concept. In particular it can also be used for propellant pumps with organic propellants and beneficial.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Freezer trap for separating condensables Vapors in vacuum systems, in which those filled in a coolant container condensed Evaporate gases to the outside air and Tiefkt lal) sheaths in the connecting line between the vacuum recipient and the propellant pump cool, and in which there are also separation surfaces of higher temperature. where the condensable vapors are initially deposited in a liquid state, characterized by such a guidance of the evaporating from the coolant container (7) Gases. that they are used to cool such separating surfaces (12, 18), their temperature is above the temperature of the liquid gases.

2. Freezer trap according to claim 1, characterized in that on the outlet opening of the coolant container (7) is a tubular cooling coil (16, 19) is connected, which with the separation surfaces to be cooled (12, 18) in thermally conductive connection.

3. Freezer trap according to claim 1, characterized. that the from the coolant container (7) evaporating condensed gases successively Cool several separation surfaces, with the last cooled separation surface before the Exit of the gas flow from the interior of the freezer trap for condensation in sweet according to the state certain separation surface (18) is provided.

4. Freezer trap according to Claims 1 to 3, characterized in that that on the separation surface intended for the lA; onclensation in the liquid state (18) a thermally conductive connection (23) to when the freezer trap is in operation at a higher level Temperature lying housing parts (2) is provided. uncl that this connection (23) is so dimensioned. that intended for condensation in the liquid state Separation surface (18) cannot fall below a predetermined temperature.

5. Freezer trap according to claim 4, characterized in that at the disc-shaped design known per se for condensation in liquid State certain separation surface (18) the thermally conductive connection (23) hill-shaped is designed.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1,019,047, N 10571 Ia / 27d (published November 24, 1955); British patent specification No. 795 895; U.S. Patent No. 2,565,722.