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Mehrstufige Kondensationspumpe zur Fraktionierung mit mehreren Kesseln
Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Kondensationspumpen mit konzentrisch
in Röhren stehenden Strahldüsen, von denen eine vom Niederdruck Diffusortyp und
eine andere vom Schirmtyp ist, und die Schirmdüse die in einem Kessel entwickelten
Gase der Pumpenflüssigkeit in das umgebende Rohr hinein- und die Diffusionstype
sie wieder herauspumpt.
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Diese Pumpen werden im allgemeinen so gestaltet, daß das die Strahlendüse
umgebende senkrecht stehende Rohr gleichzeitig das Pumpengehäuse bildet. Sein eines
Ende ist geschlossen und dient als Kessel für .die Pumpflüssigkeit, während das
andere Ende an das zu evakuierende System angeschlossen wird. Von ihm zweigt in
geringer Entfernung über dem Kessel seitlich ein weiteres Rohr ab, an welches die
Luftpumpe zur Erzeugung eines Vorvakuums angeschlossen ist. In diesen Abzweig mündet
mitunter eine weitere gleichfalls vom Kessel gespeiste Diffusionsdüse. Die sich
über eine größere Länge des sie umgebenden Rohres erstreckende Strahldüse steht
mit dem unteren sich trichterartig erweiternden und Durchbrechung aufweisenden Ende
auf dem Kesselboden auf, wobei zwischen der trichterartigen Erweiterung des Strahlrohres
und dem es umgebenden Rohr gerade so viel Zwischenraum belassen ist, daß das herablaufende
Kondensat durch ihn wieder in den Kessel gelangen kann. Das Kondensat kommt dabei
mit der heißen Wandung der Strahldüse in Berührung und verdampft teilweise, bevor
es in den Kessel gelangt. Dadurch entsteht in dem äußeren Rohr
eine
Dampfströmung, welche dem von der Diffusionsdüse ausgehenden Gasstrahl entgegenwirkt
und dadurch dessen Wirkung beeinträchtigt. Für die Schirmdüse und die Diffusionsdüse
wurde dabei vielfach ein einziges Gaszuführungsrohr verwendet, in -"velchem die
beiden Düsen in verschiedener Höhe angeordnet sind. Bei anderen Ausführungen wird
für jede Düse ein besonderes Strahlrohr verwendet, unter konzentrischer Anordnung
der Strahlrohre ineinander. Diese verschiedenen Strahlrohre gehen von einem gemeinsamen
Kessel aus, der durch die verschiedenen Rohre in konzentrische miteinander in Verbindung
stehende Ringräume aufgeteilt ist. Der Kessel ist dabei in der Regel durch eine
Platte abgedeckt, die von den Strahlrohren durchdrungen wird und diese hält. Auf
dieser Platte sammelt sich das Kondensat, um durch einen Abfluß wieder in den Kessel
-zu gelangen. Da die Platte dem Kessel sehr nahe liegt, wird auch sie sehr heiß,
so daß das Kondensat verdampft, bevor es in den Kessel gelangen kann.
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Es wurde auch vorgeschlagen, zur Erhöhung der Wirkung mehrere Kessel
zu verwenden und von jedem Kessel ein besonderes Strahlrohr mit Düse ausgehen zu
lassen. Dabei wurden die Kessel getrennt voneinander angeordnet und die die Strahldüsen
umgebenden Rohre durch eine Querleitung verbunden. Die so gestalteten Pumpen benötigen
viel Raum.
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Schließlich ist eine Pumpe mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten
Strahldüsen bekannt, bei denen das sie alle umgebende Rohr waagerecht verläuft.
Es wird mit dem einen Ende an das zu evakuierende System und mit dem anderen Ende
an die Luftpumpe zur Erzeugung des Vorvakuums angeschlossen. Der bei senkrecht stehendem
Rohr vorhandene seitliche Abzweig zum Anschluß der Vorvakuumpümpe erübrigt sich
dabei. Bei dieser Einrichtung sind an der unten liegenden Seite des waagerechten
Rohres mehrere unmittelbar nebeneinander angebrachte Kessel in einer solchen Anordnung
vorhanden, daß der Spiegel der in ihnen enthaltenen Flüssigkeit parallel zur Achse
des waagerechten Rohres steht. Jedes Strahlrohr geht von einem anderen Kessel aus,
es muß dabei jedoch nach dem Kessel zu winklig abgebogen werden. Durch diese Abbiegung
wird die Richtung der vom Kessel nach dem Düsenausfluß strömenden Gase abgelenkt.
-Diese Ablenkung führt zu Stauungen und Reibung, welche die Wirkung der Pumpe beeinträchtigen.
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Sämtliche bekannten Pumpen sind in ihrem Aufbau derart, daß die Zusammensetzung
nicht unerhebliche Schwierigkeiten bereitet: Sie beanspruchen in der Regel- auch
erheblichen Raum.
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Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen besitzt die Pumpe gemäß
der Erfindung ein besonderes Gehäuse. Die Kesselkammern, von deren oberer Wandung
je eine Düse ausgeht,- sind durch Querteilung des allen Kammern gemeinsamen Unterteiles
des Pumpengehäuses gebildet, das die Düse konzentrisch umgebende Rohr steht annähernd
senkrecht zur oberen Wand des Pumpengehäuses. Daraus ergibt sich eine sehr einfache,
die Herstellung wesentlich erleichternde Gestaltung bei im Verhältnis zu bekannten
Einrichtungen geringem Raumbedarf. Die neue Ausführung gestattet außerdem, ein die
kondensierte, nach den Kesseln zurückfließende Pumpflüssigkeit von den heißen Wänden
der Kesselkammern fernhaltendes Schild vorzusehen.
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Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Form der Erfindung.
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Fig. i ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe;
Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i, und Fig. 3 ist ein
Horizontalschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. i.
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Das zylindrische Gehäuse io ist mit dem Deckel 12 und der Grundplatte
14 versehen, die beide einen Teil von ihm bilden. 16 und 18 sind gleiche zylindrische
Teile mit den zugehörigen Deckeln 2o, 22 und liegen auf der gemeinsamen Grundplatte
14 auf, und zwar vorzugsweise in den dargestellter ringförmigen Nuten 24, 26. Das
elektrische Heizelement 28 wird an der Grundplatte 14 durch den hohlen Bolzen
30 festgehalten, der mit dem Inneren des Gehäuses. io in Verbindung steht
und mit der Verschlußkappe 32 versehen ist.
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34, 36 sind auf dem Deckel 12 des zylindrischen Gehäuses io gasdicht
angebrachte Leitungen. Die Leitung 34 besitzt die Platten 38 und die Leitung 36
die Platten 40, die leicht winklig angeordnet sind und Schalen zur Aufnahme des
Pumpeninhalts bilden. 42 ist eine Leitung, an deren oberem Ende sich die Schirmdüse
44 befindet. Das untere Ende der Leitung 42 bildet einen Teil der Deckelplatte
22 des Zylinders 18 und steht mit dem Inneren desselben in Verbindung. Die Leitung
46 steht am unteren Ende mit der Innenseite des Zylinders 18 in Verbindung und ist
konzentrisch zur Leitung 36 angeordnet, um mit dieser eine sich nicht nach außen
erweiternde Düse vom Niederdruckdiffusortyp zu bilden. 48 und 5o sind Kühlschlangen,
in denen Kühlflüssigkeit zwecks Kühlung der Leitungen 34, 36 umläuft. 52 ist eine
mit der Leitung 42 aus einem Stück bestehende Schutzplatte, die das Abtropfen kondensierter
Pumpenflüssigkeit in den Raum zwischen Deckplatte 2o und Leitung 42 verhindert.
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Die rechtwinklige Wand 54 unterteilt das schalenförmige Teil 18 in
zwei annähernd halbzylindrische Kesselkammern 58 und 6o. Durch die COffnung 56 fließt
der Pumpeninhalt in flüssiger Form aus dem Kesselraum 58 in den Kesselraum 6o. 62
bezeichnet Leitbleche an der Grundplatte 14 im Kesselraum 58, die das strömende
Pumpenmedium veranlassen, beim Durchfluß durch den Raum einer. indirekten Bahn zu
folgen. 64 sind Bleche, die ungefähr die gleiche Funktion ausüben und das Unterteil
des Kessels 6o verstärken. 66 bezeichnet die auf dem Boden des Pumpengehäuses ruhende
Pumpenflüssigkeit. 68 ist eine Kerbe oder Öffnung im Unterteil der Schale 18, um,das
Einströmen der Pumpenflüssigkeit in den Kessel 58 zu ermöglichen.
70
ist eine Öffnung in der unteren Kante des Zylinders 16. Beide Zylinder 16 und 18
sind sonst in lecksicherem Kontakt mit der Grundplatte 14.
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Beim Betrieb der in den Zeichnungen dargestellten Pumpe wird das obere
Ende der Leitung 34 mit dem zu evakuierenden System verbunden, während das obere
Ende der Leitung 36 zu einer nicht dargestellten Pumpe führt. In den Schlangen 48
und 5o läuft Kühlflüssigkeit um, und nach Anstellung des Heizelementes 28 verdampft
die Pumpenflüssigkeit und strömt nach oben durch die Kamine 42, 46. Die Dämpfe im
Kamin 42 werden durch die Schirmdüse 44 umgekehrt und so in Form eines mit hoher
Geschwindigkeit austretenden Strahls nach unten gerichtet und reißen Gase aus dem
oberen Teil der Leitung 34 mit. Die aus dem zu evakuierenden System kommenden Gase
werden daher nach unten in das Oberteil des Gehäuses io getrieben. Das ausgebrauchte
strömende Pumpenmedium wird an den Wänden der Leitung 34 kondensiert und fließt
durch Gefälle nach der Grundplatte 14, um den ringförmigen Raum zwischen Gehäuse
io und Teil 16 und dann durch die Öffnungen 70 und 68.
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Die durch die Leitung 46 nach oben strömenden Dämpfe reißen die Gase
im Oberteil des Gehäuses io mit und treiben sie in das Oberteil der Leitung 36,
wo sie durch eine nicht dargestellte Pumpe entfernt werden. Die verbrauchten Dämpfe
der Düse 46 werden teilweise kondensiert und durch die Platten 40 gehalten. Diese
Dämpfe werden daher teilweise fraktionierte und die flüchtigsten Teile derselben
in den von den Platten 4o gebildeten Rinnen festgehalten. Die restliche Pumpenflüssigkeit
fließt an der Wand der Leitung 36 herunter, tropft auf die Wärmeplatte 2o und fließt
dann auf den Boden des ringförmigen Raums zwischen dem Gehäuse io und Zylinder 16.
Diese Pumpenflüssigkeit mischt sich mit der Pumpenflüssigkeit der Düse 44, und die
Mischung fließt durch die Öffnungen 7o, 68 in die Kesselkammer 58, wo sie zwischen
den Leitblechen 62 weiterfließt, wobei bei jedem Durchgang die flüchtigeren Bestandteile
verdampft werden und nach oben durch die Leitung 46 strömen. Die Bestandteile mit
niedrigstem Dampfdruck bleiben unverdampft und fließen durch die Öffnung 56 in den
Boden der Wand 54 und dann in den Kesselraum 6o, wo die Teile mit niedrigstem Druck
verdampft werden, nach oben durch die Leitung 42 strömen und als Strahl mit hoher
Geschwindigkeit aus der Düse 44 austreten. Auf diese Weise wird durch die Pumpe
das strömende Medium wirksam fraktioniert, indem die Bestandteile mit hohem Dampfdruck
auf der Hochdruckseite und die mit niedrigem Druck auf der Niederdruckseite verwendet
werden.
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Wenn auch eine Pumpe mit zwei Düsen beschrieben ist, so kann doch
offenbar die Düsenzahl durch Unterteilung der Pumpen- und Kesselkammern in der Zahl
der Düsen entsprechende Räume erhöht werden. Ferner sind die bevorzugt verwendeten
Platten 38 und 4o nicht nötig. Die Platten 40 können horizontal angeordnet sein,
um nur den Verlust von Pumpenflüssigkeit zu verhindern, anstatt die doppelte Funktion
der Fraktionierung und des Schutzes zu erfüllen. Die Wärmeplatte 2o kann durch alternative
Konstruktionen, wie beispielsweise Isolierung, ersetzt werden. Die Leitbleche 62
und 64 ergeben eine bessere Fraktionierung und verstärken auch die Grundplatte 14,
aber auch deren Verwendung kann unterbleiben.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Pumpe bei verhältnismäßig
niedrigen Kosten für die Massenherstellung geeignet ist. Ein besonderer Vorzug besteht
darin, daß bei der Konstruktion Metallbestandteile, die sich leicht stanzen oder
drehen lassen, benutzt werden. Die Pumpe läßt sich bequem zusammenbauen und behält
ihren Wert im Gebrauch bei.