DE2024991A1

DE2024991A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ad sorptionspumpen

Info

Publication number: DE2024991A1
Application number: DE19702024991
Authority: DE
Inventors: Jean Jacques Saint Martin dUnage Carle Jacques Samt Martin dHeres Thibault, (Frankreich)
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1970-05-22
Publication date: 1971-06-24
Also published as: JPS5027205B1; GB1292489A; FR2048253A5; US3668881A; CA926639A

Description

T)io Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Adsorptionspumpen mit mindestens zwei Pumpräumen, deren jeder ein Pumpabteil mit einem Adsorptionsmittel -aufweist, einem verschließbaren Pumpdurchlaß zwischen jedem Abteil und dor Außenseite der Vorrichtung, einem Behälter für Kälteflüssigkeit, Wärmeleitmittoln zwischen diesem Behälter und dem Adsorptionsmittel eines Abteils und. mit einem EinfUhrungskanal für Kälteflüssigkeit zu je-

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dem Behälter, wobei der Einführungskanal eines ersten. Pumpraumes nach außen hin offen ist«, Diese Vorrichtungen gestatten die Erzielung von sogenanntem Primärvakuum, das 10 Torr erreichen kann, und insbesondere von kohlenwasserstoffreiem Vakuum.

Die bekannten Pumpvorrichtungen besitzen jedoch zahlreiche Mangel, und zwar ist ihre Handhabung umständlich, weil man drei bestimmte Pumpen verwendet. Auch geht ein großer Teil des verwendeten flüssigen Stickstoffs verloren, weil man nicht nur das Adsorbens, sondern auch die ganze Pumpe kühlt. Ferner sind die Kühleinrichtungen für den Zeolith unvollständig, weil die Zeolithkörner häufig von der Kühleinrichtung entfernt liegen,, Damit ist einerseits eine sehr lange Kalthaltung des Adsorbens und andererseits im Augenblick, wo die Pump© verwendet wird, eine höher© Adsorb©rastemperatur als 77 K verbunden, was Leistungsverluste des Pumpvorganges bedeutete Schließlich gelangen die bei 77 K kondensierbaren Dämpfesim wesentlichen. Wasserdampf, sur Kondensation auf dem Adsorbens, wodurch dies merklich an Leistung verliert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Mängel besonders durch Erleichterung der Pumpvorgänge, Verbesserung der Abkühlung der Adsorptionsmittel und rasche Erzielung von Primärvakuum bei einem Minimum an Kaiteenergie auszuschalten. Unter anderem betrifft die Erfindung ein© rasch. wirkend© Adsorpfcionspumpvorrlchtusigi, bei "der jede Gefahr '

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der Verunreinigung ausgeschaltet ist und deren Funktion leicht automatisch gestaltet werden kann. Außerdem ist die statische Pumpvorrichtung nach der Erfindung frei von Vibrationen. Es handelt sich ferner um eine autonome Pumpvorrichtung, die eine sehr große thermische Ausbeute, eine erhebliche Adsorptionskapazität und einen wirkungsvollen Wärmeübergang zwischen Adsorbens und flüssigem Stickstoff unter Bewahrung einer geringen Sperrigkeit bietet.

Eine Pumpvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Einführungskanal mindestens eines anderen Raumes sich .vom unteren Ende des Behälters dieses anderen Abteils bis zum Behälter des ersten Abteils erstreckt, während die Absperr- und Einlaßmittel für Kälteflüssigkeit durch den unteren Einlaßkanal jedes anderen Pumpraumes angeordnet sind.

Gegenstand der Erfindung ist auch ©in Verfahren zum Auspumpen eines zu evakuierenden Raumes in mehreren Arbeitsgängen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen ersten von mehreren Pumpräumen unter Kälte setzt, dann nacheinander die anderen Räume unter Kälte setzt und anschließend nacheinander die Verbindung jedes der mehreren Pumpräume mit dem auszupumpenden Raum herstellt.

Die Erfindung ist beispielshalber in Form einer vorteilhaften Ausführungsform nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig» T ist eine Schnittansicht einer Pumpengruppe nach der

Erfindung. Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1.

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Gemäß der Zeichnung besitzt die Adsorptionspumpe einen äußeren Wärmeisoliermantel 40 mit einem Boden 41 , einer zylindrischen Seitenwand 42 und einem Deckel 43. Im Innern dieses Mantels 4O ist eine Trennwand 44 ausgearbeitet, die von einer isolierenden Deckenwand 45 und einer Seitenwand 46 gebildet ist. Letztere befindet sich auf einem Abstand vom Boden 41, so daß ein noch später zu erläuternder Verbindungskanal 39 zwischen einem äußeren Pumpraum 47 und einem inneren Pumpraum 49 gebildet wird. Der Pumpraum 47 liegt zwischen dem Mantel 40 und der Trennwand 44, während der innere Pumpraum 49 von der Innenseite der Trennwand 44 begrenzt wird.

Ein erstes Adsorptionspumpabteil befindet sich in dem äußeren Pumpraum 47· Dieses Pumpabteil 50 besteht aus einem allgemein ringförmigen Abteil 51 mit einem zylindrischen Außenband 52 in geringem Abstand von der Wand 42, einer mit der Trennwand 46 des inneren Pumpraumes 49 zusammenfallenden zylindrischen Innenwand und zwei ringförmigen Wänden 53 und 5k am oberen und unteren Ende. Diese Wände 53 und $h sind gelocht, um mit Rohren 55» deren Zahl beispielsweise 12 beträgt, einen Kranz von Durchgangsleitungen 56 zu bilden. Die Wände 52, 53 und 54 bestehen aus Metall, beispielsweise aus nicht rostendem Stahl, während die Rohre 55 aus einem sehr gut leitfähigen Material bestehen und auf der Außenseite radiale Rippen 38 ebenfalls aus gut leitfähigem Material tragen. Eine große Leitung 57 ragt über die obere Wand 54 des Abteils 5I hinaus und durchsetzt den Deckel 43, um mit-

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tels eines Elektromagnetventiles 58 eine Verbindung mit der Leitung 59 herzustellen, die durch ein Ventil 6O an einen nicht dargestellten zu evakuierenden Raum angeschlossen ist. Das Abteil 51 ist mit gekörntem Adsorptionsmittel, beispielsweise Zeolith, gefüllt.

Im inneren Pumpraum 49 befindet sich eine zweite Adsorp- . tionspumpe 62, die aus einem Ringabteil 63 besteht. Das Ringabteil setzt sich in einem domförmigen, konvergierenden Ringkanal 64 fort, der von einer Leitung 48 durchsetzt ist und in ein zentrisches Rohr 65 übergeht« Dieses erstreckt sich senkrecht nach oben, durch den Deckel 43 hindurch, um in die Leitung 59 mittels eines Elektromagnetventils 66 einzumünden. Zwischen einer inneren Seitenwand 67 des Ringabteiles 63 aus sehr gut leitendem Material mit radialen Trennwänden 80 ebenfalls aus gut leitendem Material ist ein Adsorptionsmittel 67 eingebracht, das von einem Gitter 69 gehalten wird, das sich zwischen der Innenwand 63 und einer Außenwand 70 des Abteils 63 erstreckt.

Das äußere Pumpabteil 47 steht mit der Außenseite über einen Rohrstutzen Jl In Verbindung, der zur Ableitung'einer Kälteflüssigkeit dient, während der innere Pumpraum 49 gleichfalls mit der Außenseite durch ein Abzugsrohr 72 in Verbindung steht, das durch ein Elektroventil 73 abschließbar ist.

Ein elektrisches Heizelement 74 befindet sich am Boden des Innenraumes 49. Es wird durch ein Kabel 75 gespeist, das in

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einer äußeren Anschlußplatte mit einem nicht dargestellten Speisekabel endet. Dieses Heizelement ist aufgrund einer leitenden Platte 77 i*i der Lage, ¥ärme auf die Leitungsrohre 55 des Abteils 51 zu übertragen, so daß das Innere Pumpabteil dann im Innern einer Art von Ofen liegt. Es ist ersichtlich, daß die Räume 47 und 49 miteinander nur durch die Öffnung 39 iⁿ Verbindung stehen« Der freie Raum zwischen dem Außenmantel 4o, dem Innenmantel 44 und dem ersten Pumpabteil 51 stellt einen ersten Behälter für Kältemittel dar, während der freie Raum zwischen dem Mantel 44 und dem inneren Pumpabteil 63 einen anderen Behälter darstellt. Das Volumen des ersten Behälters ist erheblich größer als das Volumen des aweiten Behälters»

Die Ventile 6O und 73 werden zunächst verschlossen, während die Ventile 58 und 66 offen sind. Das Abteil 49 ist also gegen die Außenseite isoliert,und die Pumpe steht noch nicht mit dem zu evakuierenden Raum in Verbindung, Die Pumpabibeile 47 und 49 stehen miteinander in Verbindung. Kältemittel 79> z.B. flüssiger Stickstoff, wird durch den Einführungsstutzen 71 zugeführt. Mindestens ein wesentlicher Teil der sich bildenden Dämpfe entweicht in das Abteil 49, wo er ein gasförmiges Absperrpolster bildet, das jeden Flüssigkeitszu-, tritt in das Abteil 49 verhindert. Die Füllung erfolgt bis auf den Spiegel N.

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Während dieser Betriebsphase ist also das äußere Pumpabteil 51 durch die Kälteflüssigkeit 79 kalt gestellt, die weitgehend dieses Abteil bespült und die Kältekalorien • durch die wärmeleitenden Wände 55 auf das Adsorptionsmittel überträgt. Andererseits stellen sich Konvektionsströmungen in den Leitungen56 ein, so daß die Temperatur dieses Abteils ausreichend und rasch genug, sinkt, um das Asorptionsmittel 61 aktiv werden zu lassen. Der Raum 49 dagegen, obwohl er mit von der Kälteflüssigkeit 79 stammenden Stickstoffdämpfen erfüllt ist, unterliegt keiner wesentlichen Abkühlung; denn einerseits bleibt die Kältezufuhr mittels der gasförmigen Stickstoffmasse gering, und andererseits ist der Raum 49 durch die Isolierwand 45 und die Schicht von isolierenden Adsorptionsmitteln 61 im Kontakt mit der Wand 46 thermisch genügend von der im Raum 47 befindlichen Kälteflüssigkeit isoliert, während die Unterseite 62 des Pumpabteils 63 normalerweise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, der sich am Boden des Abteils 49 einstellt. Das Pumpabteil 51 wirkt also nur auf sich selbst und auf das Pumpabteil 63» sowie auf die Anschlußleitungen 57, 59 und 63 zwischen den beiden Pumpabteilen.

Wenn dieser Arbeitsgang einmal beendet ist, wird das Ventil 66 des inneren Pumpabteiles 63, das noch nicht kalt einge-'· stellt ist, geschlossen, während das Ventil 73 geöffnet

wird, so daß die Stickstoffdämpfe aus dem Raum 49 entweichen können. Die Kälteflüesigkeit erfüllt dann diesen Raum 49,

wobei sie auf das Niveau N¹ im Außenraum 47 sinkt und einen

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Vorrat bildet. Die betreffenden Volumina der Räume Hj und ^9 sind unter Berücksichtigung der Bauteile, die sie einschließen, derart, daß, wenn einmal der Raum k9 gefüllt ist, das Niveau N¹ vorzugsweise oberhalb des Pumpabteiles 51 liegt, das also ständig gekühlt bleibt, während gleichzeitig das Pumpabteil 63 sich abkühlt. Das Ansohlußventil 6O zum zu evakuierenden Raum wird geöffnet. Das zuvor gekühlte Pumpabteil 5I bewirkt die erste Pumpphase des zu evakuierenden Raumes.

Wenn einmal diese erste Pumpphase beendet ist, wird das Ventil 58 geschlossen und das Ventil 66 geöffnet. Das Pumpabteil 63 pumpt dann den restlichen Druck im auszupumpenden Raum, bis man den gewünschten Enddruck erreicht hat. Wenn die Pumparbeit beendet ist und das Ventil 6O geschlossen ist, können die Adsorptionsmittel, sofern es notwendig ist, regeneriert werden, indem man das Heizelement 7^9 das die Adsorptionsmittel tränkt , zur Erzeugung der Desorptionstemperatur heizt.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform mit zwei Pumpabteilen liefert sehr gute Ergebnisse, aber es ist ersichtlich, daß die Erfindung sich auch auf Pumpgruppen mit mehr als zwei oder sogar mehr als drei Pumpabteilen anwenden läßt.

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Claims

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Patentansprüche

· )Kältesorptionsvorrichtung mit mindestens zwei Pumpräumen, deren jeder ein Pumpabteil mit einem Adsorptionsmittel enthält, einemverschließbaren Pumpdurchlaß zwischen jedem Abteil und der Außenseite der Vorrichtung, einem Behälter für eine Kälteflüssigkeit, thermische Leitmittel zwischen dem Behälter und dem Adsorptionsmittel des einen Abteils, einem Einführungskanal für Kälteflüssigkeit in jeden Behälter, wobei der Einführungskanal eines ersten Pumpraumes gegen die Außenseite offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einführungskanal mindestens eines anderen Raumes sich vom unteren Endo des Behälters dieses anderen Abteils bis zum Behälter des ersten Abteils erstreckt, während Absperr- und Einlaßeinrichtungen für Kälteflüssigkeit durch den unteren Einführungskanal jedes anderen Pumpraumes angeordnet sind.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter des ersten Raumes sich oberhalb der Wärmeleür mittel zwischen diesem Behälter und dem Adsorptionsmittel bis auf eine solche Höhe erstreckt, daß das Volumen des oberhalb der Wärmeleitmittel liegenden Teils des Behälters mindestens gleich dem Volumen der Behälter der anderen Pumpräume ist,

3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperr- und Einlaßeinrichtungen für Kälteflüssigkeit durch den unteren EinfUhrungskanal ein vorschließbares Abzugsrohr aufweisen.

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k» Pumpvorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß jeder andere Pumpraum im Innern des ersten ringförmigen Pumpraumes angeordnet ist·

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Innern des ersten Raumes liegende Raum eine äußere Seitenwand, die die innere Seitenwand des ersten ringförmigen Raumes bildet, eine wärmeisolierende Beckenwand und einen mit mindestens einer Öffnung versehenen Boden besitzt,

die den inneren Einführungskanal für Kälteflüssigkeit in den inneren Raum darstellt.

6. Pumpvorrichtung nach Anspruch h oder· 5» dadurch gekennzeichnet, daß der innex'e Pumpraue! ein ringförmiges Pompabteii mit einem eingelagerten Gitter besitzt und ein Adsorptionsmittel zwischen die eine Ringwand raad das Gitter· - eingesetzt ist, und daß das ringförmige Pumpabteil sich macia. oben in einen ringförmigen Dom fortsetzt, der mit de» TreE-seliließbaren Purapdurchlaß in offener Verbindung steht, ismd eine dichte Durchführungsleitung in dem Dom angeordnet ist»

7· Pumpvorrichtung nach Anspruch h, daduz*cli. gelk.®mMzeicbm.et, daß das Pumpabteil des ersten Raumes RxngtoTm hat era.d tom längsgerichteten Leitungen durchsetzt ist_v die sich. vom. einer oberen Wand mindestens bis zu einer 'unteren. Rizagsrand erstrekken, welche das botreffende Abteil nach oben bsw» nach unten begrenzen.

8, Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizvorrlclituiig asafwoist„

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9. Pumpverfahren zur Evakuierung eines Baumes in mehreren ' Arbeitsgängen mittels einer Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen ersten Pumpraum von mehreren Ptunpräumen kalt legt, anschließend die anderen Räume kalt legt und darauf nacheinander die Verbindung jedes der mehreren Pumpräume mit dem auszupumpenden Raum herstellt.

10. Verfahren nach Anspruch 9\ dadurch gekennzeichnet, daß während der Kaltlegung des ersten Pumpraumes eine Verbindung zwischen den verschiedenen Pumpräumen untereinander hergestellt wird.

11. Kältepuiapverfahren zur Evakuierung eines Raumes, bei dem man mindestens zwei Pumpräume einsetzt, von denen jeder ein Pumpabteil mit einem Adsorptionsmittel, einen Behälter für Kälteflüssigkeit, Wärmeleitmittel zwischen dem Behälter und dem Adsorptionsmittel und einen Einfiihrungskanal für Kälteflüssigkeit aufweist, wobei der Einlaßkanal des ersten Pumprauraes nach außen offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einführungskanal der anderen Pumpräume sich vom unteren Ende des anderen Pumpraumes zum ersten Abteil erstreckt und der Behälter jedes anderen Abteils mit dem äußeren der Vorrichtung durch ein verschließbares Abzugsrohr kommuniziert und man das verschließbare Abzugsrohr jedes Abteile verschließt, Xältefliissigkeit in das erste Abteil unter Erzeu-

gang eines gasförmigen Absperrpolsters in den Behältern der anderen Abteile einfüllt, nacheinander das verschließbare Abzugsrohr jedes Pumpabteils zur Entlassung dee Gaspolsters

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und Füllung des Behälters öffnet und gleichzeitig in dem Behälter des ersten Raumes ein Kälteflüssigkeitsniveau aufrechterhält, das die Wärmeüberführung durch das Wärmeleitmittel zwischen diesem Behälter und dem zugehörigen Adsorptionsmittel gewährleistet.

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