EP0975875B1 - Vakuumpumpsystem mit einer flüssigringpumpe - Google Patents

Vakuumpumpsystem mit einer flüssigringpumpe Download PDF

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EP0975875B1
EP0975875B1 EP98922706A EP98922706A EP0975875B1 EP 0975875 B1 EP0975875 B1 EP 0975875B1 EP 98922706 A EP98922706 A EP 98922706A EP 98922706 A EP98922706 A EP 98922706A EP 0975875 B1 EP0975875 B1 EP 0975875B1
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Buerger Heinz-Dieter Vakuum- und Verfahrenstechnik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump system with a liquid ring pump for pumping gases, e.g. against Atmospheric pressure.
  • Liquid ring pumps have been used for many years. They contain one in a cylindrical housing eccentrically housed rotor, the blades of which are one Liquid along the cylindrical wall of the housing Relocate and due to the eccentric rotor position Dip more or less deeply into this liquid ring. This results within the liquid ring between the blades spaces of variable volume, so that a Gas sucked into one of these rooms in the course the rotation of the rotor is compressed and finally ejected becomes.
  • the object of the invention is to provide a suction system to specify a liquid ring pump in which contamination the working fluid of the pump is avoided even then if the gases to be conveyed contain substances at atmospheric pressure and the temperature of the liquid ring condense would.
  • this object is achieved by that the liquid of the liquid ring pump from an inert Fluid is formed and that the liquid ring pump with a Diaphragm-type backing pump interacts and on the inlet side a suction valve that is controlled so that it can only be opened when the temperature of the liquid ring in the pump exceeded a lower limit Has.
  • the liquid ring pump operated higher temperature, so that already due to the higher Temperature the risk of condensation from the liquid contaminating substances at the outlet of the liquid ring pump is reduced.
  • the liquid ring pump long maintenance-free operation guaranteed.
  • the inlet 1 is via a suction valve 3 and possibly a Cold trap 4 with the suction connection 5 of a liquid ring pump 6 connected.
  • the liquid ring preferably consists of perfluorinated polyether.
  • the pressure connection 7 of the pump leads to a via a temperature-controlled separator 8 Diaphragm pump 9, which acts as a backing pump in the system and is connected on the outlet side to outlet 2 to the atmosphere. If necessary, the diaphragm pump on the inlet and / or On the outlet side, a cold trap 10 or 11 have to remove foreign matter before releasing it into the atmosphere withhold.
  • the valve 3 is controlled by a processor 12, the temperature measurement signals from a thermocouple 16 in the liquid ring the pump 6 and possibly a thermocouple 17 recycled in the separator 8.
  • the processor opens 12 the valve 3 only when the liquid ring Minimum operating temperature above room temperature from e.g. Has reached 45 ° C.
  • the temperature measurement in the Separator 8 can serve to prevent overheating and close valve 3 (and turn off the pumping system), when the gases entering the separator 8 an upper limit temperature of e.g. Exceed 90 ° C.
  • valve 3 starts Liquid ring pump 6 to work, which quickly increases the temperature of the liquid ring rises. Is the temperature of e.g. Reached 45 ° C, then the processor 12 opens the valve 3, see above that the pumping process begins. The extracted gases are via the diaphragm pump 9 to the atmosphere-side outlet 2 promoted.
  • the pressure relief valve 13 remains blocked until until the diaphragm pump is no longer able to increase the throughput to process the liquid ring pump, so that on Inlet of the diaphragm pump builds up a pressure that exceeds the limit pressure of the pressure relief valve 13 exceeds. Then briefly this valve is opened and the pressure in question is released.
  • the diaphragm pump normally holds the pressure connection 7 of the liquid ring pump 6 to a negative pressure of approximately 100 mbar absolutely, so vapors that are in the pumped gas can be and at atmospheric pressure and ambient temperature would condense, remain in vapor form and into the Diaphragm pump are discharged. This also collects no toxic or aggressive substances in the liquid ring, so the lifespan and maintenance periods of the pumping system compared to known water ring pumps be extended.
  • the invention is not in detail on all features of the illustrated embodiment limited. So can, for example, instead of a perfluorinated polyether other possibly even inorganic fluid can be used regarding the pumped gases and vapors in question is inert (such as long-chain silanes). You can also individual or all of the cold traps shown saved if the gases to be pumped are not foreign components contain that must be prevented by cold traps, to get into the atmosphere.
  • inert such as long-chain silanes

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumpumpsystem mit einer Flüssigringpumpe zum Abpumpen von Gasen, z.B. gegen Atmosphärendruck.
Flüssigringpumpen werden seit vielen Jahren eingesetzt. Sie enthalten einen in einem zylindrischen Gehäuse exzentrisch untergebrachten Rotor, dessen Schaufeln eine Flüssigkeit entlang der zylindrischen Wand des Gehäuses in Umlauf versetzen und dabei aufgrund der exzentrischen Rotorlage mehr oder weniger tief in diesen Flüssigkeitsring eintauchen. Innerhalb des Flüssigkeitsrings ergeben sich daher zwischen den Schaufeln Räume variablen Volumens, so daß ein Gas, das in einen dieser Räume angesaugt wird, im Verlauf der Umdrehung des Rotors komprimiert und schließlich ausgestoßen wird.
Ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit solcher Pumpen sind der Wasserverbrauch und die Verschmutzung dieses Wassers mit Stoffen, die in den geförderten Gasen enthalten sind.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, andere Flüssigkeiten statt Wasser in der Flüssigringpumpe einzusetzen, z.B. ein ferromagnetisches Fluid (siehe DE-A-26 45 305).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Saugsystem mit einer Flüssigringpumpe anzugeben, bei der eine Verschmutzung der Arbeitsflüssigkeit der Pumpe selbst dann vermieden wird, wenn die zu fördernden Gase Stoffe enthalten, die bei Atmosphärendruck und der Temperatur des Flüssigkeitsrings kondensieren würden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit der Flüssigringpumpe von einem inerten Fluid gebildet wird und daß die Flüssigringpumpe mit einer Vorpumpe vom Membrantyp zusammenwirkt und einlaßseitig mit einem Saugventil versehen ist, das so gesteuert ist, daß es sich erst öffnen läßt, wenn die Temperatur des Flüssigkeitsrings in der Pumpe einen unteren Grenzwert überschritten hat.
Im Gegensatz zu bekannten Flüssigringpumpen wird also in dem erfindungsgemäßen System die Flüssigringpumpe bei höherer Temperatur betrieben, so daß schon aufgrund der höheren Temperatur die Gefahr eine Kondensation von die Flüssigkeit verunreinigenden Stoffen am Ausgang der Flüssigringpumpe verringert wird. Außerdem wird durch die Wahl eines inerten organischen Fluids für die Flüssigkeit der Pumpe ein langer wartungsfreier Betrieb gewährleistet. Schließlich herrscht am Ausgang der Flüssigringpumpe nicht mehr Atmosphärendruck, sondern ein niedrigerer Druck, so daß die Gefahr einer Kondensation von Verunreinigungen am Ausgang der Flüssigringpumpe weiter abgesenkt wird.
Bezüglich von Merkmalen eines besonderen Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die Unteransprüche und auf die nachfolgende Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung verwiesen, die schematisch ein erfindungsgemäßes Vakuumpumpsystem zeigt.
In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Vakuumpumpsystem gezeigt, mit einem Einlaß 1, der mit einem nicht gezeigten zu evakuierenden Behälter verbunden ist, und einem Auslaß 2, der beispielsweise in die Atmosphäre führt.
Der Einlaß 1 ist über ein Saugventil 3 und ggf. eine Kühlfalle 4 mit dem Sauganschluß 5 einer Flüssigringpumpe 6 verbunden. Vorzugsweise besteht der Flüssigkeitsring aus perfluoriertem Polyäther. Der Druckanschluß 7 der Pumpe führt über einen temperaturgesteuerten Abscheider 8 zu einer Membranpumpe 9, die in dem System als Vorpumpe wirkt und auslaßseitig mit dem Auslaß 2 zur Atmosphäre verbunden ist. Gegebenenfalls kann die Membranpumpe auf der Einlaßund/oder Auslaßseite noch eine Kühlfalle 10 bzw. 11 aufweisen, um Fremdstoffe vor der Freigabe in die Atmosphäre zurückzuhalten.
Das Ventil 3 wird von einem Prozessor 12 gesteuert, der Temperaturmeßsignale von einem Thermoelement 16 im Flüssigkeitsring der Pumpe 6 und ggf. von einem Thermoelement 17 in dem Abscheider 8 verwertet. Insbesondere öffnet der Prozessor 12 das Ventil 3 erst, wenn der Flüssigkeitsring eine über der Raumtemperatur liegende Mindestbetriebstemperatur von z.B. 45°C erreicht hat. Die Temperaturmessung in dem Abscheider 8 kann dazu dienen, eine Überhitzung zu verhindern und das Ventil 3 zu schließen (und das Pumpsystem abzuschalten), wenn die in den Abscheider 8 eintretenden Gase eine obere Grenztemperatur von z.B. 90°C überschreiten.
Außerdem ist noch ein Sicherheitsventil 13 zwischen den Druckanschluß 7 der Flüssigringpumpe 6 bzw. den Auslaß des diesem nachgeschalteten Abscheiders 8 und den atmosphärenseitigen Auslaß 2 eingefügt. Dieses Ventil öffnet automatisch, wenn der Druck am Druckauslaß der Flüssigringpumpe einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Ein solcher Grenzdruck kann sich ausbilden, wenn die Membranpumpe den Durchsatz der Flüssigringpumpe nicht mehr verarbeiten kann.
Weiter ist in der Figur noch eine mit einem Drosselventil 14 versehene Leitung gezeigt, die vom atmosphärenseitigen Auslaß 2 in die Flüssigringpumpe zurückführt und eine geringe Menge Gas in diese Pumpe zurückleitet. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahme den Flüssigkeitsring elastischer macht und Kavitationseffekte verringert. Ein nicht dargestellter akustischer Kavitationssensor, wie er in der Motorentechnik als Klopfsensor eingesetzt wird, mißt das Kavitationsgeräusch und steuert dementsprechend das Drosselventil 14.
Schließlich ist noch eine Rückleitung 15 zu sehen, über die in dem Abscheider 8 anfallende Flüssigkeit in die Flüssigringpumpe zurückgeführt wird.
Das erfindungsgemäße System arbeitet folgendermaßen: Nach dem Einschalten beginnt bei geschlossenem Ventil 3 die Flüssigringpumpe 6 zu arbeiten, wodurch rasch die Temperatur des Flüssigkeitsrings ansteigt. Ist die Temperatur von z.B. 45°C erreicht, dann öffnet der Prozessor 12 das Ventil 3, so daß der Pumpvorgang beginnt. Die geförderten Gase werden über die Membranpumpe 9 zum atmosphärenseitigen Auslaß 2 gefördert. Das Überdruckventil 13 bleibt solange gesperrt, bis die Membranpumpe nicht mehr in der Lage ist, den Durchsatz der Flüssigringpumpe zu verarbeiten, so daß sich am Einlaß der Membranpumpe ein Druck aufbaut, der den Grenzdruck des Überdruckventils 13 überschreitet. Dann wird kurzzeitig dieses Ventil geöffnet und der fragliche Druck abgebaut.
Die Membranpumpe hält im Normalfall den Druckanschluß 7 der Flüssigringpumpe 6 auf einem Unterdruck von etwa 100 mbar absolut, so daß Dämpfe, die sich in dem gepumpten Gas befinden können und bei Atmosphärendruck und Umgebungstemperatur kondensieren würden, dampfförmig bleiben und in die Membranpumpe abgeführt werden. Dadurch sammeln sich auch keine giftigen oder aggressiven Stoffe im Flüssigkeitsring, so daß die Lebensdauer und die Wartungsperioden des Pumpsystems im Vergleich zu bekannten Wasserringpumpen deutlich verlängert werden.
Die Erfindung ist nicht im einzelnen auf alle Merkmale des dargestellten Ausführungsbeispiels beschränkt. So kann beispielsweise statt einem perfluorierten Polyäther ein anderes ggf. sogar anorganisches Fluid verwendet werden, das bezüglich der in Frage kommenden gepumpten Gase und Dämpfe inert ist (wie z.B. langkettige Silane). Außerdem können einzelne oder alle der dargestellten Kühlfallen eingespart werden, wenn die zu pumpenden Gase keine Fremdbestandteile enthalten, die durch Kühlfallen daran gehindert werden müssen, in die Atmosphäre zu gelangen.

Claims (7)

  1. Vakuumpumpsystem mit einer Flüssigringpumpe zum Abpumpen von Gasen z.B. gegen Atmosphärendruck, wobei die Flüssigkeit der Flüssigringpumpe von einem inerten Fluid gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigringpumpe (6) mit einer Vorpumpe (9) vom Membrantyp zusammenwirkt und einlaßseitig mit einem Saugventil (3) versehen ist, das so gesteuert wird, daß es sich erst öffnen läßt, wenn die Temperatur des Flüssigkeitsrings in der Pumpe (6) einen unteren Grenzwert überschritten hat.
  2. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (3) außerdem von einem Thermoelement (17) in den geschlossenen Zustand gesteuert wird, das die Gastemperatur am Ausgang der Flüssigringpumpe (6) mißt, wenn diese Temperatur einen oberen Grenzwert überschreitet.
  3. Vakuumpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturgesteuerter Abscheider (8) zwischen dem Auslaß (7) der Flüssigringpumpe (6) und dem Einlaß der Membranpumpe (9) eingefügt ist.
  4. Vakuumpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (13) parallel zur Membranpumpe angeordnet ist.
  5. Vakuumpumpsystem nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Drosselventil (14) versehene Leitung vom Auslaß der Membranpumpe zum Einlaß (5) der Flüssigringpumpe (6) führt.
  6. Vakuumpumpsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Kavitationssensor der Flüssigringpumpe (6) zugeordnet ist und auf das Drosselventil (14) einwirkt.
  7. Vakuumpumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Flüssigringpumpe (6) von perfluoriertem Polyäther gebildet wird.
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