DE1539159B2

DE1539159B2 - Sortionspumpe

Info

Publication number: DE1539159B2
Application number: DE19671539159
Authority: DE
Inventors: Gerard Frank Tonawanda N Y Cheng Domingo Los Altos Calif Hagenbach, (V St A)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-10-26
Publication date: 1971-01-14
Also published as: DE1539159A1; GB1143277A; US3371499A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sorptionspumpe, be- F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße

stehend aus einem gasdichten Gehäuse, das mit dem Pumpe;

zu evakuierenden Raum in Verbindung steht, einem F i g. 2 ist eine Aufsicht und

in diesem Gehäuse angeordneten, festes Adsorptions- F i g. 3 eine Seitenansicht dieser Pumpe;

material enthaltenden Körper, einem über diesem 5 F i g. 4 zeigt wieder im Schnitt eine etwas andere

Körper im gasdichten Gehäuse angeordneten Behäl- Ausführungsform.

ter für ein flüssiges Kühlmittel mit einem aus dem Nach der F i g. 1 enthält die Sorptions-Vakuum-

gasdichten Gehäuse hinausführenden Abzug für ver- pumpe 10 eine das Adsorptionsmittel enthaltende

dampftes Kühlmittel und mit Leitungen für das Kammer 12, die sich innerhalb eines einwandigen

flüssige Kühlmittel, die durch das Adsorptionsmaterial ίο gasdichten Gehäuses 14 befindet. Das Adsorptions-

führen und mit ihm in thermischem Kontakt stehen. material 15 wird durch ein flüssiges Kühlmittel, vor-

Es sind schon Sorptions-Vakuumpumpen bekannt, zugsweise durch flüssigen Stickstoff, gekühlt, der (USA.-Patentschrift 3 172 745) die aus einem gas- durch Leitungen oder Rohre 16 fließt. Diese Rohre dichten Gehäuse, das mit dem zu evakuierenden führen durch das Bett aus Adsorptionsmaterial in der Raum in Verbindung steht, aus einem in diesem Ge- 15 Kammer 12 zu einem unten angeordneten Verteiler häuse angeordneten Bett eines festen Adsorptions- 20. Zur Regelung und Verteilung des flüssigen Kühlmaterials und einer Kühlvorrichtung für das feste mittels ist ein Behälter 17 oberhalb der Kammer 12 Adsorptionsmaterial bestehen. Ein flüssiges Kühl- vorgesehen.

mittel umgibt entweder das gasdichte Gehäuse oder Aus einer äußeren Quelle 11 gelangt das flüssige

wird mittels Leitungen durch das Bett des festem 20 Kühlmittel durch die Leitung 18 in den Behälter 17.

Adsorptionsmaterials, das vorzugsweise ein Mole- Aus diesem fließt es durch das mittige Rohr 19 zu

kularsieb ist, geführt. Durch Adsorption der in dem dem unten befindlichen Verteiler 20. Durch die

zu evakuierenden Raum oder in dem Gehäuse be- Rohre 16 steigt das Kühlmittel wieder aufwärts,

fmdlichen Gase an dem festen Adsorptionsmaterial Diese Rohre 16 können vergrößerte Oberflächen

können Vakua bis herab zu 1O^-3 und 10~³mmHg 25 oder Flossen haben, die nicht abgebildet sind. In

erreicht werden diesen Rohren verdampft ein Teil des Kühlmittels

Bei Pumpen mit einer großen Kapazität ist es und kühlt dadurch das umgebende Adsorptionsschwierig und unerwünscht, das Gehäuse mit dem material wirksam und gleichmäßig. Die Flüssigkeit Bett des festen Adsorptionsmaterials in einen Be- läuft in diesem System um, während die durch Verhälter mit dem flüssigen Kühlmittel einzutauchen. 30 dämpfung entstehenden Gase aus dem Gasraum 21 Auch wenn das flüssige Kühlmittel in einem beson- des Behälters entweichen und durch die -Dampfderen, mit dem gasdichten Gehäuse verbundenen Be- leitung 22 abgezogen werden. Das Bett des Adsorphälter sich befindet, besteht die Schwierigkeit, daß tionsmaterials wird vorzugsweise von den Leitungen das stehende flüssige Kühlmittel entlang der wärme- 22 gehalten. Es befindet sich innerhalb eines Siebes austauschenden Oberfläche zu sieden beginnt, was zur 35,23. Genügender Zwischenraum ist vorgesehen, um Bildung einer Gasschicht führt, welche die Wärme- einen ungehinderten Gaszutritt zu dem Adsorptionsübertragung hindert und die Wirksamkeit der Pumpe material durch den ringförmigen Raum 24 zu erbeeinträchtigt. _r möglichen, der das Adsorptionsmaterial umgibt. Es

Das Ziel der Erfindung ist eine Sorptionspumpe, kann ebenso ein mittig angeordneter Raum innerhalb

welche das Evakuieren von großen Räumen mit 40 des Bettes des Adsorptionsmaterials vorgesehen sein,

guter Wirksamkeit ermöglicht. Beim Abkühlen des Adsorptionsmaterials entsteht

Die erfindungsgemäße Sorptionspumpe ist dadurch in dem Raum 24 innerhalb des Gehäuses 14 ein

gekennzeichnet, daß die Leitungen für das Kühl- Vakuum. Dieses isolierende Vakuum umgibt das ge-

mittel aus einer von der Mitte des Kühlmittelbehälters kühlte Adsorptionsmittel innerhalb der Kammer 12.

in der Mitte des gasdichten Gehäuses abwärts füll- 45 Es entsteht also in dieser ein eigenes isolierendes

renden Leitung, einem an diese Leitung anschließen- Vakuum, so daß zum Isolieren ein doppelwandiges

den, unterhalb des Adsorptionsmaterials angeord- Gefäß mit einem evakuierten Zwischenraum nicht

neten Verteiler und mehreren von diesem Verteiler notwendig ist.

ausgehenden, durch ,das Adsorptionsmaterial nach Ein Strahlen reflektierender, wärmeleitender

oben führenden, in den-Kühlmittelbehälter münden- 5° Schirm 25 aus Metall ist wärmeleitend verbunden

den Leitungen bestehen.- -- ·'■ ', . mit der Ableitung 22 und wird daher wirksam ge-

Vorzugsweise weist der Kiihlmittelbehälter eine kühlt. Dieser Schirm ist vorzugsweise innerhalb des

gesonderte Zuleitung für das flüssige Kühlmittel auf. Raumes 24 angeordnet, um ein Einsickern von

Zwischen dem Gasraum des Behälters für das Wärme in die kalte Kammer zu verhindern oder zu

flüssige Kühlmittel· uhd-der'Ableitung für den Abzug 55 verringern. Dadurch können die Kosten für den Be-

von verdampftem Kühlmittel kann ein Phasenscheider trieb der Pumpe erheblich herabgesetzt werden,

angeordnet sein. Im oberen Teil des Pumpengehäuses befindet sich

Es kann auch mindestens eine Leitung vorgesehen ein Phasenscheider 28, durch welchen mitgerissenes

sein, mit der ein Spülgas durch das Adsorptions- flüssiges Kühlmittel abgetrennt werden kann. Dieser

material geführt werden kann. ⁶° Phasenscheider besteht vorzugsweise aus porösem zu-

Bei einer guten Ausführungsform ist mindestens sammengepacktem Material, welches die Strömungsein Wärmestrahlen reflektierender Schirm zwischen geschwindigkeit des entweichenden Gases herabsetzt dem Adsorptionsmaterial enthaltenden Körper und und eine Kondensation und Abtrennung von flüssigen der Wand des gasdichten Gehäuses angebracht und Tropfen bewirkt. Selbstverständlich kann der mit dem Abzug für verdampftes Kühlmittel wärme- 65 Phasenscheider auch eine andere Form haben,
leitend verbunden. Der Behälter 17 dient zum gleichmäßigen Ver-

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Aus- teilen der Kühlflüssigkeit zu den Rohren 16. In ihm

führungsformen der Erfindung. werden auch die entstehenden Dämpfe des. Kühl-

mittels gesammelt, die durch die Leitungen 22 austreten. Diese Anordnung ermöglicht eine maximale Abkühlungsgeschwindigkeit, bei welcher keine Verluste an Kühlmittel durch mitgerissene Tröpfchen in der Leitung 22 auftreten. Es kann auch ein Fühler für den Stand des flüssigen Kühlmittels in dem Behälter vorgesehen sein, der nach der Abbildung aus einem Proberohr 29 besteht.

Eine nach diesen Grundsätzen gebaute Pumpe enthielt etwa 68 kg eines Zeolith-5A-Molekularsiebes in Form von etwa 1,6 mm großen Kügelchen. Mit Hilfe dieser Vorrichtung konnten Räume mit einem Inhalt von 4,2 m³ innerhalb von 2 Stunden vom Atmosphärendruck auf einen Druck von etwa 10~³ mm Hg evakuiert werden. Größere Räume können schnell evakuiert werden, wenn man mehrere solcher Pumpen gleichzeitig verwendet oder sie in Reihe hintereinander anordnet. Man kann auch ein Vorvakuum mittels einer üblichen Pumpe erzeugen, worauf dann die erfindungsgemäße Pumpe angeschlossen wird. Bessere Vakua von 10~⁴ oder 10-⁵mmHg können erhalten werden, wenn man den zu evakuierenden Raum vorher mit Stickstoff oder Kohlendioxyd ausspült, um die Konzentration von Helium, Neon oder Wasserstoff herabzusetzen, die von den Molekularsieben bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs nur wenig adsorbiert werden.

Eine derartige Pumpe besteht beispielsweise aus einem zylindrischen Gehäuse von rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von etwa 50 cm und einer Höhe von etwa 125 cm. Diese Pumpe ist mittels einer Leitung mit einem Durchmesser von 50 cm durch die Einlaßöffnung 30 mit dem zu evakuierenden Raum verbunden. Die Einlaßöffnung befindet sich im oberen Teil der Umhüllung 14 der Pumpe. Sie kann genügend lang sein, um eine Verbindung beispielsweise durch Schweißen zu ermöglichen. Alle Zuführungen _r für die Kühlflüssigkeit befinden sich ebenso im oberen Teil des Gehäuses, wie die F i g. 2 und 3 es zeigen. Das Adsorptionsmaterial wird durch die Öffnung 30 zugeführt oder entfernt.

In der Regel sind senkrecht angeordnete Rohre vorzuziehen. Die Leitungen können aber auch eine andere Stellung haben, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß das flüssige Kühlmittel gleichmäßig durch sie fließt.

Ein Reaktivieren der Pumpe ist in der F i g. 4 gezeigt. Aus einer äußeren Quelle 31 wird ein erwärmtes Gas durch die Leitung 40 und die Leitungen 16 geführt, wobei das Adsorptionsmaterial erwärmt wird. Gleichzeitig leitet man ein trockenes Spülgas aus einer äußeren Quelle 41 durch die Leitung 42 und den Verteiler 44 durch das Bett 15 des Adsorptionsmaterials. Durch in gleichmäßigen Öffnungen befindliche Öffnungen 46 gelangt das Gas durch das Adsorptionsmaterial und spült die beim Erwärmen freigesetzten Gase hinweg. Das Abgas kann aus der Kammer an ihrem oberen Ende durch die Leitung 48 abgezogen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Sorptionspumpe, bestehend aus einem gasdichten Gehäuse, das mit dem zu evakuierenden Raum in Verbindung steht, einem in diesem Gehäuse angeordneten, festes Adsorptionsmaterial enthaltenden Körper, einem über diesem Körper im gasdichten Gehäuse angeordneten Behälter für ein flüssiges Kühlmittel mit einem aus dem gasdichten Gehäuse hinausführenden Abzug für verdampftes Kühlmittel und mit Leitungen für das flüssige Kühlmittel, die durch das Adsorptionsmaterial führen und mit ihm in thermischem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen für das Kühlmittel aus einer von der Mitte des Kühlmittelbehälters (17) in der Mitte des gasdichten Gehäuses abwärts führenden Leitung (19), einem an diese Leitung (19) anschließenden, unterhalb des Adsorptionsmaterials (15) angeordneten Verteiler (20) und mehreren von diesem Verteiler (20) ausgehenden, durch das Adsorptionsmaterial (15) nach oben führenden, in den Kühlmittelbehälter (17) mündenden Leitungen (16) bestehen.

2. Sorptionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (17) eine gesonderte Zuleitung (18) für das flüssige

, Kühlmittel aufweist.

3. Sorptionspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasraum des Behälters (17) für das flüssige Kühlmittel und der Ableitung (22) für den Abzug von verdampftem Kühlmittel ein Phasenscheider (28) angeordnet ist.

4. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Leitung (42) vorgesehen ist, mit der ein Spülgas durch das Adsorptionsmaterial (15) geführt werden kann.

5. Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wärmestrahlung reflektierender Schirm (25) zwischen dem Adsorptionsmaterial enthaltenden Körper (23) und der Wand (14) des gasdichten Gehäuses (12) angebracht und mit dem Abzug (22) für verdampftes Kühlmittel wärmeleitend verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen