DE2020755A1 - Cooled vapor separator for vapor vacuum pumps - Google Patents
Cooled vapor separator for vapor vacuum pumpsInfo
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- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F9/00—Diffusion pumps
- F04F9/06—Arrangement of vapour traps
Description
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Dipl. ing. .B. HOXZEB S9 AUGSBURG Dipl. Ing. .B. HOXZEB S9 AUGSBURG
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K. 343K. 343
Augsburg, den 28. April 1970Augsburg, April 28, 1970
Edwards High. Vacuum international Limited, Manor Royal Crawley, Sussex, England, und-Cambridge Scientific Instruments Limited, Chesterton Road, Cambridge, Sussex,Edwards High. Vacuum international Limited, Manor Royal Crawley, Sussex, England, and Cambridge Scientific Instruments Limited, Chesterton Road, Cambridge, Sussex,
EnglandEngland
Gekühlter Dampfabscheider für Dampf-VakuumpumpenCooled vapor separator for vapor vacuum pumps
Die Erfindung betrifft gekühlte Dampfabscheider für Dampf-Vakuumpumpen und insbesondere für Dampf-Vakuumpumpen von Systemen mit sehr starkem Vakuum.The invention relates to cooled vapor separators for vapor vacuum pumps and in particular for vapor vacuum pumps of systems with a very strong vacuum.
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Es ist bereits bekannt, zwischen Dampf-Vakuumpumpen und zu evakuierende Einrichtungen gekühlte Dampfabscheider zu schalten, um hierdurch zu verhindern, daß Dampf von der betreffenden Dampf-Vakuumpumpe zu der genannten Einrichtung strömt. Als Kältemittel dient bei Systemen mit sehr starkem Vakuum normalerweise flüssiger Stickstoff, welcher dazu benutzt wird, von im Dampfweg zwischen der Vakuumpumpe und der betreffenden Einrichtung angeordneten Kühlflächen Wärme abzuführen. Diese als "Abscheider"-i1lächen bezeichneten Kühlflächen erreichen eine so niedrige Temperatur, daß anfallende Dampfteilchen an ihnen gefrieren.It is already known to connect cooled vapor separators between the vapor vacuum pumps and the devices to be evacuated in order to prevent steam from flowing from the relevant vapor vacuum pump to the device mentioned. In systems with a very strong vacuum, liquid nitrogen is normally used as the refrigerant, which is used to dissipate heat from cooling surfaces arranged in the vapor path between the vacuum pump and the device in question. This as a "separator" -i 1 lächen cooling surfaces referred to achieve such a low temperature that resulting vapor particles freeze on them.
Dem Dampfabscheider wird normalerweise der flüssige Stickstoff intermittierend zugeführt, z.B. indem er jeweils über handbetätigte Ventile nachgefüllt wird. Dies hat den Nachteil, daß sich der Dampfabscheider zu der örtlichen Umgebungstemperatur hin aufzuwärmen beginnt, wenn das Nachfüllen des Kältemittels, oder genauer gesagt, kryogenen Mittels, unterbrochen wird, so daß sowohl gefrorener Dampf frei wird als auch von der Vakuumpumpe abgegebener frischer Dampf nicht mehr richtig abgeschieden wird.The liquid nitrogen is normally fed intermittently to the vapor separator, e.g. by is refilled via manually operated valves. This has the disadvantage that the steam separator is too local Ambient temperature begins to warm up when the Refilling of the refrigerant, or more precisely, cryogenic agent, is interrupted, so that both frozen vapor is released as well as fresh steam emitted by the vacuum pump is no longer separated properly.
Diese Schwierigkeit versuchte man durch im Dampfweg angeordnete, wassergekühlte Stauwände zu beseitigen, anAttempts were made to overcome this difficulty by means of water-cooled retaining walls arranged in the steam path
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welchen der Dampf kondensiert, wenn sich im Dampfabscheider kein Kältemittel befindet. Dies hat jedGch wiederum den Nachteil, daß die mit den Stauwänden kombinierten JLb-Scheiderflächen in unzulässiger· Weise die Strömung des zu evakuierenden Strömungsmittels behindern.which the steam condenses when in the steam separator there is no refrigerant. However, this in turn has the disadvantage that the JLb separator surfaces combined with the retaining walls impede the flow of the fluid to be evacuated in an impermissible manner.
Bei einer bekannten, gekühlten Dampfabscheiderart ist ein Abscheiderflächensatz mit einem Trägerelement wärmeübertragend verbunden, in welchem zwei Kühlmittelkanäle gebildet sind. In einem dieser Kanäle befindet sich flüssiger Stickstoff oder eine andere kryogene Flüssigkeit, während sich im anderen Kanal Leitungswasser oder ein anderes strömungsfähiges Kühlmittel befindet, dessen Temperatur normalerweise unterhalb der "Umgebungstemperatur liegt. Bevor dieser bekannte Dampfabscheider in Betrieb genommen ,werden kann, muß das- in dem betreffenden Kühlmittelkanal befindliche Wasser gefroren werden, damit kein Wasser innerhalb dieses Kanäles strömt, während durch den anderen Kühlmittelkanal die kryogene flüssigkeit hindurchströmt, welche die verschiedenen, mit ihr zusammenwirkenden Abscheiderflächen auf einer sehr tiefen Temperatur hält. Dieser Zustand kann nur dadurch erreicht werdenj daß öeweils zuerst die Wasserströmung zum Stillstand gebracht und der flüssige Stickstoff zum Gefrieren dieses stillstehenden WassersIn a known, cooled type of steam separator a set of separator surfaces connected to a carrier element in a heat-transferring manner, in which two coolant channels are formed. In one of these channels there is more fluid Nitrogen or some other cryogenic liquid while tap water or another in the other channel Fluid coolant is located, the temperature of which is normally below the "ambient temperature". Before this well-known steam separator put into operation , can, this must be in the relevant coolant duct Any water located is frozen so there is no water inside of this channel flows, while the cryogenic liquid flows through the other coolant channel, which keeps the various separator surfaces that interact with it at a very low temperature. This condition can only be achieved if the Stagnated water flow and the liquid nitrogen to freeze this stagnant water
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verwendet wird. Danach -muß ein Ventil "bzw. ein Hahn des Wasserkanales geöffnet werden, wobei sich selbstverständlich infolge blockierenden Eises keine Strömung ergibt. Wenn die Anlage dann normal arbeitet, werden von den Abscheiderflächen auf sie auftreffende Dampfteilchen durch Gefrieren abgeschieden.is used. Then a valve or a cock must be used of the water channel can be opened, with of course no flow due to the blocking ice results. When the system is then working normally, it will be hit by vapor particles from the separator surfaces deposited by freezing.
Wenn die Strömung bzw. die Zufuhr des flüssigen Stickstoffes diskontinuierlich verläuft und der jeweils verbleibende Stickstoff infolge der eingedrungenen Wärme verdampft ist, beginnt die Temperatur der Abscheiderflächen anzusteigen. Hierbei kann die Temperatur so weit ansteigen, daß das im Trägerelement gefrorene Wasser auftaut. Die Abscheiderflächen behalten danach etwa die Temperatur des kühlenden Wassers, welches nun durch das Trägerelement frei hindurchströmen kann. Unter diesen Umständen wirken die Abscheiderflächen als wassergekühlte Flächen, an welchen der Dampf kondensieren und in die Dampf-Vakuumpumpe zurückströmen kann.If the flow or the supply of liquid nitrogen is discontinuous and the respective If the remaining nitrogen has evaporated as a result of the penetrated heat, the temperature of the separator surfaces begins to rise. Here, the temperature can rise so far that the water frozen in the carrier element thaws. The separator surfaces then retain approximately the temperature of the cooling water, which now passes through the carrier element can flow freely through it. Under these circumstances the separator surfaces act as water-cooled surfaces, at which the steam condense and into the steam vacuum pump can flow back.
Wenn dann frischer Stickstoff oder eine betreffende andere kryogene Flüssigkeit zugeführt wird, muß die zu dem Trägerelement führende Wasserströmung wiederum auf eine bestimmte Zeitdauer zum Stillstand gebracht werden,If fresh nitrogen or another relevant cryogenic liquid is then supplied, the water flow leading to the carrier element is again brought to a standstill for a certain period of time,
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da der Stickstoff dem Wasser nicht die zu seinem Gefrieren erforderliche Wärmemenge entziehen kann, wenn . das Wasser in Bewegung ist. .because the nitrogen does not give the water what it takes to freeze it can extract the required amount of heat, if. the water is in motion. .
Diese bekannte Anlage hat die Nachteile, daß eine Bedienungsperson jeweils sowohl das Schließen als auch das Öffnen des Wasserventiles zu den .jeweils entsprechenden Zeiten überwachen muß und daß das zyklische Gefrieren und Auftauen des Trägerelementes, was jeweils eine Eontraktion und Expansion dieses Trägerelementes mit sich "bringt,, eine robustere und massivere Dampfabscheiderkonstruktion erforderlich macht, als dies funktionell nötig wäre. Ferner muß der Dampfabscheider in einen Kühlwasserkreislauf eingeschaltet werden, welcher von dem Kühlmittelkreislauf der zugeordneten Dampf-Vakuumpumpe getrennt ist.This known system has the disadvantages that an operator both the closing and opening the water valve to the corresponding Must monitor times and that the cyclical freezing and thawing of the carrier element, which is an Eontraction and expansion of this carrier element with it "brings" a requires more robust and massive vapor separator construction than would be functionally necessary. Furthermore must the vapor separator can be switched into a cooling water circuit, which is from the coolant circuit of the associated steam vacuum pump is disconnected.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem gekühlten Dampfabscheider der oben erwähnten Art selbst bei ETichtvorhandensein einer kryogenen Flüssigkeit die Abscheiderflächen ununterbrochen auf einer bestimmten Temperatur zu halten, welche im allgemeinen unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.The object of the invention is to be achieved in a cooled vapor separator of the type mentioned above Type even in the absence of a cryogenic liquid to keep the separator surfaces continuously at a certain temperature, which in general is below the ambient temperature.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein gekühlterIn terms of solving this problem is a cooled
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Dampfabscheider für Dampf-Vakuumpumpen gemäß der Erfindung durch ein Reservoir bzw. einen Kanal für Kühlflüssigkeit, ferner durch einen inneren Strömungsweg, in welchem sich eine Anordnung von Abscheiderflächen befindet, welche mit dem Reservoir bzw. dem Kanal Wärmekontakt haben, weiter durch ein das Reservoir bzw. den Kanal mit Abstand umgebendes Gehäuse, welches mittels eines gut strömungsfähigen Kühlmittels mit Bezug auf die Kühlflüssigkeit auf einer der Umgebungstemperatur näher, jedoch unter dieser liegenden Temperatur gehalten werden kann, und durch strömungsgekühlte, das Reservoir bzxir. den Kanal nicht umgebende zusätzliche Flächen gekennzeichnet, welche auf der gleichen Seite der Abscheiderflächen wie die betreffende Vakuumpumpe derart angeordnet sind, daß das strömungsmittelgekühlte Gehäuse und die strömungsmittelgekühlten Zusatzflächen bei NichtVorhandensein der genannten Kühlflüssigkeit die Abscheiderflächen von äußeren Wärmequellen.so abschirmen, daß die Abseheiderflächen dazu neigen, eine Temperatur anzunehmen, welche der Temperatur des genannten strömungsfähigen Kühlmittels näher liegt als der Umgebungstemperatur.Vapor separator for vapor vacuum pumps according to the invention through a reservoir or a channel for cooling liquid, furthermore through an inner flow path, in which there is an arrangement of separator surfaces is located, which have thermal contact with the reservoir or the channel, further through the reservoir or the Channel surrounding housing at a distance, which by means of a well-flowing coolant with reference to the Cooling liquid can be kept at a temperature closer to the ambient temperature, but below this temperature can, and by flow-cooled, the reservoir bzxir. the Additional areas not surrounding the duct are marked, which are arranged on the same side of the separator surfaces as the vacuum pump in question in such a way that the fluid-cooled housing and the fluid-cooled Additional areas in the absence of the The above-mentioned cooling liquid shield the separator surfaces from external heat sources so that the separator surfaces do so tend to assume a temperature which is closer to the temperature of said flowable coolant than the ambient temperature.
Bei dem erfindungsgemäßen Dampfabscheider strömt das Kühlwasser kontinuierlich und die Kühlwasserströmung kannIn the steam separator according to the invention, the cooling water flows continuously and the cooling water flow can
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mit der Kühlwasser strömung für die betreffende Dampf-■ Vakuumpumpe in Reihe geschaltet sein. Ferner wird eine Bedienungsperson nicht mit der Aufgabe "belastet, ein Wasserventil jeweils mit bestimmter Verzögerung oder in bestimmten Zeitintervallen öffnen bzw. schließen zu müssen. Da außerdem das Kühlwasser nie gefriert, kann der erfindungsgemäße Dampfabscheider eine leichte Konstruktion haben.with the cooling water flow for the relevant steam ■ Vacuum pump connected in series. Furthermore, a Operator not burdened with the task of opening a water valve each time with a certain delay or to open or close in certain time intervals. In addition, since the cooling water never freezes, the vapor separator of the present invention are lightweight in construction.
Mehrere Ausführungsformen des gekühlten Dampfabscheiders nach·der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung jeweils als Beispiel beschrieben. Es stellen dar:Several embodiments of the cooled vapor separator according to the invention are each described below with reference to the drawing as an example. They represent:
Ig. i einen schematischen AxialschnittIg. i a schematic axial section
einer Ausführungsform des gekühlten Dampfabscheiders nach der Erfindung,an embodiment of the cooled vapor separator according to the invention,
Fig. 2 einen schematischen Axialschnitt2 shows a schematic axial section
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfabscheiders.a further embodiment of the steam separator according to the invention.
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einen schematischen Axialschnitta schematic axial section
einer nochmals weiteren Ausführungsformyet another embodiment
des erfindungsgemäßen Dampfabscheiders.of the steam separator according to the invention.
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Der in.der Zeichnung dargestellte gekühlte Dampfabscheider nach der Erfindung weist ein ringförmiges Reservoir 2 für flüssigen Stickstoff oder eine andere kryogene Flüssigkeit auf. Durch das Reservoir 2 führt mittig ein zylindrischer Strömungsweg 4 hindurch, in welchem Abscheiderflächen aufweisende Elemente υ in einer bestimmten Anordnung angeordnet sind. Diese Elemente 6 werden an dem mit Bezug auf die zeichnungen unteren Ende des Strömungswegs 4 von Trägern 8 gehalten, von welchen in der Zeichnung nur einer dargestellt ist. Diese Träger 8 stehen mit dem reservoir 2 und den Elementen β jeweils in guter mechanischer und wärmeleitender Verbindung und dienen als Wärmeübertragungswege zwischen den Abscheiderflächen und dem Reservoir 2.Das Reservoir 2, die Abscheiderflachen der Elemente 6 und die Träger 8 bestehen jeweils aus rostfreiem Stahl und sind vorzugsweise derart oberflächenbehandelt, z.B. poliert, daß sie eine schwache Wärmeabsorption haben und hierdurch die Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung von dem umgebenden Gehäuse und den angrenzenden Wärmequellen zu dem Reservoir und der kryogenen Flüssigkeit vermindert ist. Um ein Eindringen von Wärme zu dem Reservoir 2 infolge von leitenden Verbindungen zu vermeiden, ist eine vorzugsweise ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehende Einlaßleitung IHThe cooled steam separator according to the invention shown in the drawing has an annular one Reservoir 2 for liquid nitrogen or another cryogenic liquid. Through the reservoir 2 A cylindrical flow path 4 leads through in the middle, in which elements υ having separator surfaces are arranged in a certain arrangement. These elements 6 are attached to the with reference to the drawings The lower end of the flow path 4 is held by supports 8, only one of which is shown in the drawing. These carriers 8 are mechanically and thermally conductive with the reservoir 2 and the elements β Connection and serve as heat transfer paths between the separator surfaces and the reservoir 2.Das Reservoir 2, the separator surfaces of the elements 6 and the supports 8 are each made of stainless steel and are preferably surface-treated, e.g. polished that they have a weak heat absorption and thereby the heat transfer by thermal radiation from the surrounding housing and the adjacent heat sources to the reservoir and the cryogenic liquid is reduced. In order to avoid penetration of heat to the reservoir 2 as a result of conductive connections, one is preferred inlet pipe IH also made of stainless steel
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des Reservoirs 2 verhältnismäßig lang unddünnwandig. Falls diese Leitung 12. nicht ausreichend stark ist, um den auf sie einwirkenden Kräften widerstehen zu können, wenn aas Reservoir 2 mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist,. dann können zur Verstärkung dienende Verbindungen bzw. Streben aus einem schlecht wärmeleitenden Material vorgesehen werden, welche zwischen dem Reservoir und dem angrenzenden Gehäuse verlaufen, jedoch sind solche Verbindungen bsw. Streben in der Zeichnung nicht dargestellt, ura diese übersichtlich zu halten.of the reservoir 2 is relatively long and thin-walled. If this line 12 is not strong enough to be able to withstand the forces acting on it when the reservoir 2 is filled with liquid nitrogen. then, for reinforcement, connections or struts made of a poorly thermally conductive material can be provided, which run between the reservoir and the adjoining housing, but such connections are BSW. Struts not shown in the drawing, ura to keep them clear.
Das Reservoir 2 ist in einem Gehäuse l4 untergebracht, welches von der zylindrischen Mantelfläche und den axial ausgerichteten Stirnflächen des Reservoirs jeweils einen geringen Abstand hat. Auf das Gehäuse 14 ist ein Rohr 16 aufgewickelt, dessen Einlaß 18 an einen Hahn, bzw. an ein Ventil anschließbar ist, und dessen Auslaß 20 mit der Kühlschlange einer zugehörigen, in der Zeichnung ■ nicht dargestellten Dampf-"Vakuumpumpe verbunden werden kann,' Im Botrieb ist der gekühlte Dampfabscheider, welcher im wesentlichen aus dem reservoir 2 und demGehäuse lh besteht, gegenüber dem oberen Ende der Vakuumpumpe abgedichtet. Eine ebenfalls nicht dargestellte, zu evakuierende Einrichtung ist slrömurigSBiitteldicht mit der Oberfläche des Gehäuses lh The reservoir 2 is accommodated in a housing 14 which is at a small distance from the cylindrical outer surface and the axially aligned end faces of the reservoir. A tube 16 is wound onto the housing 14, the inlet 18 of which can be connected to a tap or a valve, and the outlet 20 of which can be connected to the cooling coil of an associated steam "vacuum pump, not shown in the drawing," in Botrieb is the cooled steam separator, which consists essentially of the reservoir 2 and the housing lh, sealed off from the upper end of the vacuum pump. A likewise not shown, to be evacuated device is slrömurigSBiitteldicht with the surface of the housing lh
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verbunden. Bei dieser Anordnung strömt das zu evakuierende Strömungsmittel von der Einrichtung mit Bezug auf die Zeichnung nach unten durch eine Öffnung 22 durch in das Gehäuse 14 ein und gelangt über die Abscheiderflächen der Elemente 6 und über einen Satz schräg angeordneter Zusatzflächen 24 einer mit Schlitzöffnungen versehenen Abschirmungseinrichtung, welche mit dem Gehäuse 14 in xfärmele it ender Verbindung steht, zu einer mit Bezug auf die Zeichnung unteren Öffnung 26 des Gehäuses 14.tied together. With this arrangement, the fluid to be evacuated flows from the device with respect to the Drawing down through an opening 22 through into the housing 14 and passes over the separator surfaces of the elements 6 and a set of obliquely arranged additional surfaces 24 one provided with slot openings Shielding device, which is in xfarmele it ender connection with the housing 14, to a reference to the drawing of the lower opening 26 of the housing 14.
Die Achsen der Schlitzöffnungen und damit auch die Zusatzflächen 24 verlaufen parallel zueinander jeweils quer über die Mündung der Öffnung 26 hinweg, wobei sie schräg liegen und so angeordnet sind, daß sie verhindern, daß die Abscheiderflächen 6 außer aus bestimmten Richtungen noch anderweitig durch Strahlung Vfärme empfangen, die Zusatzflächen 24 stehen mit dem Gehäuse l4 in wärmeleitender Verbindung, so daß sie im wesentlichen auf der Temperatur des Kühlwassers gehalten werden. Die Zusatzflächen 24 wirken demzufolge als wassergekühlte Kühlflächen, an welchen von der Vakuumpumpe herkommender. Dampf kondensiert, deren Hauptfunktion jedoch darin besteht, eials Warmestrahlungs· Schilder zu wirken. Die Susatzflächen 24 behindernThe axes of the slot openings and thus also the additional surfaces 24 run parallel to one another across the mouth of the opening 26, inclined and arranged to prevent that the separator surfaces 6 in addition to receiving other radiation from certain directions Vfärme, the Additional surfaces 24 are in a thermally conductive connection with the housing 14, so that they are essentially at the same temperature of the cooling water are kept. The additional surfaces 24 accordingly act as water-cooled cooling surfaces which coming from the vacuum pump. Steam condenses, but its main function is to act as heat radiation Signs to work. The Susatzflächen 24 hinder
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demzufolge die von der betreffenden Einrichtung zu der Vakuumpumpe führende Strömung nicht so stark wie echte Stauwände. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Abscheiderflächen 6 lediglich die gekühlten Flächen der zugehörigen Vakuumpumpe "sehen" und von der heißen Strahlanordnung der Vakuumpumpe keine Wärme durch unmittelbare Strahlung aufnehmen.consequently that of the institution concerned the flow leading to the vacuum pump is not as strong as real storage walls. In this embodiment of the According to the invention, the separator surfaces 6 can only be the cooled surfaces of the associated vacuum pump "See" and from the hot jet arrangement of the vacuum pump no heat through immediate Absorb radiation.
Ungeachtet der guten Wärmeisolation des Reservoirs und der Abscheiderflächen 6 von dem Gehäuse 14 garantieren sie die fast vollständige Umhüllung des Reservoirs und· der Abscheiderflächen durch das äußere Gehäuse und die Abschirmungseinrichtung, welche jeweils auf der Temperatur des Kühlwassers gehalten werden, und die Tatsache, daß alle angeschlossenen Leitungen und Träger auf der Kühlwassertemperatur gehalten werdenj daß bei NichtVorhandensein der. kryogenen Flüssigkeit die Temperatur des Reservoirs und der Abscheiderflächen das Bestreben hat, die Temperatur des Kühlwassers anzunehmen, jedoch nicht die Temperatur gegebenenfalls angrenzender Wärmequellen, welche wesentlich höher ist.Regardless of the good thermal insulation of the reservoir and the separator surfaces 6 of the housing 14, they guarantee the almost complete enclosure of the Reservoirs and · the separator surfaces through the outer Housing and the shielding device, which are each kept at the temperature of the cooling water, and the fact that all connected lines and carriers are kept at the cooling water temperature j that in the absence of the. cryogenic liquid the temperature of the reservoir and the separator surfaces endeavors to assume the temperature of the cooling water, but not the temperature, if applicable adjacent heat sources, which is much higher.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage wirdWhen the system according to the invention is operated
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der zwischen dem Reservoir 2 und dem Gehäuse Ik gelegene Zwischenraum automatisch durch die Dampf-Vakuumpumpe evakuiert, so daß das Reservoir 2 im wesentlichen nur über diesen Zwischenraum von dem Gehäuse l4 abgestrahlte Wärme und längs der Einlaßleitung 12 zugeführte Wärme aufnehmen kann. Die nach innen gestrahlte Wärme kann durch entsprechende Ausbildung der Flächen des vorzugsweise aus rostfreiem Stahl bestehenden Gehäuses auf einen Minimalwert herabgesetzt werden, z.B. durch Polieren der G-ehäuseflachen.the intermediate space between the reservoir 2 and the housing Ik is automatically evacuated by the vapor vacuum pump, so that the reservoir 2 can essentially only absorb heat radiated from the housing 14 via this intermediate space and heat supplied along the inlet line 12. The inwardly radiated heat can be reduced to a minimum value by appropriate design of the surfaces of the housing, which is preferably made of stainless steel, for example by polishing the housing surfaces.
Während des Betriebes wird das Gehäuse 14 durch das ununterbrochen durch die Kühlschlange 16 hindurchströmende Leitungswasser auf einer Temperatur gehalten, welche normalerweise unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.During operation, the housing 14 is through the tap water flowing continuously through the cooling coil 16 is kept at a temperature, which is usually below the ambient temperature.
Infolge der sehr kleinen wärmeübertragung von dem Gehäuse 14 zu dem Reservoir 2 besteht keine Gefahr, daß das durch die Kühlschlange 16 hindurchströmende Wasser gefriert». Der in dem Reservoir 2 befindliche flüssige Stickstoff absorbiert langsam Wärme und verdampft hierbei, jedoch wird das Reservoir 2 im wesentlichenAs a result of the very small heat transfer from the housing 14 to the reservoir 2 there is no risk that the water flowing through the cooling coil 16 freezes ». The liquid located in the reservoir 2 Nitrogen slowly absorbs heat and vaporizes in the process, but the reservoir 2 essentially becomes
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so lan^e auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffes gehalten, d.h. auf -196 C, wie sich in diesem Reservoir noch flüssiger Stickstoff befindet. Die Abscheiderflächen 6 nehmen diese Temperatur bzw. eine von dieser nur v/en 12; abweichende Temperatur an, sobald stabile ■Betriebszustände erreicht sind, während die Zusatzflächen 2k in wesentlichen die Temperatur des Kühlwassers haben.kept at the temperature of liquid nitrogen, that is, at -196 C, as long as there is liquid nitrogen in this reservoir. The separator surfaces 6 take this temperature or one of these only v / s 12; different temperature as soon as stable operating conditions are reached, while the additional surfaces 2k essentially have the temperature of the cooling water.
I-'-ihrend des Eetriebes der Dampf-Vakuumpumpe hat der Dampf des Betriebsströniungsmittels, z.B. öl oder Quecksilber, das bestreben, in die zu evakuierende Einrichtung zurückzuströmen. Hierbei umströmt der Dampf die Zusatzflächen 24, welche so kalt sind, daß ein Anteil dieses Dar.ipfe-s an diesen Flächen kondensiert und in die Vakuumpumpe zurückfällt. Der verbleibende Teil des Dampfes wird von den Abscheiderflächen 6 aufgefangen, an welchen die Damp fteilchen unmittelbar gefrieren, so 'laß der oberhalb der Abscheiderflächen gelegene Raum und inabesondere die evakuierte Einrichtung im wesentlichen frei von Verunreinigungen sind, welche durch den Dampf hervorgerufen werden Können. Wenn der gesamte flüssige Stickstoff in dem Reservoir 2. verdampft ist, z.B. wenn die Einrichtung während der Nachb oder während derI -'- at the end of the operation of the steam vacuum pump Steam from the operating fluid, e.g. oil or mercury, striving to flow back into the facility to be evacuated. The steam flows around the additional surfaces 24, which are so cold that a portion of this Dar.ipfe-s condenses on these surfaces and into the Vacuum pump falls back. The remaining part of the steam is collected by the separator surfaces 6, on which the vapor particles freeze immediately, so leave the space above the separator surfaces and in particular, the evacuated equipment is substantially free of contaminants caused by the steam Can be evoked. When all of the liquid Nitrogen in the reservoir 2. has evaporated, e.g. when the establishment during the night or during the
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Wochenenden nicht benutzt wird, so steigt die in das Reservoir eindringende Wärme fortlaufend an. Durch die Erfindung wird dieses unerwünschte Eindringen von Wärme auf ein Minimum beschränkt, da der weitaus größte Teil der Oberflächen des Reservoirs und der zugehörigen Abscheiderflächen Lediglich von dem Gehäuse her Wärme empfangen kann,, Die übrigen Flächenbereiche des Reservvoirs, in der Praxis im wesentlichen nur die den Strömungsweg 4 bildende zylindrische Innenfläche, und die Abscheiderflächeri 6 können eine beschränkte Wärmemenge auch über die öffnungen 22 und 26 empfangen, jedoch ist der räumliche Winkel, innerhalb welchem von äußeren Wärmequellen Wärme empfangen werden kann, sehr klein. Dies hat zur Folge,daß die Temperatur der Abscheiderflächen 6 im wesentlichen nur bis auf die Temperatur des Kühlwassers ansteigen kann oder nur sehr wenig darüber und daß die Temperatur der Abscheiderfläche demsufolge stets unterhalb der Umgebungstemperatur bleibt. Wenn dieses Erwärmen des Reservoirs und der Abscheiderflächen nicht unterbrochen wird, so stabilisiert sich die Temperatur auf einem der Kühlwassertemperatur im wesenblichen entsprechenden Wert, und die Abscheiderflächen wirken eher als wassergekühlte Flächen, nicht mehr jedoch als kältemitteigekühlte Flächen, Der sich hierdurchIf it is not used at weekends, the heat entering the reservoir increases continuously. Through the Invention, this unwanted penetration of heat is reduced to a minimum, as the far largest part of the surfaces of the reservoir and the associated separator surfaces only from the housing fro heat can receive, the remaining surface areas of the reserve voyage, in practice essentially only the cylindrical inner surface forming the flow path 4, and the separator surfaces 6 can also receive a limited amount of heat via the openings 22 and 26, however, the spatial angle within which heat can be received from external heat sources is tiny. As a result, the temperature of the Separator surfaces 6 can rise substantially only up to the temperature of the cooling water or only very much little more and that the temperature of the separator surface consequently always remains below the ambient temperature. If this heating of the reservoir and the separator surfaces is not interrupted, it stabilizes the temperature at a value essentially corresponding to the cooling water temperature, and the separator surfaces act more as water-cooled surfaces, but no longer as cold-central-cooled surfaces, which are thereby
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ergebende kleinere Wirkungsgrad hinsichtlich des Abs'cheidens von Dampfteilchen ist über die betreffende Zeitperiode hinweg annehmbar, während welcher die· Anlage außer Betrieb ist, und ist immer noch ausreichend gut, um eine starke Verunreinigung des Einrichtungsinneren infolge kondensierten Dampfes zu vermeiden.The resulting lower efficiency with regard to the separation of vapor particles is about the relevant Acceptable period of time during which the plant is out of order and is still sufficient good for avoiding severe contamination of the interior of the facility as a result of condensed steam.
Bei einigen Anwendungen des erfindungsgemäßen Dampfabscheider kann es ausreichend sein, wenn dem Dampfabscheider keine kryogene Flüssigkeit zugeführt wird, sondern lediglich die Abscheiderflächen 6 und die Zusatzflächen 24 dazu benutzt werden, die in das Innere der Einrichtung gelangende Dampfmenge auf einem annehmbaren Wert zu halten. Jedoch ist es zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades hinsichtlich des abscheidens von Dampf zweckmäßig und in bestimmten Fällen sogar notwendig, flüssigen Stickstoff oder eine andere kryogene Flüssigkeit zu verwenden.In some applications of the steam separator according to the invention, it may be sufficient if the Vapor separator does not feed any cryogenic liquid is, but only the separator surfaces 6 and the additional surfaces 24 are used, the amount of steam reaching the interior of the device on a to maintain a reasonable value. However, it is about achieving it a better efficiency with regard to the separation of steam expedient and in certain cases even necessary, use liquid nitrogen or another cryogenic liquid.
Die Fig. 2 und 3 .der Zeichnung zeigen, daß der räumliche Winkel, innnerhalb welchem Wärmestrahlung zu dem Reservoir und den Abscheiderflächen gelangen kann, z.B, durch entsprechende Ansätze des Gehäuses 1:4 noch weiter verkleinert werden kann. Bei der in Fig. 3FIGS. 2 and 3 of the drawing show that the spatial angle within which thermal radiation can reach the reservoir and the separator surfaces, for example, can be further reduced by appropriate approaches of the housing 1: 4. In the case of the in Fig. 3
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dargestellten Äusführungsform weist das Gehäuse einen sich mit Bezug auf1 die .Zeichnung senkrecht nach oben erstreckenden Ansatz 28 mit einer Durchgangsöffnung 22 auf. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist das Gehäuse einen nach innen gezogenen Rand JO auf, welcher die zylindrische Innenfläche des Reservoirs effektiv abschirmt. Diese oder ähnliche Ausführungsformen der Erfindung können je nach Zweckmäßigkeit verwendet werden.In the illustrated embodiment, the housing has a projection 28 which extends vertically upward with reference to FIG. 1 of the drawing and has a through opening 22. In the embodiment shown in FIG. 2, the housing has an inwardly drawn edge JO which effectively shields the cylindrical inner surface of the reservoir. These or similar embodiments of the invention can be used as appropriate.
In den Fig. 2 und 3 sind die Abscheiderflächen und die Wärmestrahlungsschilder der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt.In FIGS. 2 and 3, the separator surfaces and the heat radiation shields are for a better overview not shown.
Dem Fachmann ergeben sich selbstverständlich weitere im Rahmen der Erfindung liegende Abwandlungsmöglichkeiten. So können z.B. die als jeweils parallel zueinander angeordnet angegebenen Zusatzflächen 2k die Form von mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Kegelstumpfmantelflächen haben. Andererseits können die als kegelstumpfförmige Mantelflächen dargestellten Abscheiderflächen durch zueinander parallele, geneigte Leisten gebildet sein, wrelche derart angeordnet sind, dafa durch den Strömungsweg 4 kein linearer Pfad hindurchführt, welcher nicht von denThe person skilled in the art will of course have further possible modifications within the scope of the invention. For example, the additional surfaces 2k indicated as being arranged parallel to one another can have the shape of a plurality of truncated cone outer surfaces arranged concentrically to one another. On the other hand, the separator surfaces shown as frustoconical jacket surfaces can be formed by mutually parallel, inclined strips, which are arranged in such a way that no linear path passes through the flow path 4 which is not of the
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: ^ -00&845/U01 : ^ -00 & 845 / U01
Abscheiderflächen, dem Reservoir oder Ansätzen dieses Reservoirs geschnitten wird.Separator surfaces, the reservoir or approaches this Reservoirs is cut.
Hieraus ist ersichtlich,daß es bei dem erfindungsgemäßen Dampfabscheider nicht erforderlich ist, jevreils Wasserhähne zu bedienen, wenn er mit kryogener Flüssigkeit betrieben wird., und daß der erfindungsgemäße Dampfabscheider eine verhältnismäßig leichte Konstruktion aufweisen kann,, welche njehr durch seine Funktion als durch die Notwendigkeit bestimmt wird,mechanisch besonders robust zu sein.From this it can be seen that it is in the invention Steam separator is not required, jevreils To use water taps when it is operated with cryogenic liquid., And that the vapor separator according to the invention can have a relatively light construction, which by its function as a is determined by need, mechanically to be particularly robust.
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