ES2307022T3 - Dispositivo de vacio. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de vacío con varias bombas (10) criogénicas conectadas con una o varias cámaras de vacío, una unidad (16) de compresor conectada a través de conductos (12) de alimentación de medio y conductos (14) de realimentación de medio con las bombas (10) criogénicas, una unidad (18) de ajuste conectada aguas arriba de al menos una de las bombas (10) criogénicas para el control de la cantidad de medio alimentada a la bomba (10) criogénica, un dispositivo de medición de temperatura conectado a la bomba (10) criogénica y una unidad (28) de control conectada con la unidad (18) de ajuste y con el dispositivo de medición de temperatura caracterizado porque la unidad (18) de ajuste presenta una unidad (24) de estrangulación dispuesta en el correspondiente conducto (12) de alimentación de medio y una válvula (26) dispuesta dentro de un conducto (22) de derivación de estrangulación.
Description
Dispositivo de vacío.
La invención se refiere a un dispositivo de
vacío, que para la generación de vacío presenta varias bombas
criogénicas.
Los dispositivos de vacío de este tipo presentan
varias bombas criogénicas habitualmente conectadas en paralelo
entre sí que están conectadas con una o varias cámaras de vacío.
Además, el dispositivo de vacío presenta una unidad de compresor
con la que se comprime el medio refrigerante, habitualmente helio.
El medio refrigerante comprimido se transporta a través de
conductos de alimentación de medio hacia las bombas criogénicas, se
expande en la bomba criogénica y se realimenta después a través de
conductos de realimentación de medio hacia la unidad de compresor.
Dado el caso están previstas a este respecto unidades de limpieza en
el conducto de medio, para limpiar el medio por ejemplo de aceite u
otras impurezas. Con ello se mantienen apartadas contaminaciones del
medio de las bombas criogénicas.
Habitualmente se trata en el caso de las bombas
criogénicas utilizadas de bombas criogénicas de dos etapas, que
funcionan según el principio de Gifford McMahon. Dentro de la bomba
criogénica está previsto habitualmente por cada etapa un émbolo,
dado el caso un émbolo común. Con cada carrera del émbolo se
transporta el medio refrigerante y se consigue un enfriamiento
correspondiente de las dos etapas. Por ejemplo mediante calor de
radiación u otras influencias de temperatura puede producirse un
calentamiento de bombas individuales. Además existe el problema de
que debido a la mayor densidad de un gas con una menor temperatura
una bomba criogénica más fría puede procesar por cada carrera una
cantidad mayor de helio que una bomba criogénica más caliente. Esto
tiene como consecuencia que la cantidad presente de helio, que
debido al rendimiento del compresor está limitada, se consume en su
mayor parte por las bombas criogénicas más frías, de modo que se
reduce la cantidad de gas presente para las bombas criogénicas más
calientes. Esto tiene a su vez como consecuencia que el enfriamiento
de bombas criogénicas demasiado calientes dura relativamente mucho
tiempo.
Para la solución de este problema se conoce por
el documento US 5.775.109 regular el flujo de gas. Esto puede tener
lugar porque se calienta la bomba criogénica para evitar que ésta
transporte una cantidad elevada de medio refrigerante. Además puede
reducirse la velocidad del émbolo o detenerse el émbolo. Sin embargo
esto tiene el inconveniente de que el coeficiente de eficacia
termodinámica se empeora, dado que los refrigerantes están
ajustados a una frecuencia determinada. Por consiguiente el frío
almacenado en el helio no se aprovecha completamente.
El objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo de vacío con varias bombas criogénicas, en el que pueda
regularse rápidamente y de manera sencilla la temperatura de la
bomba criogénica.
La solución tiene lugar según la invención
mediante las características de la reivindicación 1.
El dispositivo de vacío según la invención
presenta varias bombas criogénicas conectadas con una o varias
cámaras de vacío. A este respecto se trata preferiblemente de bombas
criogénicas, que funcionan según el principio de Gifford McMahon y
que presentan preferiblemente una cabeza refrigerante. Con ayuda de
una unidad de compresor conectada a través de conductos de
alimentación de medio y conductos de realimentación de medio con las
bombas criogénicas puede proporcionarse en las bombas criogénicas
el helio en al menos dos niveles de presión diferentes. A este
respecto un dispositivo de vacío según la invención puede presentar
especialmente más de cinco, o dado el caso también más de diez
bombas criogénicas, que están conectadas en paralelo entre sí. Los
sistemas de este tipo presentan entonces una unidad de compresor
con varios, por ejemplo dos o tres compresores, especialmente
compresores de helio. Esto lleva a que la demanda de energía
necesaria sea relativamente alta y ascienda por ejemplo a de 10 a
20 kW. Además el dispositivo de vacío presenta al menos una unidad
de ajuste, que está conectada inmediatamente aguas arriba de una
bomba criogénica, es decir asociada a la misma. Con ayuda de la
unidad de ajuste puede controlarse la cantidad de medio alimentada
a la bomba criogénica. Para esto, la unidad de ajuste está
conectada con una unidad de control. Además está previsto un
dispositivo de medición de temperatura que está conectado con la
bomba criogénica y que mide especialmente las temperaturas de
ambas
etapas.
etapas.
La unidad de ajuste según la invención está
dispuesta en un conducto de alimentación de medio de una bomba
criogénica y presenta una unidad de estrangulación dispuesta en el
conducto de alimentación de medio. Además, la unidad de ajuste
presenta una bifurcación o una derivación de estrangulación que
puentea la unidad de estrangulación. En el conducto de derivación
de estrangulación está dispuesta una válvula. Esta válvula puede
controlarse con ayuda de la unidad de control. Con ayuda de la
unidad de ajuste según la invención pueden realizarse por
consiguiente especialmente dos estados de alimentación de medio a la
bomba criogénica. En un estado, la válvula dispuesta en el conducto
de derivación está cerrada, de modo que el medio sólo llega hasta la
bomba criogénica pasando a través de la unidad de estrangulación.
En otra posición, la válvula está completamente abierta, de modo
que una cantidad de medio máxima llega hasta la bomba criogénica a
través del conducto de derivación. A este respecto la válvula puede
estar configurada en una forma de realización sencilla como válvula
de conmutación, que sólo presente los dos estados completamente
cerrada o completamente abierta.
Por consiguiente con ayuda de la unidad de
control es posible de manera sencilla, por ejemplo, poner a
disposición una cantidad elevada de medio refrigerante a una bomba
criogénica demasiado caliente mediante la apertura de la válvula. A
este respecto puede evitarse simultáneamente, mediante el cierre de
las válvulas que están asociadas a las bombas criogénicas
suficientemente frías o bien manteniéndolas cerradas, que se evacue
a través de éstas una cantidad demasiado grande de medio
refrigerante.
Se prefiere especialmente que a varias bombas
criogénicas esté asociada una unidad de ajuste según la invención
de este tipo. Especialmente a cada bomba criogénica del dispositivo
de vacío está asociada una unidad de ajuste según la invención. Con
esto es posible garantizar de manera sencilla que pueda ofrecérsele
a una bomba criogénica demasiado caliente una cantidad suficiente
de medio refrigerante, de modo que pueda alcanzarse rápidamente la
temperatura deseada de la bomba criogénica.
En el caso de una forma de realización
preferida, se selecciona la sección transversal del conducto de
derivación de estrangulación de tal manera que sea posible una
alimentación de medio máxima. La válvula prevista en el conducto de
derivación puede estar configurada de tal manera que la sección
transversal eficaz de la válvula y por consiguiente la cantidad de
flujo de paso de medio puedan variarse. La válvula dispuesta en el
conducto de derivación presenta preferiblemente un diámetro de
sección transversal superior a 6 mm. La tobera prevista presenta un
diámetro de sección transversal de aproximadamente
1 mm.
1 mm.
Igualmente es posible prever una unidad de
estrangulación cuya superficie de sección transversal eficaz pueda
ajustarse. Esto tiene la ventaja de que la superficie de la sección
transversal de la unidad de estrangulación puede ajustarse de tal
manera que en el funcionamiento convencional la cantidad de medio
refrigerante necesaria llega a través de este conducto de
alimentación de medio hasta la bomba criogénica y la válvula
dispuesta en el conducto de derivación puede estar cerrada en el
funcionamiento convencional. Con esto es posible poner a
disposición una cantidad suficientemente grande de medio
refrigerante, especialmente helio, a una bomba criogénica demasiado
caliente por ejemplo debido a radiación térmica. Una cantidad grande
de medio refrigerante se necesita por ejemplo también en el
funcionamiento de
inicio.
inicio.
En el funcionamiento convencional, una bomba
criogénica necesita habitualmente sólo un tercio del medio
refrigerante máximo para mantener constante la temperatura en las
etapas primera y segunda. Por consiguiente, con ayuda del
dispositivo de vacío según la invención es posible reducir la
capacidad de la unidad de compresor, dado que debido a la invención
en el caso de cargas pico en bombas criogénicas individuales de una
red es necesario un menor consumo de medio refrigerante total o una
menor corriente de medio refrigerante. Igualmente también es
posible en el caso del uso de compresores de capacidad invariable
proporcionar una reserva con ayuda de la invención.
A continuación se explica con más detalle la
invención mediante una forma de realización preferida haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un diagrama básico esquemático de
un dispositivo de vacío según la invención, y
la figura 2 es un diagrama de flujo esquemático
para el control de la válvula dispuesta en el conducto de
derivación de estrangulación.
El dispositivo de vacío presenta varias bombas
10 criogénicas, que están conectadas con una o varias cámaras de
vacío no representadas. Las bombas 10 criogénicas están dispuestas
en paralelo entre sí y conectadas a través de conductos 12 de
alimentación de medio y conductos 14 de realimentación de medio con
una unidad de compresor que presenta dos compresores 16.
En los conductos 12 de alimentación de medio
individuales, que están asociados directamente a una bomba 10
criogénica, está prevista en cada caso una unidad 18 de ajuste para
el control de la cantidad de medio alimentada a la bomba
criogénica. La unidad 18 de ajuste presenta una bifurcación del
conducto 12 de alimentación de medio en dos conductos 20, 22 que
discurren en paralelo entre sí. A este respecto están previstas en
el primer conducto 20 una unidad 24 de estrangulación y en el
segundo conducto 22 una válvula 26.
En el ejemplo de realización representado las
válvulas 26 individuales están conectadas a través de líneas
eléctricas representadas con línea discontinua con una unidad 28 de
control. Con la unidad 28 de control están conectados además
dispositivos de medición de temperatura previstos en las bombas 10
criogénicas a través de líneas eléctricas representadas igualmente
con línea discontinua.
En el ejemplo de realización representado la
unidad 24 de estrangulación no es variable, sino que presenta una
sección transversal constante. Además se trata en el caso de la
válvula 16 de una válvula de conmutación, que puede estar o bien
cerrada o bien abierta. Esta válvula no presenta una posición
intermedia.
El modo de funcionamiento supuesto por ejemplo
para la unidad 28 de control está representado en la figura 2. A
este respecto se compara en un primer paso 30 la temperatura de una
primera etapa de una bomba 10 criogénica determinada con un valor
objetivo. Si la temperatura medida de la primera etapa es mayor que
el valor objetivo, es decir, la primera etapa de la bomba 10
criogénica es demasiado caliente, ha de contestarse con "sí" a
la consulta, de modo que en el paso 32 tiene lugar una apertura de
la válvula 26 asociada.
Si la temperatura de la primera etapa no supera
el valor objetivo, entonces en el siguiente paso 34 tiene lugar una
comprobación de la temperatura de la segunda etapa con respecto a un
segundo valor objetivo que se diferencia del primer valor objetivo
comprobado en el paso 30. De manera correspondiente al paso 30 tiene
lugar la decisión "sí" siempre que la temperatura de la
segunda etapa supere el valor objetivo, es decir que la segunda
etapa sea demasiado caliente. Esto tiene a su vez como consecuencia
una apertura de la válvula 26 en el paso 32.
Si la segunda etapa está también suficientemente
fría y no supera por tanto el valor objetivo, la decisión es
"no" y la válvula se queda cerrada (paso 36).
La consulta descrita anteriormente de las bombas
criogénicas individuales tiene lugar a intervalos regulares. El
control de las válvulas puede mejorarse además especialmente en el
caso de válvulas que también pueden abrirse o cerrarse
parcialmente. Para esto se definen por ejemplo otros valores
objetivo o valores umbral.
Claims (6)
1. Dispositivo de vacío con
varias bombas (10) criogénicas conectadas con
una o varias cámaras de vacío,
una unidad (16) de compresor conectada a través
de conductos (12) de alimentación de medio y conductos (14) de
realimentación de medio con las bombas (10) criogénicas,
una unidad (18) de ajuste conectada aguas arriba
de al menos una de las bombas (10) criogénicas para el control de
la cantidad de medio alimentada a la bomba (10) criogénica,
un dispositivo de medición de temperatura
conectado a la bomba (10) criogénica y
una unidad (28) de control conectada con la
unidad (18) de ajuste y con el dispositivo de medición de
temperatura
caracterizado porque
la unidad (18) de ajuste presenta una unidad
(24) de estrangulación dispuesta en el correspondiente conducto
(12) de alimentación de medio y una válvula (26) dispuesta dentro de
un conducto (22) de derivación de estrangulación.
2. Dispositivo de vacío según la reivindicación
1, caracterizado porque la sección transversal del conducto
(22) de derivación de estrangulación está diseñada para una
alimentación de medio máxima.
3. Dispositivo de vacío según la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque la unidad (24) de estrangulación
presenta una sección transversal que está diseñada para la
alimentación de medio necesaria para el funcionamiento
convencional.
4. Dispositivo de vacío según cualquiera de las
reivindicaciones 1 - 3, caracterizado porque la superficie de
la sección transversal de la unidad (24) de estrangulación puede
ajustarse.
5. Dispositivo de vacío según cualquiera de las
reivindicaciones 1 - 4, caracterizado porque la cantidad de
flujo de paso de la válvula (26) puede ajustarse.
6. Dispositivo de vacío según cualquiera de las
reivindicaciones 1 - 5, caracterizado porque aguas arriba de
cada bomba (10) criogénica está conectada una unidad (18) de
ajuste.
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