DE1253859B

DE1253859B - Method for operating a vapor barrier or a condenser in high vacuum systems, preferably equipped with diffusion pumps

Info

Publication number: DE1253859B
Application number: DE1962H0044960
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Gerhard Kienel; Ferdinand Wernig
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1962-02-22
Filing date: 1962-02-22
Publication date: 1967-11-09

Description

Verfahren zum Betrieb einer Dampfsperre oder eines Kondensators, in vorzugsweise mit Diffusionspumpen ausgestatteten Hochvakuumanlagen Als Dampfsperren dienende Kühlfallen werde meist zwischen die Diffusionspumpe und den Vakuumrezipienten von Hochvakuumanlagen eingeschaltet. Sie dienen dazu, auch geringe Mengen des dampfförmigen Treibmittels der Diffusionspumpe am Eindringen in den Vakuumrezipienten zu hindern.Method of operating a vapor barrier or a condenser, in High vacuum systems, preferably equipped with diffusion pumps, as vapor barriers Serving cold traps are usually placed between the diffusion pump and the vacuum recipient switched on by high vacuum systems. They serve even small amounts of the vaporous To prevent propellant of the diffusion pump from penetrating into the vacuum recipient.

Zu diesem Zweck werden in die Ansaugleitung der Diffusionspumpe größere gekühlte Flächen eingeschaltet, auf denen rückdiffundierende Dampfmoleküle kondensieren. Bei den modernen Hochvakuumanlagen werden bekanntere großere Anforderungen gestellt, um diese von Dämpfen, insbesondere von Öldämpfen, frei zu halten. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden die Kühlfallen mit Kühlmaschinen verbunden, deren Kühlmittel die Kondensationsflächen auf Temperaturen von beispielsweise -600 C hält. Es werden dabei bekannte, meist zweistufige Kühlmaschinen und auch bekannte Kühlmittel, wie dem unter dem Handelsnamen »Frigen« bekannten Kühlmittel benutzt. Solche Kühlfallen haben sich im Dauerbetrieb sehr gut bewährt.For this purpose, larger ones are placed in the suction line of the diffusion pump Cooled surfaces switched on, on which back-diffusing vapor molecules condense. In modern high-vacuum systems, more well-known, larger requirements are made, to keep them free of vapors, especially oil vapors. To meet these requirements To be sufficient, the cold traps are connected to refrigeration machines, their coolant keeps the condensation surfaces at temperatures of -600 C, for example. It will known, mostly two-stage cooling machines and also known coolants, such as the coolant known under the trade name »Frigen«. Such cold traps have proven themselves very well in continuous operation.

In Vakuumanlagen, in denen ein extremes Hochvakuum von beispielsweise weniger als 10-7 Torr (»Ultrahochvakuum«) erzeugt werden soll, werden meist mehrstufige Kühlmaschinen benutzt, um so eine Temperatur von bis zu 1200 C zu erreichen und auch geringste Dampfspuren zurückzuhalten. In vacuum systems in which an extreme high vacuum of, for example Less than 10-7 Torr ("ultra-high vacuum") is to be generated, are mostly multi-stage Cooling machines are used to achieve a temperature of up to 1200 C and to hold back even the slightest traces of steam.

Andererseits ist es erforderlich, eine besondere Arbeitstechnik anzuwenden und den gesamten Hochvakuumteil der Anlage von anhaftenden Gasfilmen zu befreien. Dazu muß dieser Anlagenteil ausgeheizt werden, und zwar bei Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius, vorzugsweise bei 4500 C. Zu diesem auszuheizenden Teil der Anlage gehört die Absaugleitung und damit auch die Dampfsperre (»Baffle«) der letzten Pumpe, oft einer Öldiffusionspumpe.On the other hand, it is necessary to use a special working technique and to free the entire high vacuum part of the system from adhering gas films. For this purpose, this part of the system must be baked out, at temperatures of several hundred degrees Celsius, preferably at 4500 C. For this part of the The system includes the suction line and thus also the vapor barrier ("baffle") of the last Pump, often an oil diffusion pump.

Das Ausheizen einer maschinengekühlten Dampfsperre ist aber mit Schwierigkeiten verbunden. Bei den erwähnten Temperaturen kann das Öl, das dem Kühlmittel zur Schmierung der Kompressoren beigefügt ist, zersetzt, d. h. gekrackt werden. Man ist deshalb dazu übergegangen, vor dem Ausheizen die Kühlmaschine von der Dampfsperre abzutrennen und das Kühlmittel sehr sorgfältig zu entfernen. Nach dem Ausheizen wird die Kühlmaschine wieder angeschlossen, was erfahrungsgemäß sehr umständlich ist und dabei große Sorgfalt erfordert, da z. B. schon Spuren von Wasser Korrosionserscheinungen zur Folge haben. Baking out a machine-cooled vapor barrier is difficult tied together. At the temperatures mentioned, the oil in the coolant can be used for lubrication the compressor is attached, decomposed, d. H. be cracked. One is therefore switched to disconnecting the cooling machine from the vapor barrier before baking out and remove the coolant very carefully. After the bakeout, the cooling machine reconnected, which experience has shown is very cumbersome and great care is taken requires, as z. B. traces of water can already result in corrosion.

Aufgabe der Erfindung ist, gegenüber den vorgenannten bekannten Verfahren die Kühlung einer aus- heizbaren Dampfsperre in überraschend einfacher Weise besser als seither durchzuführen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Dampfsperre oder eines Kondensators in Hochvakuumanlagen, deren Hochvakuumteil zusammen mit der Dampfsperre vor oder während des Beginns der Evakuierung ausgeheizt wird und deren Dampfsperre oder Kondensator während der bestimmungsgemäßen Benutzung maschinell gekühlt wird, dadurch gelöst, daß während des Ausheizens eine weitere Nachlieferung des Kühlmittels zur Dampfsperre durch Abschließen der Kühlmittelzuleitung unterbunden und die Kühlmitteldurchflußleitung der Dampfsperre durch den ein- oder mehrstufigen Kompressor der Kühlmaschine dadurch evakuiert werden, daß dieser zumindest für eine gewisse erste Zeitspanne noch in Betrieb bleibt. Das Abschließen der Kühlmittelzuleitung kann in bekannter Weise mittels Sperren eines Ventils erfolgen. Ferner kann es zweckmäßig sein, daß bei länger dauerndem Ausheizen auch die Kühlmittelrückleitung abgesperrt wird und danach auch der Kompressor der Kühlmaschine abgeschaltet wird; das Sperren auch der Kühlmittelrückleitung kann in bekannter Weise durch Schließen eines zweiten Ventils vorgenommen werden. The object of the invention is compared to the aforementioned known methods the cooling of an heatable vapor barrier in a surprisingly simple way better than to be carried out since then. This task is performed in a method for operating a Vapor barrier or a condenser in high vacuum systems, their high vacuum part together is baked out with the vapor barrier before or during the start of the evacuation and their vapor barrier or condenser during normal use is mechanically cooled, solved in that a further Subsequent delivery of the coolant to the vapor barrier by closing off the coolant supply line prevented and the coolant flow line of the vapor barrier through the one or multi-stage compressor of the refrigerating machine can be evacuated that this at least remains in operation for a certain initial period of time. Closing the coolant supply line can be done in a known manner by locking a valve. It can also be useful be that the coolant return line is shut off if the heating takes place for a long time and then the compressor of the refrigeration machine is switched off; locking the coolant return line can also be closed in a known manner by closing a second Valve can be made.

Das Verfahren und die Vorteile der Erfindung werden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in der Figur schematisch dargestellt ist. The method and advantages of the invention are illustrated by means of one Embodiment described in more detail, which is shown schematically in the figure is.

Das Hochvakuumsystem ist über die Absaugleitung 1 und die Dampfsperre 2 an die Diffusionspumpe 3 angeschlossen, die die aus dem System evakuierte Luft über die Ausstoßleitung 4 an die dort angeschlossenen, aber nicht gezeichneten Vakuumpumpstufen weiterleitet. The high vacuum system is via the suction line 1 and the vapor barrier 2 connected to the diffusion pump 3, which the air evacuated from the system Via the discharge line 4 to the vacuum pump stages connected there, but not shown forwards.

Die Dampfsperre 2 ist über die Kühlmittelzuleitun 5 und die Kühlmittelrückleitung 6 an eine Kühlmaschine angeschlossen, die aus den beiden Kompressorstufen 8 und 9 sowie dem Antriebsmotor 10 besteht. Das über die Rückleitung 6, 6' abgepumpte Kühlmittel wird in der ersten Kompressorstufe 8 vorverdichtet, im Zwischenkühler 11 wieder auf etwa Zimmertemperatur gebracht, in der zweiten Kompressorstufe 9 auf den Enddruck verdichtet und im Endkühler 12 abgekühlt. Das dabei verflüssigte Kühlmittel sammelt sich im Behälter 13, aus dem es dann über die Zuleitung 5' dem Expansionsventil 14 zugeführt wird. Dort entspannt sich das Kühlmittel und gelangt über die Leitung 5 in die Dampfsperre 2. The vapor barrier 2 is via the coolant supply line 5 and the coolant return line 6 connected to a cooling machine, which consists of the two compressor stages 8 and 9 and the drive motor 10 consists. The pumped out via the return line 6, 6 ' Coolant is pre-compressed in the first compressor stage 8, in the intercooler 11 brought back to about room temperature, in the second compressor stage 9 on the final pressure is compressed and cooled in the final cooler 12. The liquefied coolant collects in the container 13, from which it then passes through the supply line 5 'to the expansion valve 14 is supplied. There the coolant relaxes and reaches the pipe 5 in the vapor barrier 2.

Da die Temperatur des Kühlmittels durch die adiabatische Expansion im Ventil 14 stark abnimmt (z. B. auf -1.000 C). wird die Dampfsperre 2 auf diese Temperatur gekühlt, bei der sich praktisch alle aus der Öldiffusionspumpe 3 zurückdiffundierenden Öldämpfe niederschlagen. Das Kühlmittel wird dann über die Rückleitungen 6, 6' wieder von der ersten Kompressorstufe 8 der Kühlmaschine abgesaugt, wodurch der beschriebene Kreislauf von neuem beginnt.Because the temperature of the coolant due to the adiabatic expansion decreases sharply in valve 14 (e.g. to -1,000 C). the vapor barrier 2 is on this Cooled temperature at which practically all of the oil diffusion pump 3 diffuses back Defeat oil vapors. The coolant is then returned via the return lines 6, 6 ' sucked off by the first compressor stage 8 of the refrigerator, whereby the described Cycle begins again.

Vorstehend wurde der übliche Kreislauf des Kühlmittels während der Kühlung der Dampfsperre 2 beschrieben. Sollte bei einer derartigen Anordnung die Dampfsperre 2 durch die Heizung 15 ausgeheizt werden, so wurden bisher die Leitungen 5 und 6 abgetrennt und das Kühlmittel aus den Kühlschlangen der Dampfsperre 2 entfernt. Dabei mußte auch darauf geachtet werden, daß in den Kühlschlangen keine Reste jenes Öls übrigblieben, das dem Kühlmittel zur Schmierung des Kompressors 8, 9 beigegeben war. The above was the usual circulation of the coolant during the Cooling of the vapor barrier 2 described. Should the Vapor barrier 2 are baked out by the heater 15, so the lines were previously 5 and 6 separated and the coolant removed from the cooling coils of the vapor barrier 2. Care had to be taken that there were no residues of that in the cooling coils Oil remained, which was added to the coolant to lubricate the compressor 8, 9 was.

Sobald die Dampfsperre 2 nach dem Ausheizvorgang wieder eine Temperatur von weniger als 1000 C erreicht hat, kann die Kühlmaschine über die Leitungen 5, 6 an die Dampfsperre 2 wieder angeschlossen werden, wobei aber sehr darauf zu achten ist, daß kein Wasserdampf in den Kreislauf gelangt.As soon as the vapor barrier 2 has reached a temperature again after the heating process of less than 1000 C, the cooling machine can be switched on via the lines 5, 6 can be reconnected to the vapor barrier 2, but great care must be taken is that no water vapor gets into the circuit.

Dieses Verfahren brauchte zwar einige Zeit, die jedoch gegenüber den üblichen Pumpzeiten für Höchstvakuumanlagen, die z. B. 10 bis 20 Stunden betragen können, nicht lang ist. Jedoch war dieses An- und Abschließen der Kühlmittelleitungen 5, 6 ein besonderer Arbeitsgang, der nur bei großer Sorgfalt und durch geschulte Kräfte durchgeführt werden konnte und - wie die vorliegende Erfindung zeigt -in überaus einfacher Weise vermieden werden kann. This process took some time, but it took some time the usual pumping times for high vacuum systems, e.g. B. 10 to 20 hours can, is not long. However, this was the connection and termination of the coolant lines 5, 6 a special operation that can only be carried out with great care and training Forces could be carried out and - as the present invention shows -in can be avoided in a very simple manner.

Gemäß der Erfindung wird in die Kühlmittelzuleitung 5, 5' ein Ventil 20 eingeschaltet, das in Flußrichtung des Kühlmittels vor dem Expansionsventil 14 liegt. Es kann in bekannter Weise von Hand oder automatisch durch elektrische, magnetische oder hydraulische Mittel 21 gesteuert werden. Soll nun die Dampfsperre 2 ausgeheizt werden, so wird dieses Ventil 20 geschlossen, der Motor 10 der Kühlmaschine jedoch nicht abgeschaltet. According to the invention, a valve is in the coolant supply line 5, 5 ' 20 switched on, which is in the flow direction of the coolant upstream of the expansion valve 14 lies. It can be done in a known manner by hand or automatically by electrical, magnetic or hydraulic means 21 are controlled. The vapor barrier 2 should now be baked out are, this valve 20 is closed, but the motor 10 of the refrigerator not switched off.

Der Zulauf des Kühlmittels zur Dampfsperre 2 ist somit verschlossen, die Kompressorstufen 8 und 9 der Kühlmaschine saugen aber weiterhin die Kühlmitteldämpfe ab. Damit ist nun gewährleistet, daß infolge des fehlenden Zulaufs das Kühlmittel und damit auch die Ölreste aus der Dampfsperre 2 entfernt werden können. Nunmehr kann die Dampfsperre 2 auch bei hoher Temperatur gefahrlos aus- geheizt werden. Nach der Beendigung des Ausheizens und einer genügenden Abkühlung (beispielsweise auf 800 C) wird das Ventil 20 geöffnet und die Dampfsperre 2 wieder auf ihre Arbeitstemperatur abgekühlt. Während des Ausheizens, während dessen das Vakuumsystem mittels der Vorpumpen unter Vakuum gehalten wird, werden die auf den Prallblechen der Dampfsperre 2 befindlichen Gasreste recht weitgehend entfernt, so daß eine der wichtigen Quellen, aus denen Gas ins Vakuum hinein frei werden kann, durch die sehr einfache Bedienung des Ventils 20 und der Heizung 15 beseitigt werden kann. The inlet of the coolant to the vapor barrier 2 is thus closed, however, compressor stages 8 and 9 of the refrigeration machine continue to suck in the refrigerant vapors away. This now ensures that the coolant due to the lack of inflow and so that the oil residues can also be removed from the vapor barrier 2. Now the vapor barrier 2 can be activated safely even at high temperatures. be heated. To the completion of the bakeout and sufficient cooling (for example to 800 C) the valve 20 is opened and the vapor barrier 2 returns to its working temperature cooled down. During bakeout, during which the vacuum system by means of the backing pumps is kept under vacuum, those located on the baffle plates of the vapor barrier 2 are Gas residues quite largely removed, making one of the important sources from which Gas can be released into the vacuum due to the very simple operation of the valve 20 and the heater 15 can be eliminated.

Claims

In certain cases where the steam barrier 2 and the remaining parts of the vacuum system (the always present heating device on the Suction tube 1 has been omitted for a long time for simplicity of illustration to complete, it is desirable to turn off the refrigerator by turning off its Drive motor 10 shut down.

To make this possible, in addition to the valve 20 in the supply line 5, 5 'a second valve 22 with the drive device 23 in the return line 6, 6 'may be provided. Then first the valve 20 and after some time when the Vapor barrier 2 has reached its maximum bakeout temperature, valve 22 is also closed. The drive motor 10 of the cooling machine can then be shut down. To the renewed Cooling of the vapor barrier 2, the motor 10 can first be switched on again and then the valves 22 and 20 are opened.

Instead of the arrangement shown schematically, such an arrangement can also be used be selected in a known manner between the vapor barrier 2 and the diffusion pump 3 a water-cooled second vapor barrier is switched on. The invention can be used anywhere are used where vapors or gases pass through the vacuum systems to be heated Condensation on strongly cooled surfaces should be eliminated.

Claims: 1. Method for operating a vapor barrier or a condenser in high vacuum systems, preferably equipped with diffusion pumps, their high vacuum part together with the vapor barrier before or during the start of the Evacuation is baked out and its vapor barrier or condenser during the intended use Use is cooled by machine, characterized in that during the bakeout another subsequent delivery of the coolant to the vapor barrier (2) by locking the coolant supply line (5, 5 ') and the coolant flow lines the vapor barrier (2) by the single or multi-stage compressor (8, 9) of the refrigerator be evacuated by the fact that this at least for a certain first period of time still in operation.

2. The method according to claim 1, characterized in that for longer continuous heating and the coolant return line (6, 6 ') is blocked and then the compressor (8, 9) of the refrigerator is switched off.