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FlüssigkeitsringPumpenaggregat Die Erfindung bezieht sich auf ein
Flüssigkeitsringpumpenaggregat mit nachgeschaltetem Flüssigkeitsabscheider, aus
dem zumindest ein Teil der abgeschiedenen Flüssigkeit über einen Wärmeaustauscher
in die Pumpe rtickführbar ist, zur intervallbetriebsartigen Druckabsenkung in einem
Raum, bei der das Su evakuierende Medium mit einem hohen Dampfanteil belastet ist.
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Eine Flüssigkeitsringpumpe ist eine Gaspumpe besonders einfacher Bauart.
In einem teilweise mit Flüssigkeit, z.B.
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Wasser, gefüllten Arbeitsraum, der aus dem Gehäuse und den Steuerscheiben
gebildet wird, ist das Laufrad exzentrisch angeordnet. Durch die Drehung des Laufrades
wird das Wasser nach außen geschleudert und bildet so einen mitumlaufenden Wasserring,
den das Gehäuse und die beiderseitigen Steuerscheiben führen. Der Wasserring grenzt
zwischen den Laufradschaufeln Zellen ab, die sich bei der Drehung vergrößern und
wieder verkleinern. Die in den Zellen pulsierenden Wasserringsektoren wirken wie
Wasserkolben. Wenn das Wasser zurückweicht, wird das zu fördernde Medium, z.B.
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ein Gasdampfgemisch, durch Saugschlitze der Steuerscheiben in die
größer werdenden Zellen gesaugt. Bei weiterer Drehung des Laufrades dringen die
Wasserringsektoren wieder tiefer in die Zellen ein, verdichten das Fördermedium,
dessen Dampfanteil kondensiert und schieben das Gas durch Druckschlitze der Steuerscheiben
zusammen mit einem Teil der Arbeitsflüssigkeit wieder aus. Das ausgeschobene Gasflüssigkeitsgemisch
wird
in einem nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider vom Flüssigkeitsanteil befreit.
Das gesättigte Gas verläßt den Abscheider über einen Rohranschluß. Wenn im geschlossenen
Kreislauf gearbeitet werden muß, z. B. weil kein frisches Betriebswasser zur Verfügung
steht, so wird die im Abscheider gesammelte Flüssigkeit zumindest wieder zum Teil
über einen Wärmetauscher in die Pumpe zurückgeführt.
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Es sind nun häufig Betriebsfälle vorhanden, bei denen die Pumpe mit
einer größeren Dampfmenge in gewissen Intervallen fertig werden muß. Stellt man
sich z. B. vor, daß eine Pumpe mit einem Betriebsflüssigkeitsvolumen von 0,5 1 bei
200C verwendet wird, so ist ersichtlich, daß eine derartige Pumpe nicht plötzlich
innerhalb weniger Minuten mehrere kg Dampf kondensieren kann. Es käme in einem solchen
Fall sofort zum Ausdampfen des Flüssigkeitsringes und damit zur Funktionsunfähigkeit
der Pumpe, wenn nicht durch entsprechenden Frischwasserzulauf die Betriebsflüssigkeit
unterhalb einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Es gibt aber auch eine
Reihe von Anwendungsfällen, in denen ein Frischwasseranschluß nicht zur Verfügungsteht,
oder eine Kreislaufschaltung der Betriebsflüssigkeit aus anderen Erwägungen, z.
B. Reinhaltung des Kühlwassers, erforderlich ist. Die Rückkühlung der Betriebsflüssigkeit
wird dann durch einen luft- oder wassergekühlten Wärmeaustauscher vorgenommen. In
solchen Fällen wäre man gezwungen, Pumpe und Wärmeaustauscher entsprechend groß
zu bemessen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pumpenaggregat
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß man bei Intervallbetrieb mit verhältnismäßig
kleinen Pumpen und Wärmeaustauschern auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zu evakuierende
Raum zusätzlich direkt mit dem Flüssigkeitsabscheider über ein Ventil verbunden
ist, das nur bei einem über den im Abscheiderraum liegenden Druck die Verbindung
freigibt.
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Konstruktiv läßt sich das zusätzliche Ventil besonders einfach als
Rückschlagventil ausbilden.
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Durch die Wärmespeicherfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders kommt
man mit relativ kleiner Kühlleistung des Wärmeaustauschers aus, da die Rückkühlung
zusätzlich in den Intervallpausen vorgenommen werden kann.
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Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des Flüssigkeitsringpumpenaggregats und Figur
2 einen möglichen Druckverlauf im zu evakuierenden Raum, aufgetragen über der Zeit.
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Der zu evakuierende Raum 1, z. B. die Kammer einer Bedampfungsapparatur
ist Über ein Ventil 2 und eine Rückschlagklappe 9 mit der Ansaugseite einer Flüssigkeitsringpumpe
5 verbunden. Der z. B. von einem Elektromotor 51 angetriebenen Flüssigkeitsringpumpe
5 ist ein Flüssigkeitsabscheider 4 nachgeschaltet, in dem der Spiegel der abgeschiedenen
Flüssigkeit mit 16 bezeidnet ist. Das vom Flüssigkeitsanteil befreite Fördermedium
verläßt den FlUssigkeitsabscheider 4 über eine Leitung 10 und gelangt ins Freie.
Zur Ergänzung des ausgeschiedenen Betriebswassers der FlUssigkeitsringpumpe 5 wird
über eine Leitung 13 aus dem FlUssigkeitsabscheider 4 Flüssigkeit in die Pumpe 5
zurückgesaugt.
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Zur Kühlung der rückgeführten Flüssigkeit ist ein Wärmetauscher 6
vorgesehen, der aus Kühlschlangen 7 und einem Lüfter 8 besteht. Der Lüfterantrieb
81 ist dabei unabhängig vom Pumpenantrieb. Da die Pumpe nur bis zu einem bestimmten
Druck, von z. B. 50 Torr arbeiten kann, ist zusätzlich noch ein druckabhängig gesteuerter
Luftstrahler 15 vorgesehen, der ggf. einer Pumpe 5 vorgeschaltet wird. Über das
Steuerventil
14 wird die Treibluft für den Strahler 15 angesaugt.
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Die im Abscheider 4 abgeschiedene Flüssigkeit nicht nur zur Pumpe
5 zurückgeführt werden, sondern auch, wie durch die Leitung 11 angedeutet, wieder
in den Prozeß zurtckgeführt werden, z. B. in einen Verdampfer.
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Es sei nun angenommen, daß bis zum Zeitpunkt t1 der Druck P im zu
evakuierenden Raum durch das Pumpenaggregat auf den gezeigten Wert gehalten worden
ist. Im Zeitpunkt t1 wird nach Schließen des Ventils 2 in dew zu evakuierenden Raum
Dampf eingeleitet, so daß sich hier der Druck auf z.B.
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3 atü erhöht. Dieser Druck wird zu Behandlungszwecken bis zum Zeitpunkt
t2 aufrecht erhalten, z. B. während einiger Minuten. Bis zum Zeitpunkt t4 soll das
urpprüngliche Vakuum oder ein ähnliches Vakuum im zu evakuierenden Raum 1 durch
das Flüssigkeitsringpumpenaggregat wieder hergestellt werden. Diese durch Öffnen
des Ventils 2 eingeleitete Phase soll z. B. etwa ebenfalls 2 bis 3 Minuten betragen.
Damit die Pumpe 5 nicht durch den Dampf in der Funktion beeinträchtigt wird, ist
noch zusätzlich eine Verbindungsleitung 12 zwischen zu evakuierendem Raum 1 und
Abscheider 4 vorgesehen. In dieser vorzugsweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
16 mündenden Leitung ist ein Rückschlagventil 3 eingebaut, das so lange geöffnet
hat, wie der Druck im zu evakuierenden Raum gleich oder größer als der Druck im
Abscheider 4 ist, d. h. den Atmosphärendruck übersteigt.
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Auf diese Weise werden die anfallenden Dampfmengen zunächst in der
Flüssigkeit des Abscheiders 4 kondensiert und damit von der Pumpe ferngehalten.
Ist der Druck im zu evakuierenden Raum 1 auf Abscheiderdruck abgesunken, z. B. im
Zeitpunkt t3, so schließt selbsttätig das Ventil 3 und die Pumpe 5 übernimmt allein
die Druckabsenkung im Raum 1. Ist die Pumpe 5 bis zu einem gewissen Druckniveau
gekommen, so wird druckabhängig durch ein Steuerventil 14 noch der Strahler 15 zugeschaltet,
der zum Erzeugen noch höherer Vakua dient.
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Während dieser Evakuierungszeit und bis zum Wiederbeginn einer neuen
Absaugung kann die erwärmte Flüssigkeit im Flüssigkeitsabscheider 4 durch den Kreislauf
über den Wärmetauscher 6 abgekühlt werden. Dieser Kreislauf wird zeitweise oder
durchgehend, d. h. auch in den Intervallpausen aufrecht erhalten. Durch diese Möglichkeit
der ständigen Wärmeabfuhr - auch in den Intervallpausen - kann die relativ geringe
Temperaturerhöhung im Abscheider 4 rückgängig gemacht werden. Der Wärmetauscher
6 braucht daher nicht-für chargenbedingte Spitzenleistung ausgelegt zu werden. Ähnliche
Überlegungen gelten auch für die Pumpe 5, die in den Intervallpausen über den Strahler
belüftet wird. Besonders kompakt läßt sich das Aggregat bauen, wenn zur Rückkühlung
der Flüssigkeit z. B. statt des luft- oder wassergekühlten Wärmeaustauschers ein
Kälteaggregat eingesetzt wird, da zusätzlich zur baulichen Verkleinerung des Wärmeaustauschers
ggf.
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noch zusätzlich der Strahler eingespart werden kann.
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6 Patentansprüche 2 Figuren