DE7626231U1

DE7626231U1 - Kaeltepumpe mit regenerierung

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Publication number: DE7626231U1
Application number: DE7626231U
Authority: DE
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1976-12-09
Also published as: JPS5847263Y2; IT1067997B; FR2321609B1; FR2321609A1; JPS5244405U; GB1548578A; US4072025A

Description

Priorität vom 22,. jVugust_1975 ⁱⁿ Prankreich, Nr_o7525.970

Die Neuerung betrifft eine Cryo- bzw· Kältepumpe mit Regenerierung mit einer Tiefsttemperaturgasfalle zur Kondensation Sublimation und ggf. Adsorption - Desorption in einem eine Pumpleitung mit Anschlußbügel oder -flansch an einen zu ent»

-den Gehäuse

leerenden Raum darstellen. DiesesCryopumpen werden in Verbindung mit einem Ventil verwendet, welches zwischen dem Pumpleitungsflansch und dem zu entleerenden Behälter derart zwischengeordnet sind, daß eine vollständige Isolierung ermöglicht ist, insbesondere, wenn man mit der Wiederaufbereitung oder Regeneration der Cryopumpe verfährt, welches, wie

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l'ostaclicdc

Dank ι Dresdner Bank AG. Wleobmlcn, Konto-Nr. 276007

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man weiß, zur Wiedergrw&inming der Fangstelle oder Falle der Cryopumpe führt, um das schon eingegangene Gas durch eine Hilfspumpe abzuziehen, wobei man die Niederschläge des Kondensats oder Adsorbats erneut gasförmig macht·

Man weiß, daß die "dichten Hochvakuum—·· Ventile besonders kompliziert und kostspielig sind, weil sie insbesondere auf eine Temperatur von etwa 500 C ausheizbar sein müssen, wodurch die Verwendung gewöhnlicher Dichtverbindungen ausgeschlossen ist; in einigen Fällen von Hochvakuumcryopumpen ist es wichtig, daß die Pumpleitung mit einem besonders großen Maß ausgebildet ist, welches 500 mm erreichen oder sogar übersteigen kann, um die beste Zugänglichkeit des Gases sicherzustellen, welches von dem abzupumpenden Behälter zu der Falleneinrichtung kommt, die also ringförmig und koaxial zu der Pumpleitung aufgebaut sein können, wobei dieser ringförmige Fallenaufbau einen großen mittigen freien Raum aufweist, um auch die 'Zugänglichkeit von Gasen längs des ganzen Aufbaues der Falle bzw. der Fangstelle sicherzustellen. Man weiß, daß bei dieser speziellen Art der Verwirklichung das Ventil dann ein Hauptteil nicht nur durch die Isolierfunktion ausmacht, die ihm zuteil ist, sondern auch durch die Abmessungsbedeutung, die es darstellt, und trotz dieser Maße bringt die Gegenwart eines Ventiles zwischen der Cryopumpe und einem zu entleerenden Behälter die Bildung eines Beladungsverlustes mit eich, der selbst, wenn er gering ist, eine Verringerung der Pumpenleistung hervorruft·

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Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist die Schaffung einer Cryopumpe mit Regeneration oder Wiederherstellung, welche selbst die notwendigen Elemente aufweist, um mit der Ρφηρβη-leitung ein Pseudoventil zu bilden, welches somit leglichen Zwischeneinbau eines Ventilkörpers zwischen die geeignete Cryopumpe und den abzupumpenden Behälter ausschaltet und somit direkt mit dem zu evakuierenden Behälter eine Abzweigung ermöglicht, obgleich eine hervorragende Zugänglichkeit zu den Mitteln der Falle bzw. Fangstelle aufrechterhalten wird.

Nach einem Merkmal der Neuerung weist diese Cryopumpe ein auf Temperaturen von 500 C ausheizbares Pseudoventil auf,

bietet das währenddessen eine ausreichende Dichtigkeiy, um die Regeneration oder Wiederaufbereitung der Cryopumpe zu ermöglichen, ohne daß der Entleerungszustand, in welchen der zu evakuierende Behälter gelangt ist, stark gestört wird. Nach einem anderen Merkmal der Neuerung ist die Cryopumpe durch einfache Mittel vollständig dicht gemacht und kann
währenddessen auf eine mittlere erhöhte Temperatur, z.B.
in der Größenordnung von 150°C, aufgeheizt werden. Vorteilhaft ist es gemäß der Neuerung ferner, wenn die Cryopumpe mit dem Pseudoventil entweder oben oder unten an dem asu entleerenden Behälter angeschlossen werden kann.

Eine Kältepumpe oder Cryopumpe mit Regeneration gemäß der Neuerung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß

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die Cryopumpe beim Betrieb eine einzige nach außen gehende Leitung aufweist, und daß der Verlauf der axialen Führung der Ventilklappe sich dann zu einer Schließstellung erstreckt, wo die Ventilklappe mit einem Ventilsitz zusammen= wirkt, der auf dieser einzigen Leitung befestigt ist, und bis zu einer offenen Stellung beim axialen Rückzug zu einer Gehäusebodenwand, eine Stellung, in welcher eine direkte Zugänglichkeit des gesamten ringförmigen Aufbaues der Falle, von dem Pumpstrom ausgehend, sichergestellt ist. Dank dieser Anordnung stellt man nicht nur wie früher eine sehr bequeme Zugänglichkeit des aus dem zu entleerenden Behälter ausgezogenen Gases zu dem ringförmigen Aufbau der Falle hin sicher, sondern man gewinnt auch einen mittleren freien Raum des ringförmigen Aufbaues der Falle, um die Montage einer Ventilklappe mit axialer Verschiebung sicherzustellen, wodurch unter Zusammenwirken mit einem zweckmäßigerweise auf der Pumpleitung befestigten Ventilsitz die Möglichkeit de^tsolierung der Cryopumpe von dem abzupumpenden Behälter gegeben ist, z«B₀ während der Regenerationsphasen, und wobei die Ventilklappe sich während des Pumpens axial derart zurückzieht, daß die hervorragende Zugänglichkeit des Fallenaufbaues bewahrt ist.

Yeitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

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Flg. 1 (sine axiale Solinittansloht durph eine Cryo-Kältepumpe gemäß der Neuerung»

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der FIg# 1» Fig. 3 und h schematische Ansichten einer anderen Au s ,führung β-form der Pumpe mit zwei gegenüberliegenden Pumpleitungen, von denen nur die eine verwendet werden kann.

Fig, 5 Φ'β&ηβ andere Aus führung s form der Heuerungsgemäßen Kältepumpe i,

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine Kältepumpe mit Rückbildung gemäß der Neuerung ein Gehäuse 1 mit Im allgemeinen zylindrischer Form auf mit einer Seitenwand 2_t einer unteren Wand 3, einer oberen Wand h. Mitteln für eine Falle oder Fang·? stelle 5, die im wesentlichen aus einer ringförmigen Schirmwand 6 bestehen und mit Sparren 7 innen versehen sind und sich unter kleinem Abstand von einem ringförmigen Behälter mit flüssigem Helium 8 angeordnet sind, der über einen Füllkragen 9 an einem Befestigungsübergangsrohrstück 10 der Oberwand k angebracht ist. Der Behälter 8 für flüssiges Helium ist auf einem ringförmigen Behälter 11 für flüssigen Stickstoff angebracht, der seinerseits über einen Füllkragen 12 an einem oberen Übei> gangsrohrstück 13 angebracht ist, welches in der Oberwand k äße gebracht ist. In üblicher Weise wird der Behälter 8 für flüssiges Helium auf der Außenseite 15 und hinsichtlich seines unteren Bodens 16 und oberen Bodens 17 mit einer Wärmeabschirmung 18 aus Kupfer umhüllt, die selbst in einem Blindschacht 19 befestigt ist, der sich in dem Behälter 11 für flüssigen Stickstoff um das Füllrohr 9 und bis zu einer Stellung erstreckt,

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die in den? Mit tu ds« Schaftes 19 angeordnet dies© Tiarme^|öÄpmiw(ji 18 duyo« d!te ΐ>ΚΝφ^ kühlt wird» die »ich gue*· Iw Füllrohr 9 entwickeln, »or Be-< halter 11 für fIUeeigen Stickstoff iat einer leitenden Absohirmwand 20 zugeordnet, die im Abstand bei 21 die äußex^e Umfangefläche dos ringförmigon Behälters 8 für flüssiges Helium und bei ZZ dan Ringboden 16 dieses Behälters 8 umhüllt. Die Schirmringwand 6 selbst ist längs ihres oberen Randes bei 23 am unteren Innenrand des Behälters 11 für flüssigen Stickstoff und längs ihres unteren Randesoteei 23* am Sndta des Einzugstells 22 der Wand 20 verschweißt»

Vie man aus den Zeichnungen erkennt, schafft der ringförmige Aufbau der Falle 5 einen axialen freien Raum mit einem Dur chmesser ^Md", welcher merklich dem Durchmesser der Pumpleitung 24 entspricht, die quer zur Oberwand k angebracht ist und sich erheblich in das Innere des Gehäuses 1 bis zur Umhüllung des Behälters 11 für flüssigen Stickstoff in Abstand af einem erheblichen Teil seiner axialen Länge erstreckte

Ganz um den Behälter 11 für flüssigen Stickstoff und die Wand 20 herum, welche thermisch diesem zugeordnet ist, ist auch im Abstand ein Wärmeschirm 25 angeordnet, der sich auch in den Spalt zwischen den Behälter 11 für flüssigen Stickstoff und die Pumpleitung 2h erstreckt«

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Pumplaltung 2*Ι· weist an ihrem äußeren Ende 2V Bügel oder Flansoh 26 für den Anschluß an einen nicht dargestellten, zu entleerenden Behälter auf. Auf der Innenseite des Gehäuses 1 stützt diese Pumpleitung Zh einen metallischen Ventilsitz 27 in Ringgestalt, der eine kegel stumpf förtnige Arbeitsfläche 28 bietet und mit einem Umfangsteil 29 einer Ventilklappe 30 zusammenwirkt, welche die Form eines Konus hat, dessen Spitze 3I der Pumpleitung 2k gegenüberliegt. Diese Ventilklappe 30 ist vorzugsweise durch eine Tresse oder Beflechtung aus thermisch leitendem Material 32 mit der Wand 22 auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffes verbunden. Die Ventilklappe 30 ist formschlüssig mit einem Ventilschaft 33 verbunden, der in einem Schacht %k geführt angebracht ist, wobei sich der Schacht von der unteren Wand 3 ausgehend nach außen erstreckt; dieser Ventilschaft 33 ist durch Rollen 35 und 36 angebracht und weist an seinem fr'eien Ende ein magnetisches Teil 37 auf, welches mit einem ringförmigen, magnetischen Steuerorgan 38 zur äußeren Führung längs des Schachtes 3h vorgesehen ist.

Der Betrieb der Kältepumpe ist folgender: Die Kältepumpe ist direkt über ihrem Flansch 26 mit einem nicht dargestellten, abzupumpenden Behälter verbunden, Tiefsttemperaturflüssigkeit wird nacheinander in den Behälter für flüssigen Stickstoff 11, dann in den Eehälter 8 für Helium eingefüllt, bis die Pumpe auf die kühle Temperatur gelangt. Während dieses ganzes Betriebes befindet sich das Ventil in der geschlossenen Stel-

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lung, d.h. in der gestrichelt bei 30' gezeigten Stellung. Eine gewisse Dichtigkeit wird zwischen der Ventilklappe 30 und der Fläche 28 des Ventilsitzes 2? sichergestellt. Nachdem die Käl&epumpe auf ihre niedrige Temperatur gebracht ist, wird die. Veatilklappe 30 durch geführtes Schieben nach unim durch den magnetischen Ring 38 in die offene Stellung gebracht, wobei der Magnetring 38 den formschlüssig mit dem Ventilschaft 34 verbundenen Magnet 37 mitnimmt. Diese Verschiebung des Ventilschaftes 33 wird auf einer hinreichenden axialen Länge bewirkt, um vorzugsweise die Gesamtheit dör Schirmwand 6 freizusetzen und den Zugang für das durch die Pumpleitung Zk strömende Gas frei zu machen. In üblicher Weise werden die Gase nacheinander durch die Schirmwand 6 und die anderen Wände, wie z.B. 21 und 22, danach durch den Behälter 8 auf der Temperatur des flüssigen Heliums eingefangen. Die konische Form der Ventilklappe 30 spielt während der Pumpphase eine wichtige Rolle dadurch, daß alle die Moleküle, die ihn scharf abkühlen wollen, sehr merklich zurückgeschickt werden, welches auch immer ihr Einfallwinkel ist, und zwar zur Schirmwand 6, wodurch selbstverständlich die beste Pumpleistung sichergestellt werden kann. Nach einer gewissen Zeit, die relativ lang sein kann, kann die Kältepumpe durch die kondensierten oder adsorbierten Gase als gesättigt angesehen werden, und es ist ratsam, sie zu regenerieren. Hierzu wird die Ventilklappe 30 immer durch magnetische Mitnahme des Steuerringes 38 in die geschlossene Stellung 30' gebracht, und die Regenera-

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tionsleitung ho wird durch die Öffnung des Ventils kl mit einer nicht dargestellten Regenerationspumpe in Verbindung gebracht, während die Pumpe mittels nicht dargestellter und üblicher Mittel auf die warme Regenerationstemperatur zurückgebracht wird. Während dieser Phase sublimieren die kondensierten und adsorbierten Gase im allgemeinen, oder wenn sie durch eine flüssige Phase gehen, verdampfen sie und verden aus dem Gehäuse k der Kältepumpe abgezogen* Nachdem die Regeneration beendet ist, fährt man erneut fort, die Kältepumpe durch Einführung von Tiefsttemperaturfließmitteln in die Behälter 11 für flüssigen Stickstoff und 8 Tür flüssiges Helium zu kühlen, wie zuvor erwähnt, und nachdem die Kältepumpe sich auf tiefer Temperatur befindet, kann die Vetilklappe 30 wieder in die offene Stellung zurückgebracht werden, wodurch der Pumpbetrieb wieder aufgenommen werden kann.

Diese Kältepumpe kann im Verhältnis mit dem zu entleerenden Behälter entweder allein benutzt werden und in dem Fall, wenn es selbstverständlich klar ist, daß der Leckagedurchsatz, der notwendigerweise an der Stelle der Ventilfläche 28 entsteht, zu einem Druckanstieg in dem zu entleerenden Behälter führt, wobei der Druckanstieg in dem betrachteten Falle also keine schädliche Wirkung hat Falls dieser Druckanstieg genügend hoch wird, ist es möglicherweise vorteilhaft , die primären Pumpmittel zu verwenden, die normalerweise der Kältepumpe zugeordnet sind, tun die primäre Entleerung sicherzu«

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stellen· Venn dagegen ein Druckanstieg für den guten Betrieb des auf diese Weise entleerten Behälters schädlich wird, ist es selbstverständlich notwendig, zwei an denselben zu entleerenden Behälter angeschlossene Kältepumpen zu verwenden, die gleichzeitig arbeiten können, und in diesem Falle genügt es, die Zeiten der Regenerationsphasen zu verschieben, wobei die eine arbeitet, während die andere sich im Zustand der Regeneration befindet, und in diesem Falle kann die eine dieser Pumpen, die als Hilfspumpe dienen kann, selbstverständlich schwächer ausgelegt sein.

In den Figuren 3 und 4 sieht man, daß eine Kältepumpe 45 der im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Art hier mit einer unteren Wand 3 ausgerüstet ist, die unbeweglich auf einem zweiten Gehäuseflansch 46 angebracht ist, der identisch mit dem Flansch Z6 ist, mit welchem die Pumpleitung 24 versehen ist, und dieser Flansch 46 ist selbst einer zweiten Pumpleitung 47 gleichen Durchmessers wie der der ersten Pumpleitung 24 zugeordnet und mit einem zweiten Ventilsitz 48 ausgestattet. Auf die.ße Weise kann die Gehäusebodenwand 3t die mit ihrer Regenerationsleitung; 40 am Ventil 41 ausgerüstet ist, in der unteren Stellung angebracht sein, wie in Fig. 3 gezeigt 1st, und in diesem Falle ist die Kältepumpe unter dem abzupumpenden Behälter oder in hoher Stellung angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und in diesem Falle ist die Kältepumpe oberhalb des abzupumpenden Behälters

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angeordnet. Eine Vorrichtung k2 gestattet die Demontage des Ventils 30 des Steuerschaftes 33 derart, daß der Durchgang von einem Pumpenbau zum anderen einfach dadurch möglich gemacht wird, daßman von Hand die Ventilkörper 30 im Inneren der Kältepumpe dreht, und dann ist der gesamte Abzug durch die Gegenwart der zwei Ventilsitze 27 und k8 gesperrt.

Bei der anderen Ausführungsform der Neuerung in Fig. 5 ist eine Kältepumpe der in Fig. 1 beschriebenen Art hier mit einer Ventilklappe 5° ausgestattet, die mit einer Dichtung 51 versehen ist, z.B. aus "Viton", und der Ventilschaft 52 ist hier mit einem an sich bekannten Steuermittel versehen, welches eine Querdichtung über die Bodenwand 3 des Gehäuses 4 bildet und einem an sich bekannten, nicht beschriebenen, in geschlossener Position befindlichen Verriegelungsmittel zugeordnet ist. Diese Verriegelungsvorrichtung gestattet es, die Ventilklappe 50 in geschlossener Stellung zu halten, während die Kältepumpe evakuiert ist, wenngleich der zu entleerende Behälter sich noch unter Druck befindet.

Die Neuerung läßt sich insbesondere bei Ultrahochvakuumpumpen anwenden.

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Claims

Sohutzansprüche Kältepumpe

1. mit Tiefettemperaturfallen in «iiinem Gehäuse, welches

eine sich naoh außen öffnende Leitung aufweist und mit einem Anschlußflansch ausgerüstet ist, wobei die Falle in einem Ringaufbau der Falle ader Fangstelle koaxial zu der Fallenleitung angeordnet ist, in welcher ein mittlerer freier Raum des ringförmigen Fallenaufbaues eine radiale Erstreckung aufweist, die mindestens gleich der der Pumpleitung ist und in welcher eine Ventilklappe mit im wesentlichen radialer Erstreckung axial geführt in dem freien Raum des Fallenaufbaues angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlpumpe im Betrieb eine einzige Leitung (24) nach aussen aufweist, und daß der axiale Gleitführungsgang der Ventilklappe (30)sich von ein r geschlossenen Stellung, in welcher die Ventilklappe (30) mit einem Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der auf der einzigen Leitung (24) & angebracht ist, bis zu einer offenen Stellung unter axialem Rückzug zu einer Bodenwand(3)des Gehäuses (1 ) erstreckt und daß in dieser Stellung ein direkter Zugang des gesamten Ringaufbaues der Falle (5) von dieser Pumpleitung (24) aus sichergestellt ist,

2. Kältepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regenerationsleitung (4o) an eine Regenerations-

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pumpe angeschlossen und auf einer Wand (3) dos Gehäuses (i) angebracht ist, welche derjenigen gegenüberliegt, über welcher die Pumpleitung (2*l·) angebracht istt

3. Kältepumpe rach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (k) des Gehäuses (i), welche der Gehäusowand (3) gegenüberliegt, quer zu welcher die Pumpleitung (24) befestigt ist, unbeweglich und auf einem zweiten Flansch (k6) des Gehäuses (1) befestigt ist,,_fder identisch dem der Pumpleitung (?Λ) ist, und daß dieses Gehäuse (i) einer zweiten Pumpleitung auf dem Niveau des zweiten Gehäuseflansches (k§) zugeordnet ist, der seinerseits mit einem zweiten Ventilsitz (k8j$ ausgestattet ist.

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