DE202012012359U1 - Pumping station for pumping light gases - Google Patents

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Abstract

Pumpstand zum Pumpen leichter Gase, mit einer mit der zu evakuierenden Kammer verbundenen ersten trockenverdichtenden Pumpe (12) und einer mit der ersten trockenverdichtenden Pumpe (12) verbundenen zweiten trockenverdichtenden Pumpe (14), dadurch gekennzeichnet, dass die trockenverdichtenden Pumpen (12, 14) gegenüber der Umgebung hermetisch dicht sind.Pumping station for pumping light gases, with a first dry-compressing pump (12) connected to the chamber to be evacuated and a second dry-compressing pump (14) connected to the first dry-compressing pump (12), characterized in that the dry-compressing pumps (12, 14) are hermetically sealed from the environment.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pumpstand zum Pumpen leichter Gase, wie Helium, Wasserstoff oder deren Isotope.The invention relates to a pumping station for pumping light gases, such as helium, hydrogen or their isotopes.

Beim Pumpen leichter Gase besteht die Problematik, dass diese Gase aufgrund der innerhalb der Pumpe bestehenden Undichtigkeiten zurückströmen. Beispielsweise weisen Schraubenpumpen zwischen dem schraubenförmigen Pumpelement und dem Gehäuse einen Spalt auf, durch den leichtes Gas zurückströmen kann. Um das Rückströmen leichter Gase zu verringern, ist es bekannt, den zu pumpenden leichten Gasen ein Purgegas beizumischen. Desweiteren ist es bekannt, die innere Dichtigkeit der Pumpen dadurch zu erhöhen, dass Fluide wie Öle zur inneren Abdichtung verwendet werden. Sowohl das Verwenden von Purgegasen als auch das Verwenden ölgedichteter Pumpen weist den Nachteil auf, dass die gepumpten leichten Gase verunreinigt werden. Dies hat zur Folge, dass die Gase aufwendig gereinigt werden müssen. Eine entsprechende Reinigung ist technisch schwierig und teuer. Dies ist insbesondere nachteilig, wenn die gepumpten leichten Gase in einem Kreislauf verwendet werden und bspw. einem Herstellungsprozess wieder zugeführt werden sollen. Hierbei können bereits geringe Verunreinigungen der entsprechenden leichten Gase zu schädlichen Veränderungen im Prozess führen. Beispielsweise ist beim Fördern des leichten Gases Tritium in Kernfusionsexperimenten bereits eine geringe Verunreinigung schädlich.When pumping light gases there is the problem that these gases flow back due to the existing within the pump leaks. For example, screw pumps between the helical pumping element and the housing have a gap through which light gas can flow back. In order to reduce the backflow of light gases, it is known to mix a purge gas to the light gases to be pumped. Furthermore, it is known to increase the internal tightness of the pumps by using fluids such as oils for internal sealing. Both the use of purge gases and the use of oil-sealed pumps has the disadvantage of contaminating the pumped light gases. This has the consequence that the gases must be cleaned consuming. A corresponding cleaning is technically difficult and expensive. This is particularly disadvantageous if the pumped light gases are used in a cycle and, for example, a manufacturing process to be supplied again. Even slight contamination of the corresponding light gases can lead to harmful changes in the process. For example, in conveying the light gas tritium in nuclear fusion experiments, even a slight contamination is harmful.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Pumpstand zum Pumpen leichter Gase zu schaffen, mit dem ein Verunreinigen der leichten Gase bei einer gleichzeitigen Erzielung hoher Saugvermögen bei kleinen Einlassdrücken realisiert ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung einen Pumpstand zum Pumpen leichter Gase zu schaffen, mit dem in einer zu evakuierenden Kammer Drücke von weniger als 100 mbar erzielt werden können. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein ausreichendes Saugvermögen bei Einlassdrücken von 100 bis 0,1 mbar zu erzielen.The object of the invention is to provide a pumping station for pumping light gases, with which a pollution of the light gases is realized while simultaneously achieving high pumping speeds at low inlet pressures. In particular, it is an object of the invention to provide a pumping station for pumping light gases, with which in a chamber to be evacuated pressures of less than 100 mbar can be achieved. In particular, it is an object of the invention to achieve a sufficient pumping speed at inlet pressures of 100 to 0.1 mbar.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Pumpstand zum Pumpen leichter Gase weist eine erste trockenverdichtende Pumpe auf. Ein Einlass der ersten Pumpe ist vorzugsweise unmittelbar mit einer zu evakuierenden Kammer bzw. einem Rezipienten verbunden. Mit der ersten trockenverdichtenden Pumpe, d. h. insbesondere einem Auslass zur ersten trockenverdichtenden Pumpe ist eine zweite trockenverdichtende Pumpe, insbesondere unmittelbar verbunden. Bei trockenverdichtenden Pumpen handelt es sich insbesondere um Schrauben- oder Rootspumpen, wobei die erforderliche Dichtigkeit dieser Pumpen nicht durch Öl oder dergleichen, sondern aufgrund einer hohen präzisen Herstellung realisiert ist. Um in der zu evakuierenden Kammer bzw. dem Rezipienten erfindungsgemäß niedrige Prozessdrücke von insbesondere weniger als 100 mbar erzielen zu können und hierbei zusätzlich das Verunreinigen der gepumpten leichten Gase durch Purgegas oder ölgedichtete Pumpen zu vermeiden, sind erfindungsgemäß die trockenverdichtenden Pumpen gegenüber der Umgebung hermetisch dicht ausgebildet. Eine hermetische Abdichtung ist hierbei definiert als eine räumliche Trennung der Gasmischung innerhalb der Vakuumpumpe von derjenigen außerhalb der Vakuumpumpe. Über Dichtungen wird verhindert, dass Umgebungsgase das zu pumpende Gasgemisch in einer Art Verunreinigungen, dass sie die Applikation signifikant beeinflussen.The pumping station according to the invention for pumping light gases has a first dry-compressing pump. An inlet of the first pump is preferably connected directly to a chamber or a recipient to be evacuated. With the first dry compacting pump, d. H. in particular an outlet to the first dry-compressing pump, a second dry-compressing pump, in particular directly connected. In dry compressing pumps are in particular screw or Roots pumps, the required tightness of these pumps is not realized by oil or the like, but due to a high precision manufacturing. In order to be able to achieve low process pressures of, in particular, less than 100 mbar in the chamber or recipient to be evacuated, and additionally to avoid contaminating the pumped light gases with purge gas or oil-sealed pumps, the dry-compressing pumps are hermetically sealed from the environment , A hermetic seal is defined here as a spatial separation of the gas mixture within the vacuum pump from that outside the vacuum pump. Gaskets prevent ambient gases from pumping the gaseous mixture into a kind of impurities that significantly affect the application.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist parallel zu der ersten trockenverdichtenden Pumpe eine weitere, dritte trockenverdichtende Pumpe angeordnet. Diese ist ebenfalls mit der zu evakuierenden Kammer bzw. dem Rezipienten verbunden. Vorzugsweise sind die beiden zueinander parallel angeordneten trockenverdichtenden Schraubenpumpen sodann gemeinsam mit der zweiten nachgeordneten trockenverdichtenden Schraubenpumpe verbunden. Vorzugsweise sind die beiden Auslässe der ersten und dritten trockenverdichtenden Pumpe zusammengeführt und gemeinsam mit dem Einlass der zweiten trockenverdichtenden Schraubenpumpe verbunden. Durch eine derartige Anordnung von drei trockenverdichtenden Schraubenpumpen ist es möglich das Gesamtsaugvermögen bei niedrigeren Drücken kleiner 100 bar weiter zu steigern.In a particularly preferred embodiment, a further, third dry-compressing pump is arranged parallel to the first dry-compressing pump. This is also connected to the evacuated chamber or the recipient. Preferably, the two dry-compressing screw pumps arranged parallel to one another are then connected together to the second downstream dry-compressing screw pump. Preferably, the two outlets of the first and third dry compressing pumps are brought together and connected in common with the inlet of the second dry compressing screw pump. Such an arrangement of three dry-compressing screw pumps makes it possible to further increase the total absorbency at lower pressures of less than 100 bar.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind drei trockenverdichtenden Pumpen in Reihe hintereinander angeordnet, sodass die zweite trockenverdichtende Pumpe unmittelbar mit einer weiteren trockenverdichtenden Pumpe verbunden ist. Hierdurch können in dem Rezipienten auch ohne Einsatz ölgedichteter Pumpen sowie auch ohne den Einsatz von Purgegas hohe Saugvermögen bei niedrigen Drücken kleiner 100 mbar insbesondere für Wasserstoff und Wasserstoff-Isotope realisiert werden.In an alternative embodiment, three dry compressing pumps are arranged in series one behind the other so that the second dry compacting pump is directly connected to another dry compacting pump. As a result, high absorbency at low pressures of less than 100 mbar, in particular for hydrogen and hydrogen isotopes, can be achieved in the recipient even without the use of oil-sealed pumps and also without the use of purge gas.

Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei trockenverdichtende Pumpen parallel zu schalten und sodann in Pumprichtung in Reihe zwei weitere trockenverdichtende Pumpen vorzusehen. Bei einer derartigen Anordnung von insgesamt vier trockenverdichtenden Pumpen können sehr große Saugvermögen bei niedrigen Drücken kleiner 100 mbar insbesondere für Wasserstoff und Wasserstoff-Isotope realisiert werden.Of course, it is also possible to connect two dry-compressing pumps in parallel and then to provide in the pumping direction in series two more dry-compressing pumps. With such an arrangement of a total of four dry-compacting pumps, very high pumping speeds can be achieved at low pressures of less than 100 mbar, in particular for hydrogen and hydrogen isotopes.

Zur weiteren Verringerung der erzielbaren Drücke in dem Rezipienten kann mit der in Pumprichtung letzten trockenverdichtenden Pumpe, d. h. je nach Ausführungsform der zweiten oder vierten vorgesehenen trockenverdichtenden Pumpe, eine gegen Atmosphäre pumpende Vorvakuumpumpe vorgesehen sein. Bei der Vorvakuumpumpe handelt es sich bspw. um eine trockene Verdrängervakuumpumpe, insbesondere eine Roots- Klauen-, Kolben- und/oder Schraubenpumpe. Die Vorvakuumpumpe ist erfindungsgemäß als trockenverdichtende Pumpe ausgebildet, um ein Verunreinigen der zu pumpenden leichten Gase zu vermeiden.To further reduce the achievable pressures in the recipient may be with the last dry-compressing in the pumping direction, d. H. depending on the embodiment of the second or fourth provided dry-compressing pump, a forevacuum pump pumping against the atmosphere may be provided. The backing pump is, for example, a dry positive displacement vacuum pump, in particular a Roots claw, piston and / or screw pump. The backing pump according to the invention is designed as a dry-compressing pump in order to avoid contamination of the light gases to be pumped.

Insbesondere durch das erfindungsgemäße Vorsehen ausschließlich trockenverdichtender Pumpen und aufgrund des Verzichts auf den Einsatz von Purgegas, ist es aufgrund des Einsatzes von gegenüber der Umgebung hermetisch dichten Pumpen möglich, leichte Gase mit hoher Effizienz zur Erzielung niedriger Prozessdrücke in dem Rezipienten zu pumpen. Da das Gas nicht verunreinigt wird, ist ein aufwendiges Reinigen vermieden, sodass es insbesondere möglich ist, das gepumpte Gas bspw. in einem Kreislaufsystem wiederzuverwenden.In particular, by providing only dry-compressing pumps according to the invention and dispensing with the use of purge gas, it is possible to pump light gases with high efficiency to achieve low process pressures in the recipient due to the use of hermetically sealed pumps. Since the gas is not contaminated, a complex cleaning is avoided, so that it is particularly possible to reuse the pumped gas, for example, in a circulatory system.

Je nach Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die erste und/oder die dritte Pumpe unmittelbar mit der zu evakuierenden Kammer bzw. dem Rezipienten verbunden ist. Desweiteren ist es je nach Ausführungsform bevorzugt, dass die zweite Pumpe unmittelbar mit der ersten und/oder dritten Pumpe verbunden ist. Desweiteren ist es bevorzugt, dass sämtliche eingesetzten trockenverdichtenden Pumpen als Schraubenpumpen ausgebildet sind.Depending on the embodiment, it is preferred that the first and / or the third pump is connected directly to the chamber or the recipient to be evacuated. Furthermore, it is preferred depending on the embodiment that the second pump is connected directly to the first and / or third pump. Furthermore, it is preferred that all dry-compressing pumps used are designed as screw pumps.

Besonders bevorzugt ist es, dass der gesamte Pumpstand ein nach außen hermetisch dichtes System bildet.It is particularly preferred that the entire pumping station form a hermetically sealed system to the outside.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pumpstandes ist es auf sehr effiziente Weise möglich, leichte Gase zu pumpen, wobei hierbei ein Verunreinigen der Gase vermieden ist. Bei den leichten Gasen handelt es sich insbesondere um Wasserstoff, Wasserstoffisotope, Deuterium, Tritium, Helium, Heliumisotope oder Gemische hiervon.With the help of the pumping station according to the invention, it is possible in a very efficient manner to pump light gases, in which case contamination of the gases is avoided. The light gases are in particular hydrogen, hydrogen isotopes, deuterium, tritium, helium, helium isotopes or mixtures thereof.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand unterschiedlicher Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to different embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 bis 3 unterschiedliche schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Pumpstände. 1 to 3 different schematic representations of inventive pumping stations.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist eine zu evakuierende Kammer bzw. ein Rezipient 10, insbesondere unmittelbar mit dem Einlass einer als Schraubenpumpe ausgebildeten ersten trockenverdichtenden Pumpe 12 verbunden. Der Auslass der Schraubenpumpe 12 ist mit dem Einlass einer zweiten im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Schraubenpumpe 14 ausgebildeten trockenverdichtenden Pumpe verbunden. Der Auslass der zweiten trockenverdichtenden Pumpe 14 kann mit weiteren Elementen der Anlage oder über eine Leitung 16 mit einer nicht dargestellten Vorvakuumpumpe verbunden sein. Die beiden im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen trockenverdichtenden Schraubenpumpen sind der jeweils als gegenüber der Umgebung hermetisch dichte Pumpen ausgebildet.According to a first preferred embodiment is a chamber to be evacuated or a recipient 10 , in particular directly with the inlet of a first dry-compressing pump designed as a screw pump 12 connected. The outlet of the screw pump 12 is with the inlet of a second in the illustrated embodiment also as a screw pump 14 trained dry-compressing pump connected. The outlet of the second dry-compressing pump 14 can with other elements of the plant or via a pipe 16 be connected to a backing pump, not shown. The two dry-compressing screw pumps provided in the first exemplary embodiment are each designed as hermetically sealed pumps relative to the environment.

Bei einer Weiterbildung der in 1 dargestellten Ausführungsform gemäß 2 ist parallel zu der ersten trockenverdichtenden Schraubenpumpe 12 eine dritte trockenverdichtenden Schraubenpumpe 18 vorgesehen. Die trockenverdichtende Schraubenpumpe 18 ist unmittelbar mit dem Rezipienten 10 verbunden. Die beiden Auslässe der Schraubenpumpen 12, 18 sind zusammengeführt und sodann gemeinsam mit dem Einlass der Schraubenpumpe 14 verbunden. Der Auslass der Schraubenpumpe 14 ist an einer Leitung 16 mit der Atmosphäre oder einer nicht dargestellten Vorvakuumpumpe verbunden.In a further education of in 1 illustrated embodiment according to 2 is parallel to the first dry compressing screw pump 12 a third dry-compressing screw pump 18 intended. The dry compressing screw pump 18 is directly with the recipient 10 connected. The two outlets of the screw pumps 12 . 18 are merged and then together with the inlet of the screw pump 14 connected. The outlet of the screw pump 14 is on a lead 16 connected to the atmosphere or a backing pump, not shown.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 ist eine Kombination der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Rezipient 10 unmittelbar mit den beiden parallel zueinander angeordneten Schraubenpumpen 12, 18 verbunden. Die Auslässe der beiden Schraubenpumpen 12, 18 sind zusammengeführt und gemeinsam mit Einlass der Schraubenpumpe 14 verbunden. Mit dem Auslass der Schraubenpumpe 14 ist eine weitere vierte trockenverdichtende Pumpe 20, bei der es sich vorzugsweise ebenfalls um eine Schraubenpumpe handelt, verbunden. Der Auslass der vierten Schraubenpumpe 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Leitung 16 mit einer Vorvakuumpumpe 22 verbunden, die sodann gegen Atmosphäre pumpt.A further preferred embodiment of the invention according to 3 is a combination of the in the 1 and 2 illustrated embodiments. According to this embodiment, the recipient is 10 directly with the two parallel screw pumps 12 . 18 connected. The outlets of the two screw pumps 12 . 18 are merged and together with inlet of the screw pump 14 connected. With the outlet of the screw pump 14 is another fourth dry compacting pump 20 , which is preferably also a screw pump connected. The outlet of the fourth screw pump 20 is in the illustrated embodiment via a line 16 with a backing pump 22 connected, which then pumps against the atmosphere.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen sind als trockenverdichtende Pumpe, Schraubenpumpen vorgesehen, wobei diese stets gegenüber der Umgebung hermetisch dicht sind. Auch bei der Vorvakuumpumpe 22 handelt es sich um eine trockenverdichtende Pumpe, sodass die Verunreinigung des zu pumpenden leichten Gases vermieden ist.In all embodiments, screw pumps are provided as dry-compressing pump, which are always hermetically sealed to the environment. Also with the backing pump 22 it is a dry-compressing pump so that contamination of the light gas to be pumped is avoided.

Claims (12)

Pumpstand zum Pumpen leichter Gase, mit einer mit der zu evakuierenden Kammer verbundenen ersten trockenverdichtenden Pumpe (12) und einer mit der ersten trockenverdichtenden Pumpe (12) verbundenen zweiten trockenverdichtenden Pumpe (14), dadurch gekennzeichnet, dass die trockenverdichtenden Pumpen (12, 14) gegenüber der Umgebung hermetisch dicht sind.Pumping station for pumping light gases, having a first dry-compressing pump connected to the chamber to be evacuated ( 12 ) and one with the first dry compacting pump ( 12 ) second dry compacting pump ( 14 ), characterized in that the dry compressing pumps ( 12 . 14 ) are hermetically sealed to the environment. Pumpstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der ersten trockenverdichtenden Pumpe (12) eine dritte trockenverdichtende Pumpe (18) angeordnet ist, die mit der zu evakuierenden Kammer (10) verbunden ist.Pumping station according to claim 1, characterized in that parallel to the first dry-compressing pump ( 12 ) a third dry compacting pump ( 18 ) arranged with the chamber to be evacuated ( 10 ) connected is. Pumpstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die dritte trockenverdichtende Pumpe (12, 18) gemeinsam mit der zweiten trockenverdichtenden Pumpe (14) verbunden sind.Pumping station according to claim 2, characterized in that the first and the third dry-compressing pump ( 12 . 18 ) together with the second dry-compressing pump ( 14 ) are connected. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–3, gekennzeichnet durch eine insbesondere unmittelbar mit der zweiten trockenverdichtenden Pumpe (14) verbundenen weitere trockenverdichtenden Pumpe (20).Pumping station according to one of claims 1-3, characterized by a particularly directly with the second dry-compressing pump ( 14 ) further dry compacting pump ( 20 ). Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten trockenverdichtenden Pumpe (14) oder mit der weiteren trockenverdichtenden Pumpe (20) eine insbesondere gegen Atmosphäre pumpende Vorvakuumpumpe (22) verbunden ist.Pumping station according to one of claims 1-4, characterized in that with the second dry-compressing pump ( 14 ) or with the further dry-compressing pump ( 20 ) an especially against atmosphere pumping backing pump ( 22 ) connected is. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder dritte trockenverdichtende Pumpe (12, 18) unmittelbar mit der zu evakuierenden Kammer (10) verbunden ist.Pumping station according to one of claims 1-5, characterized in that the first and / or third dry-compressing pump ( 12 . 18 ) directly with the chamber to be evacuated ( 10 ) connected is. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite trockenverdichtende Pumpe (14) unmittelbar mit der ersten und/oder dritten trockenverdichtende Pumpe (12, 18) verbunden ist.Pumping station according to one of claims 1-6, characterized in that the second dry-compressing pump ( 14 ) directly with the first and / or third dry-compressing pump ( 12 . 18 ) connected is. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder weitere trockenverdichtende Pumpe als Schraubenpumpe ausgebildet ist.Pumping station according to one of claims 1-7, characterized in that the first and / or second and / or third and / or further dry-compressing pump is designed as a screw pump. Pumpstand nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvakuumpumpe (22) eine trockene Verdrängervakuumpumpe, wie eine Roots-, Klauen-, Kolben- oder Schraubenpumpe ist.Pumping station according to one of claims 5-8, characterized in that the backing pump ( 22 ) is a dry displacement vacuum pump, such as a roots, claw, piston or screw pump. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass keine Purgegaszufuhr vorgesehen ist.Pumping station according to one of claims 1-9, characterized in that no purge gas supply is provided. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Pumpstand ein nach außen hermetisch dichtes System bildet.Pumping station according to one of claims 1-10, characterized in that the entire pumping station forms an outwardly hermetically sealed system. Pumpstand nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass leichtes Gas, insbesondere Wasserstoff, Wasserstoffisotope, Deuterium, Tritium, Helium, Heliumisotope und/oder Gemische hiervon gepumpt werden.Pumping station according to one of claims 1-11, characterized in that light gas, in particular hydrogen, hydrogen isotopes, deuterium, tritium, helium, helium isotopes and / or mixtures thereof are pumped.
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