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Quecksilberdampfstrahlpumpe. Quecksilberdampfstrahlpumpen zur Erzielung
eines hohen Vakuums sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Sie
bestehen aus einem geschlossenen, Quecksilber enthaltenden Gefäß, das ein Ansatzrohr
zum Anschluß der Vorvakuumpumpe und eines zum Anschluß des Rezipienten besitzt und
in welchem einerseits durch eine Heizeinrichtung das Quecksilber zum Verdampfen
und andererseits durch eine Kühleinrichtung der Quecksilberdampf zum Kondensieren
gebracht- wird. Dabei mischt sich der strömende Quecksilberdampf mit der aus dem
Rezipienten austretenden Luft und bindet sie, gibt sie aber beim Kondensieren an
demjenigen Teil des Gefäßes wieder frei, an dein sich der Anschluß der Vorvakuumpumpe
befindet. Die vorhandenen Ausführungsformen dieser Pumpenart weisen eine mehr oder
weniger verwickelte Bauart auf, indem bisher im Innern der Pumpe Führungswände und
Abdeckplatten sowie zylinderförmige Einbauten verwendet werden, um die gewollte
Wirkung der Absaugung minimaler Luftreste aus dem Rezipienten zu erzielen.
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Es ist auch bereits eine Pumpe bekannt geworden, bei welcher ein als
Führung sowohl für das aufsteigende dampfförmige als auch für das herabfallende
tropfenförmige Quecksilber dienendes vertikales, zylindrisches Rohr ohne jede Verengung
oder Erweiterung des Querschnittes ausgestaltet und die Kühleinrichtung zur Vermeidung
von Einsätzen ini Dampfleitungsrohr außen angebracht ist. Obwohl in dieser Bauart
eine wesentliche Vereinfachung gegenüber den anderen Pumpen zu erblicken ist, ist
aber ihre Wirksamkeit lediglich durch eine besondere Ausbildung der Kühleinrichtung
bedingt. Jeder Dampfstrahl hat nämlich das Bestreben, zu expandieren. Durch die
gerichtete Bewegung des Quecksilberdampfes im Führungsrohr wird die Neigung zur
Expansion infolge der kinetischen Energie zwar verringert, aber nicht ganz aufgehoben.
Ein Teil des Quecksilberdampfes wird also in das Luftzuführungsrohr eintreten, sich
gegen den Luftstrom bewegen und dadurch den Arbeitswert der Pumpe herabsetzen. Diese
Gegenwirkung ist sehr groß, wenn der Querschnitt des Rohres, wie bei der bekannten
Pumpe, etwa gleich der Lufteintrittsöffnung ist, und eine derart bemessene Pumpe
würde nur ein geringes Druckgefälle bei kleiner volumetrischer Leistung aufweisen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde das Dampfleitungsrohr bereits
zwischen Heiz-und Mischraum (das ist der Teil der Pumpe, in dein sich der Dampf
mit der abzusaugenden Luft mischt) unterkühlt. Die Kühleinrichtung mußte also über
den Mischraum hinaus weit nach unten übergreifen und die Dampfteile kondensieren,
deren Bahnen von der achsialen Strömung abweichend waren. Diese Kühleinrichtung
ist aber insofern unwirtschaftlich, als eben ein Teil der zur Verdampfung des Quecksilbers
aufgewendeten Heizenergie verlorengeht und weil die wirksame Ouecksilberdampfmenge
durch vorzeitige Kondensation herabgesetzt wird.
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Nun läßt sich erfindungsgemäß die unwirtschaftliche
Einrichtung
der vorzeitigen Kondensation des dem Heizraum entströmenden Quecksilberdampfes durch
eine günstigere Bemessung der Pumpe selbst vermeiden. Wenn man nämlich in an sich
bekannter Weise die Kühleinrichtung mir zwischen den Anschlußstellen für die am
oberen Teil des Rohres angeschlossene Vorv akuunipumpe und den am unteren Teil des
Rohres angeschlossenen Rezipienten derart anordnet, daß der Mischraum noch unter
dem Einfluß der Kühlwirkung steht, dann geht der vom Heizraum strömende Ouecksilbersattdampf
gerade an derjenigen Stelle des Pumpenrohres in Nebelform über, an welcher das Luftzuführungsrohr
in das Pumpenrohr einmündet. Der Partialdruck des Quecksilberdampfes fällt demgemäß
an dieser Stelle rasch auf einen niedrigen Wert, so daß ein Einströmen des expandierenden
Dampfes in das Luftzuführungsrohr und damit die Gegenwirkung praktisch vermieden
wird. Die Wirksamkeit der Pumpe hängt aber in diesem Falle ganz besonders von der
Größe und Ausdehnung der Lufteintrittsöffnung ab, denn auch das Druckgefälle der
Luft, wie es sich zwischen Vorv akuumpumpe und Rezipienten einstellt, findet auf
einem Weg statt, der annähernd mit der Ausdehnung der Nebelzone des Quecksilberdampfes
in achsialer Richtung desPumpenrohres zusammenfällt. Diese Ausdehnung ist aber vom
Durchmesser des Pumpenrohres, von dem Zustand (Geschwindigkeit, Wärmeinhalt, Temperatur)
des Quecksilberdampfes und des Kühlwassers abhängig. Sie kann unter Zugrundelegung
der Beziehung, daß in jedem Moment die von der Kühleinrichtung abgeführte Wärmemenge
gleich der von dem in die Kühlzone eintretenden Quecksilberdampf zugeführten Wärmemenge
sein muß, im voraus aus den konstruktiv und wärmetechnisch gegebenen Größen berechnet
werden.
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Gemäß der Erfindung soll nun der Querschnitt der Lufteintrittsöffnung
so bemessen und das Luftrohr so angeordnet sein, daß seine Ausinündung vollständig
innerhalb der Nebelbildüngszone des Quecksilberdampfes liegt. Würde dieses Ausmaß
überschritten, dann wäre eine Verbindung des Rezipienten mit dem Pumpenraum höheren
Luftdruckes derart möglich, daß Luft in das Zuführungsrohr zurückströmt und ein
Hochvakuum nicht erreicht wird. Erst wenn die Gestaltung der Lufteintrittsöifnung
in der oben angegebenen Weise beschränkt wird, ist bei der vorbeschriebenen Pumpe
ein für die Zwecke der Praxis (z. B. Gleichrichterbetr ieb) erforderliches Hochs-akuum
erreichbar.
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Den Aufbau einer derartigen Pumpe zeigt in schematischer Darstellung
die Zeichnung. Danach bildet den Hauptteil der Pumpe das senkrecht stehende Gefäß
a, dessen unterer, etwas erweiterter Teil eine Quecksilbermenge h enthält. Diese
wird durch die Bunsenflaninie i erhitzt, und der Quecksilberdampf strömt durch den
rohrförmigen, zylindrischen Teil h des Gefäßes a nach oben, wo er an dem-
gekühlten Teil ih desselben kondensiert wird. Zu diesem Zweck ist der Teil in, von
einem Mantel d umgeben, dem die Kühlflüssigkeit g bei e zugeführt wird und den sie
bei f wieder verläßt. An seinem oberen Ende läuft das Gefäß a in den Rohransatz
c aus, an den bei o die Vorvakuurnpumpe angeschlossen ist. Unterhalb des Kühlmantels
d mündet senkrecht zur Achse des Gefäßes a der Rohransatz b in dasselbe ein, und
zwar an der Stelle, an der der Quecksilberdampf unter Einfluß der von der Kühleinrichtung
ausgehenden Kühlwirkung in Nebelform übergeht, was sich praktisch als günstigste
Eintrittsstelle erwiesen hat. Die Luft, die bei za aus dem Rezipienten abgesaugt
wird, prallt also bei l nahezu senkrecht auf den Quecksilberdampfstrorn auf und
wird von diesem mitgeführt.
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ach dem Durchströmen der Kühlzone wird sie jedoch wieder frei und
dann bei o von der Vorvakuumpumpe abgesaugt.
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An Stelle der in der Abbildung dargestellten Bunsenflainme kann naturgemäß
auch. eine andere, z. B. eine elektrische Wärmequelle treten.
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Die Wasserkühlung der Pumpe kann auch bei geeigneter Form der Pumpe
durch eine Luftkühlung ersetzt werden.