EP0608232B1 - Pompe cryogenique a carter sensiblement cupuliforme - Google Patents

Pompe cryogenique a carter sensiblement cupuliforme Download PDF

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EP0608232B1
EP0608232B1 EP92909000A EP92909000A EP0608232B1 EP 0608232 B1 EP0608232 B1 EP 0608232B1 EP 92909000 A EP92909000 A EP 92909000A EP 92909000 A EP92909000 A EP 92909000A EP 0608232 B1 EP0608232 B1 EP 0608232B1
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EP
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pump
radiation screen
stage
shaped
housing
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Monika Mattern-Klosson
Hans-Jürgen MUNDINGER
Hans-Ulrich HÄFNER
Uwe Timm
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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Leybold AG
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps
    • Y10S417/901—Cryogenic pumps

Definitions

  • the invention relates to a cryopump with the features of the preamble of claim 1.
  • the present invention has for its object to provide a cryopump with the features of the preamble of claim 1 such that the disadvantages described no longer exist.
  • this object is achieved in that the condensate collecting space is arranged laterally in such a way that the pump can be regenerated even when mounted horizontally without having to accept the disadvantages of long regeneration times and / or the risk of damage to seals. Since there is always a defined "deepest point" to which the drain pipe is connected, the pump according to the invention also has the same advantages with regard to its regeneration properties as the pump already proposed for vertical mounting.
  • cryopump is denoted by 1, its outer housing by 2, the cold head by 3 and the radiation shield by 4.
  • Housing 2 and radiation shield 4 have an essentially cup-shaped design and are arranged concentrically to one another. Your axis is labeled 5.
  • the open sides of the housing 2 and radiation shield 4 form the inlet opening 6 of the pump 1.
  • the housing flange 7 is used to attach the pump to a recipient - preferably via a valve (not shown).
  • the baffle 8 is located in the inlet region of the pump 1 is carried by the radiation screen 4.
  • the cold head 3 extending laterally into the pump housing 2 and the radiation shield 4 is of two stages (stages 11, 12).
  • the cold is generated, for example, with the aid of a refrigerator, not shown in detail, which operates according to the Gifford-McMahon principle.
  • the first stage 11 of the cold head 3 is connected to the radiation shield 4 with good thermal conductivity, so that the radiation shield 4 and also the baffle 8 assume the temperature of this stage 11.
  • the second stage 12 of the cold head is located in the pump interior 13. It carries the pump surfaces of the second stage, generally designated 15, via a copper block 14 that conducts heat well.
  • These include outer pump surfaces 16, on which the condensable gases argon, nitrogen, oxygen, etc., accumulate.
  • inner surface areas 17 covered with adsorption material are provided, which serve for the adsorption of light gases (hydrogen, helium, etc.).
  • an attachment flange 21 is equipped with a recess 22 which is embedded in the inside of the respective flange.
  • the recess 22 is arranged so that it is basically at the bottom, so that liquid condensate collects therein. If the recess 22 is in the attachment flange 21, the functionally correct position of the recess 22 can be ensured by suitable mounting of this attachment flange.
  • the radiation shield 4 has at least in its lower region a pouring point 23 which is shaped such that condensate flowing out of the shield flows into the recess 22.
  • the radiation shield 4 expediently has an edge section 24 which widens outwards.
  • a collecting trough 27 is provided in the recess 22 at a distance. This prevents the flanges 7 or 21 from becoming undesirably cold.
  • the drip pan 27 itself should have the lowest possible mass so that it quickly reaches the temperature of the liquid condensate. This avoids unnecessary evaporation of the condensate or ensures a quick drainage of the condensate.
  • the drain pipe used to remove the condensate is designated 31. It opens directly into the recess 22 or - if the collecting trough 27 shown is present - into this collecting trough. It is led out radially through the respective flange 7 or 21. Outside the pump is the valve 32, which is opened to drain the condensate. This valve 32 is equipped with a heater 33 which protects the valve seal from harmful effects of cold due to the condensate.
  • the radiation shield 4 is provided with a diameter extension on the bottom, so that the condensate collects laterally in the bottom region of the radiation shield 4 even when the pump 1 is mounted horizontally.
  • the drain pipe 31, which is also led out through a bore 34 in the flange 7, is extended into the pump interior 13 in such a way that its inlet opening is located in the collecting space formed by the diameter expansion.
  • a pump 1 designed in this way has the advantage that it can be installed both horizontally and vertically - and in all intermediate positions - if care is taken to ensure that the collecting space forms the lowest point with the inlet opening of the drain pipe 31.
  • the bottom of the radiation shield 4 can also be appropriately curved inwards (see bottom line 35 shown in broken lines).
  • an essentially crescent-shaped end plate 41 is provided which, together with the part of the radiation shield 4 located below, forms the collecting space.
  • the end plate 41 is releasably attached to the edge of the radiation shield 4, so that it can be brought into the correct - lower - position in a simple manner.
  • it can be equipped with a carrier 42, which has two sections 43 and 44, which surround the edge of the radiation shield 4, so that a secure hold is guaranteed.
  • the drain pipe 31 can be led out of the pump 1 at any point, for example, as shown, again through a radial bore in the flange 7. It is essential that its inlet opening lies in the area of the end plate 41.
  • this heater (heating conductor 45) is arranged on the inner section 43 of the carrier 42 for the end plate 41. It thus forms a unit with the end plate 41, so that when correctly installed, the sickle and heating are always in the collecting space.

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Abstract

La présente invention conerne une pompe cryogénique comportant un carter sensiblement cupuliforme (2), avec écran anti-rayonnement (4), lui aussi sensiblement cupuliforme disposé dans le carter, avec un orifice d'admission (6), une tête froide (3) s'étendant dans le carter et l'écran anti-rayonnement, avec des surfaces de pompage (15) fixées sur la tête froide pour les gaz condensables, et une chambre collectrice pour le condensat liquide produit pendant la régénération de la pompe. Afin de permettre une régénération de la pompe en différentes positions de montage, il est proposé de disposer latéralement la chambre collectrice du condensat de telle sorte que la pompe (1) puisse être régénérée même en cas de montage horizontal.

Claims (13)

  1. Cryopompe (1) destinée à être montée à l'horizontale, comportant un carter (2) sensiblement en forme de pot, comportant un écran de rayonnement (4) également sensiblement en forme de pot, agencé de manière concentrique dans le carter (2), comportant une ouverture d'admission (6) qui est pourvue d'un baffle (8) porté par l'écran de rayonnement (4), comportant une tête froide (3) à deux étages s'étendant dans le carter (2) et dans l'écran de rayonnement (4), dont le premier étage (11) est relié à l'écran de rayonnement (4) avec bonne conduction thermique et dont le second étage (12) est relié avec bonne conduction thermique à des surfaces de pompage (16) pour condenser de l'argon, de l'azote, de l'oxygène, etc. ainsi qu'avec des surfaces de pompage (17) pour absorber des gaz légers tels que l'hydrogène, l'hélium, etc., caractérisée en ce qu'il est prévu au-dessous des surfaces de pompage (16, 17) du second étage (12) de la tête froide (3) une chambre de collecte pour le condensat liquide qui se forme pendant la régénération de la pompe, en ce que l'écran de rayonnement (4) en forme de pot forme la chambre de collecte, son diamètre s'agrandissant de telle sorte vers le fond que l'emplacement collecteur pour le condensat liquide se trouve dans la région du fond de l'écran de rayonnement (4) en forme de pot, et en ce que l'ouverture d'admission d'un tube d'écoulement (31), qui sert pendant la régénération des surfaces de pompe (16, 17) à évacuer les gaz qui se sont déposés sur les surfaces de pompage, se trouve dans la région de la chambre de collecte.
  2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond de l'écran de rayonnement (4) est convexe vers l'intérieur.
  3. Cryopompe (1) destinée à être montée à l'horizontale, comportant un carter (2) sensiblement en forme de pot, comportant un écran de rayonnement (4) également sensiblement en forme de pot, agencé de manière concentrique dans le carter (2), comportant une ouverture d'admission (6) qui est pourvue d'un baffle (8) porté par l'écran de rayonnement (4), comportant une tête froide (3) à deux étages s'étendant dans le carter (2) et dans l'écran de rayonnement (4), dont le premier étage (11) est relié à l'écran de rayonnement (4) avec bonne conduction thermique et dont le second étage (12) est relié avec bonne conduction thermique avec des surfaces de pompage (16) pour condenser de l'argon, de l'azote, de l'oxygène, etc. ainsi qu'avec des surfaces de pompage (17) pour absorber des gaz légers tels que l'hydrogène, l'hélium, etc., caractérisée en ce qu'il est prévu au-dessous des surfaces de pompage (16, 17) du second étage (12) de la tête froide (3) une chambre de collecte pour le condensat liquide qui se forme pendant la régénération de la pompe, en ce que l'écran de rayonnement (4) en forme de pot fait partie de la chambre de collecte, en ce que le bord de l'écran de rayonnement (4) est équipé d'une tôle d'obturation (41) sensiblement en forme de croissant destinée à former la chambre de collecte pour le condensat liquide et en ce que l'ouverture d'admission d'un tube d'écoulement (31), qui sert pendant la régénération des surfaces de pompe (16, 17) à évacuer les gaz qui se sont déposés sur les surfaces de pompage, se trouve dans la région de la chambre de collecte.
  4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la tôle d'obturation (41) est fixée de manière amovible sur l'écran de rayonnement (4).
  5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un support (42) adapté à la forme du bord de l'écran de rayonnement (4) est prévu pour la tôle d'obturation avec des tronçons (43, 44) entourant le bord.
  6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le tube d'écoulement (31) s'étendant à l'intérieur de l'écran de rayonnement (4) est guidé vers l'extérieur grâce à un perçage radial dans la bride d'admission (7).
  7. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un chauffage (45) se trouve dans la région de la chambre de collecte.
  8. Pompe selon les revendications 5 et 7, caractérisée en ce que le chauffage (45) est agencé sur le tronçon (43) intérieur du support (42) de la tôle d'obturation (41).
  9. Cryopompe (1) destinée à être montée à l'horizontale, comportant un carter (2) sensiblement en forme de pot, comportant un écran de rayonnement (4) également sensiblement en forme de pot, agencé de manière concentrique dans le carter (2), comportant une ouverture d'admission (6) qui est pourvue d'un baffle (8) porté par l'écran de rayonnement (4), comportant une tête froide (3) à deux étages s'étendant dans le carter (2) et dans l'écran de rayonnement (4), dont le premier étage (11) est relié à l'écran de rayonnement (4) avec bonne conduction thermique et dont le second étage (12) est relié avec bonne conduction thermique avec des surfaces de pompage (16) pour condenser de l'argon, de l'azote, de l'oxygène, etc. ainsi qu'avec des surfaces de pompage (17) pour absorber des gaz légers tels que l'hydrogène, l'hélium, etc., caractérisée en ce qu'il est prévu au-dessous des surfaces de pompage (16, 17) du second étage (12) de la tête froide (3) une chambre de collecte pour le condensat liquide qui se forme pendant la régénération de la pompe, en ce que la pompe présente une bride d'admission (7, 21) dont la face intérieure est équipée d'un évidement (22), en ce que le bord de l'écran de rayonnement (4) en forme de pot s'étend jusque dans la région de l'évidement (22) et en ce qu'il est équipé d'un déversoir (23, 24) de telle sorte que le condensat s'écoulant hors de l'écran de rayonnement (4) parvient dans l'évidement (22).
  10. Pompe selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'évidement a la forme d'une cuve, en ce qu'un tube d'écoulement (31) débouche dans le fond de la cuve et en ce que le tube d'écoulement (31) est mené radialement vers l'extérieur à travers la bride (7, 21).
  11. Pompe selon l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que la bride pourvue de l'évidement (22) est une bride additionnelle séparée (21).
  12. Pompe selon l'une ou l'autre des revendications 9, 10 et 11, caractérisée en ce que l'écran de rayonnement (4) présente un tronçon de bord (24) s'élargissant vers l'extérieur.
  13. Pompe selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'un bac de captage (27) est placé dans l'évidement (22) avec une faible masse en respectant un faible écartement par rapport à l'évidement (22) et en ce que le tube d'écoulement (31) débouche dans le fond du bac de captage (27).
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