DE19715480C2 - Vacuum pump system with a liquid ring pump - Google Patents

Vacuum pump system with a liquid ring pump

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumpumpsystem mit einer Flüssigringpumpe zum Abpumpen von Gasen, z. B. ge­ gen Atmosphärendruck.The invention relates to a vacuum pump system with a liquid ring pump for pumping gases, e.g. B. ge towards atmospheric pressure.

Flüssigringpumpen werden seit vielen Jahren einge­ setzt. Sie enthalten einen in einem zylindrischen Gehäuse exzentrisch untergebrachten Rotor, dessen Schaufeln eine Flüssigkeit entlang der zylindrischen Wand des Gehäuses in Umlauf versetzen und dabei aufgrund der exzentrischen Rotor­ lage mehr oder weniger tief in diesen Flüssigkeitsring ein­ tauchen. Innerhalb des Flüssigkeitsrings ergeben sich daher zwischen den Schaufeln Räume variablen Volumens, so daß ein Gas, das in einen dieser Räume angesaugt wird, im Verlauf der Umdrehung des Rotors komprimiert und schließlich ausge­ stoßen wird.Liquid ring pumps have been used for many years puts. They contain one in a cylindrical housing eccentrically housed rotor, the blades of which are one Liquid along the cylindrical wall of the housing Relocate and thereby due to the eccentric rotor lay more or less deep in this liquid ring dive. This results within the liquid ring between the blades spaces of variable volume, so that a Gas that is drawn into one of these rooms in the course the rotation of the rotor is compressed and finally out will come across.

Ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit sol­ cher Pumpen sind der Wasserverbrauch und die Verschmutzung dieses Wassers mit Stoffen, die in den geförderten Gasen enthalten sind.An important factor for profitability is sol cher pumps are water consumption and pollution this water with substances in the extracted gases are included.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, andere Flüssig­ keiten statt Wasser in der Flüssigringpumpe einzusetzen.It has also been suggested other liquid instead of using water in the liquid ring pump.

Aus der DE-A-37 10 782 ist eine Vorrichtung zum Abpumpen von Dämpfen oder dergleichen bekannt, die eine Drehschieberpumpe mit einer Betriebstemperatur von etwa 80°C und eine Vorpumpe in Form einer Membranpumpe aufweist.DE-A-37 10 782 describes a device for pumping out Steaming or the like is known, which is a rotary vane pump with an operating temperature of around 80 ° C and a backing pump has in the form of a diaphragm pump.

Aus der DE-A-29 27 797 ist weiter eine Drehschieberpumpe mit einem Saugstutzenventil bekannt, das erst geöffnet wird, wenn die Gase in der Pumpe eine Mindesttemperatur erreicht haben.From DE-A-29 27 797 there is also a rotary vane pump known a suction port valve that is only opened when the gases in the pump have reached a minimum temperature.

Aus den Druckschriften DE-A-34 20 144 und EP-A-0 174 454 sind dagegen Wasserringpumpen bekannt, bei denen der Kühlflüssigkeitsverbrauch abhängig von der Temperatur der Abgase geregelt und damit minimiert wird.From documents DE-A-34 20 144 and EP-A-0 174 454 water ring pumps, in which the Coolant consumption depending on the temperature of the Exhaust gases regulated and thus minimized.

Die EP-A-0 088 226 zeigt eine Flüssigkeitsringpumpe, die mit einem hochsiedenden Öl betrieben wird, welches das zu fördernde Wasser-/Dampfgemisch auf Atmosphärendruck verdichtet.EP-A-0 088 226 shows a liquid ring pump that works with a high-boiling oil is operated, which the promoting water / steam mixture at atmospheric pressure condensed.

US-A-4 315 717 zeigt eine Flüssigkeitsringpumpe in Verbindung mit einem Kondensator zur Absonderung korrosiver Kondensate, die aus dem abzupumpenden Gas-/Dampfgemisch stammen.US-A-4 315 717 shows a liquid ring pump in connection with a condenser to separate corrosive condensates, which come from the gas / vapor mixture to be pumped out.

Schließlich zeigt die Druckschrift US-A-3 642 384 ein mehrstufiges Pumpsystem mit einer mechanischen Vakuumpumpe (Roots) und einer atmosphärenseitig nachgeschalteten Flüssigringpumpe.Finally, US-A-3,642,384 shows multi-stage pump system with a mechanical vacuum pump (Roots) and a downstream one on the atmosphere side Liquid ring pump.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Saugsystem mit einer Flüssigringpumpe anzugeben, bei der eine Verschmutzung der Arbeitsflüssigkeit der Pumpe selbst dann vermieden wird, wenn die zu fördernden Gase Stoffe enthalten, die bei Atmo­ sphärendruck und der Temperatur des Flüssigkeitsrings kon­ densieren würden.The object of the invention is to provide a suction system to specify a liquid ring pump in which contamination the working fluid of the pump is avoided even then if the gases to be conveyed contain substances that Atmo spherical pressure and the temperature of the liquid ring con would condense.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit der Flüssigringpumpe von einem inerten Fluid gebildet wird und daß die Flüssigringpumpe mit einer Vorpumpe vom Membrantyp zusammenwirkt und einlaßseitig mit einem Saugventil versehen ist, das so gesteuert ist, daß es sich erst öffnen läßt, wenn die Temperatur des Flüssigkeits­ rings in der Pumpe einen unteren Grenzwert überschritten hat.According to the invention, this object is achieved by that the liquid of the liquid ring pump from an inert Fluid is formed and that the liquid ring pump with a Backing pump of the membrane type interacts and on the inlet side is provided with a suction valve which is controlled so that it can only be opened when the temperature of the liquid  a lower limit has been exceeded in the pump Has.

Im Gegensatz zu bekannten Flüssigringpumpen wird also in dem erfindungsgemäßen System die Flüssigringpumpe bei höherer Temperatur betrieben, so daß schon aufgrund der hö­ heren Temperatur die Gefahr eine Kondensation von die Flüs­ sigkeit verunreinigenden Stoffen am Ausgang der Flüssigring­ pumpe verringert wird. Außerdem wird durch die Wahl eines inerten organischen Fluids für die Flüssigkeit der Pumpe ein langer wartungsfreier Betrieb gewährleistet. Schließlich herrscht am Ausgang der Flüssigringpumpe nicht mehr Atmo­ sphärendruck, sondern ein niedrigerer Druck, so daß die Ge­ fahr einer Kondensation von Verunreinigungen am Ausgang der Flüssigringpumpe weiter abgesenkt wird.In contrast to known liquid ring pumps in the system according to the invention, the liquid ring pump operated higher temperature, so that due to the high high temperature there is a risk of condensation from the rivers liquid contaminants at the exit of the liquid ring pump is reduced. In addition, by choosing one inert organic fluids for the liquid of the pump long maintenance-free operation guaranteed. Finally there is no longer any atmosphere at the outlet of the liquid ring pump spherical pressure, but a lower pressure, so that the Ge condensation of impurities at the outlet of the Liquid ring pump is further lowered.

Bezüglich von Merkmalen eines besonderen Ausführungs­ beispiels der Erfindung wird auf die Unteransprüche und auf die nachfolgende Beschreibung anhand der beiliegenden Zeich­ nung verwiesen, die schematisch ein erfindungsgemäßes Vaku­ umpumpsystem zeigt.Regarding features of a particular design example of the invention is based on the dependent claims and the following description using the attached drawing tion, which schematically shows a vacuum according to the invention pumping system shows.

In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Vaku­ umpumpsystem gezeigt, mit einem Einlaß 1, der mit einem nicht gezeigten zu evakuierenden Behälter verbunden ist, und einem Auslaß 2, der beispielsweise in die Atmosphäre führt.In the single figure, a vacuum pumping system according to the invention is shown, with an inlet 1 , which is connected to a container (not shown) to be evacuated, and an outlet 2 , which leads, for example, into the atmosphere.

Der Einlaß 1 ist über ein Saugventil 3 und ggf. eine Kühlfalle 4 mit dem Sauganschluß 5 einer Flüssigringpumpe 6 verbunden. Vorzugsweise besteht der Flüssigkeitsring aus perfluoriertem Polyäther. Der Druckanschluß 7 der Pumpe führt über einen temperaturgesteuerten Abscheider 8 zu einer Membranpumpe 9, die in dem System als Vorpumpe wirkt und auslaßseitig mit dem Auslaß 2 zur Atmosphäre verbunden ist. Gegebenenfalls kann die Membranpumpe auf der Einlaß- und/oder Auslaßseite noch eine Kühlfalle 10 bzw. 11 aufweisen, um Fremdstoffe vor der Freigabe in die Atmosphäre zurückzuhalten.The inlet 1 is connected to the suction connection 5 of a liquid ring pump 6 via a suction valve 3 and possibly a cold trap 4 . The liquid ring preferably consists of perfluorinated polyether. The pressure connection 7 of the pump leads via a temperature-controlled separator 8 to a diaphragm pump 9 , which acts as a backing pump in the system and is connected on the outlet side to the outlet 2 to the atmosphere. If necessary, the diaphragm pump can also have a cold trap 10 or 11 on the inlet and / or outlet side in order to retain foreign matter before being released into the atmosphere.

Das Ventil 3 wird von einem Prozessor 12 gesteuert, der Temperaturmeßsignale von einem Thermoelement 16 im Flüs­ sigkeitsring der Pumpe 6 und ggf. von einem Thermoelement 17 in dem Abscheider 8 verwertet. Insbesondere öffnet der Pro­ zessor 12 das Ventil 3 erst, wenn der Flüssigkeitsring eine über der Raumtemperatur liegende Mindestbetriebstemperatur von z. B. 45°C erreicht hat. Die Temperaturmessung in dem Abscheider 8 kann dazu dienen, eine Überhitzung zu verhin­ dern und das Ventil 3 zu schließen (und das Pumpsystem ab­ zuschalten), wenn die in den Abscheider 8 eintretenden Gase eine obere Grenztemperatur von z. B. 90°C überschreiten.The valve 3 is controlled by a processor 12 , which uses the temperature measurement signals from a thermocouple 16 in the liquid ring of the pump 6 and possibly from a thermocouple 17 in the separator 8 . In particular, the processor 12 opens the valve 3 only when the liquid ring has a minimum operating temperature of z. B. has reached 45 ° C. The temperature measurement in the separator 8 can serve to prevent overheating and to close the valve 3 (and switch on the pump system) when the gases entering the separator 8 have an upper limit temperature of e.g. B. exceed 90 ° C.

Außerdem ist noch ein Sicherheitsventil 13 zwischen den Druckanschluß 7 der Flüssigringpumpe 6 bzw. den Auslaß des diesem nachgeschalteten Abscheiders 8 und den atmosphä­ renseitigen Auslaß 2 eingefügt. Dieses Ventil öffnet automa­ tisch, wenn der Druck am Druckauslaß der Flüssigringpumpe einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Ein solcher Grenz­ druck kann sich ausbilden, wenn die Membranpumpe den Durch­ satz der Flüssigringpumpe nicht mehr verarbeiten kann.In addition, a safety valve 13 is inserted between the pressure connection 7 of the liquid ring pump 6 or the outlet of the separator 8 connected downstream thereof and the atmosphere-side outlet 2 . This valve opens automatically when the pressure at the pressure outlet of the liquid ring pump exceeds a certain limit. Such a limit pressure can develop when the diaphragm pump can no longer process the throughput of the liquid ring pump.

Weiter ist in der Figur noch eine mit einem Drossel­ ventil 14 versehene Leitung gezeigt, die vom atmosphärensei­ tigen Auslaß 2 in die Flüssigringpumpe zurückführt und eine geringe Menge Gas in diese Pumpe zurückleitet. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahme den Flüssigkeitsring elastischer macht und Kavitationseffekte verringert. Ein nicht darge­ stellter akustischer Kavitationssensor, wie er in der Moto­ rentechnik als Klopfsensor eingesetzt wird, mißt das Kavita­ tionsgeräusch und steuert dementsprechend das Drosselventil 14.Also shown in the figure is a line 14 with a throttle valve, which returns from the atmospheric side outlet 2 to the liquid ring pump and returns a small amount of gas to this pump. It has been shown that this measure makes the liquid ring more elastic and reduces cavitation effects. A not shown Darge acoustic cavitation sensor, as used in engine technology as a knock sensor, measures the Kavita tion noise and controls the throttle valve 14 accordingly.

Schließlich ist noch eine Rückleitung 15 zu sehen, über die in dem Abscheider 8 anfallende Flüssigkeit in die Flüssigringpumpe zurückgeführt wird.Finally, a return line 15 can also be seen, via which the liquid accumulating in the separator 8 is returned to the liquid ring pump.

Das erfindungsgemäße System arbeitet folgendermaßen: Nach dem Einschalten beginnt bei geschlossenem Ventil 3 die Flüssigringpumpe 6 zu arbeiten, wodurch rasch die Temperatur des Flüssigkeitsrings ansteigt. Ist die Temperatur von z. B. 45°C erreicht, dann öffnet der Prozessor 12 das Ventil 3, so daß der Pumpvorgang beginnt. Die geförderten Gase werden über die Membranpumpe 9 zum atmosphärenseitigen Auslaß 2 gefördert. Das Überdruckventil 13 bleibt solange gesperrt, bis die Membranpumpe nicht mehr in der Lage ist, den Durch­ satz der Flüssigringpumpe zu verarbeiten, so daß sich am Einlaß der Membranpumpe ein Druck aufbaut, der den Grenz­ druck des Überdruckventils 13 überschreitet. Dann wird kurz­ zeitig dieses Ventil geöffnet und der fragliche Druck abge­ baut.The system according to the invention works as follows: after switching on, the liquid ring pump 6 starts to work with the valve 3 closed, whereby the temperature of the liquid ring rises rapidly. Is the temperature of z. B. reached 45 ° C, then the processor 12 opens the valve 3 so that the pumping process begins. The conveyed gases are conveyed via the membrane pump 9 to the outlet 2 on the atmosphere side. The pressure relief valve 13 remains blocked until the diaphragm pump is no longer able to process the throughput of the liquid ring pump, so that a pressure builds up at the inlet of the diaphragm pump which exceeds the limit pressure of the pressure relief valve 13 . Then this valve is opened briefly and the pressure in question is reduced.

Die Membranpumpe hält im Normalfall den Druckanschluß 7 der Flüssigringpumpe 6 auf einem Unterdruck von etwa 100 mbar absolut, so daß Dämpfe, die sich in dem gepumpten Gas befinden können und bei Atmosphärendruck und Umgebungstempe­ ratur kondensieren würden, dampfförmig bleiben und in die Membranpumpe abgeführt werden. Dadurch sammeln sich auch keine giftigen oder aggressiven Stoffe im Flüssigkeitsring, so daß die Lebensdauer und die Wartungsperioden des Pumpsy­ stems im Vergleich zu bekannten Wasserringpumpen deutlich verlängert werden.The membrane pump normally holds the pressure connection 7 of the liquid ring pump 6 to a negative pressure of about 100 mbar absolute, so that vapors that may be in the gas being pumped and would condense at atmospheric pressure and ambient temperature remain vaporous and are discharged into the membrane pump. As a result, no toxic or aggressive substances accumulate in the liquid ring, so that the life and maintenance periods of the pump system are significantly extended in comparison to known water ring pumps.

Die Erfindung ist nicht im einzelnen auf alle Merkma­ le des dargestellten Ausführungsbeispiels beschränkt. So kann beispielsweise statt einem perfluorierten Polyäther ein anderes ggf. sogar anorganisches Fluid verwendet werden, das bezüglich der in Frage kommenden gepumpten Gase und Dämpfe inert ist (wie z. B. langkettige Silane). Außerdem können einzelne oder alle der dargestellten Kühlfallen eingespart werden, wenn die zu pumpenden Gase keine Fremdbestandteile enthalten, die durch Kühlfallen daran gehindert werden müs­ sen, in die Atmosphäre zu gelangen.The invention is not specific to all features le of the illustrated embodiment limited. So can, for example, instead of a perfluorinated polyether other possibly even inorganic fluid can be used regarding the pumped gases and vapors in question is inert (such as long-chain silanes). You can also individual or all of the cold traps shown saved if the gases to be pumped are not foreign components included, which must be prevented by cold traps to get into the atmosphere.

Claims (9)

1. Vakuumpumpsystem mit einer Flüssigringpumpe zum Abpumpen von Gasen z. B. gegen Atmosphärendruck, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Flüssigring­ pumpe (6) von einem inerten Fluid gebildet wird und daß die Flüssigringpumpe (6) mit einer Vorpumpe (9) vom Membrantyp zusammenwirkt und einlaßseitig mit einem Saugventil (3) ver­ sehen ist, das so gesteuert wird, daß es sich erst öffnen läßt, wenn die Temperatur des Flüssigkeitsrings in der Pumpe (6) einen unteren Grenzwert überschritten hat.1. Vacuum pump system with a liquid ring pump for pumping gases z. B. against atmospheric pressure, characterized in that the liquid of the liquid ring pump (6) is formed by an inert fluid and that the liquid ring pump (6) cooperates with a backing pump (9) of the membrane type and see the inlet side ver with a suction valve (3) , which is controlled so that it can only be opened when the temperature of the liquid ring in the pump ( 6 ) has exceeded a lower limit. 2. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (3) außerdem von einem Thermoelement (17) in den geschlossenen Zustand gesteuert wird, das die Gastem­ peratur am Ausgang der Flüssigringpumpe (6) mißt, wenn diese Temperatur einen oberen Grenzwert überschreitet.2. Vacuum pump system according to claim 1, characterized in that the suction valve ( 3 ) is also controlled by a thermocouple ( 17 ) in the closed state, which measures the gas temperature at the outlet of the liquid ring pump ( 6 ) when this temperature exceeds an upper limit . 3. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert bei 45°C liegt.3. Vacuum pump system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the lower limit is 45 ° C. 4. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert bei 90°C liegt.4. Vacuum pump system according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the upper limit is 90 ° C. 5. Vakuumpumpsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein temperaturgesteuerter Abscheider (8) zwischen dem Auslaß (7) der Flüssigringpumpe (6) und dem Einlaß der Membranpumpe (9) eingefügt ist.5. Vacuum pump system according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature-controlled separator ( 8 ) between the outlet ( 7 ) of the liquid ring pump ( 6 ) and the inlet of the diaphragm pump ( 9 ) is inserted. 6. Vakuumpumpsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (13) parallel zur Membranpumpe angeordnet ist.6. Vacuum pump system according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure relief valve ( 13 ) is arranged parallel to the diaphragm pump. 7. Vakuumpumpsystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Drosselventil (14) ver­ sehene Leitung vom Auslaß der Membranpumpe zum Einlaß (5) der Flüssigringpumpe (6) führt.7. Vacuum pump system according to one of claims 5 or 6, characterized in that one with a throttle valve ( 14 ) seen line leads from the outlet of the diaphragm pump to the inlet ( 5 ) of the liquid ring pump ( 6 ). 8. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Kavitationssensor der Flüssigringpumpe (6) zugeordnet ist und auf das Drosselventil (14) einwirkt.8. Vacuum pump system according to claim 7, characterized in that an acoustic cavitation sensor is assigned to the liquid ring pump ( 6 ) and acts on the throttle valve ( 14 ). 9. Vakuumpumpsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Flüssigringpumpe (6) von perfluoriertem Polyäther gebildet wird.9. Vacuum pump system according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid of the liquid ring pump ( 6 ) is formed by perfluorinated polyether.
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