DE1539159A1

DE1539159A1 - Adsorptions-Vakuum-Pumpe

Info

Publication number: DE1539159A1
Application number: DE19671539159
Authority: DE
Inventors: Domingo Cheng; Hagenbach Gerard Frank
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-10-26
Publication date: 1970-09-10
Also published as: GB1143277A; DE1539159B2; US3371499A

Description

PATENTANWAtT 1

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HELMUT-QORTZ

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P. 15 39 159.0-3-3 s*«*«jä »-«.«}©· *£■"· ¹⁹⁷° Union Garbide Corporation Gzy/Ha.

Adsorptions-Vakuum-Pumpe

Bs sind schon Adsorptions-Vakuxm-Pumpen bekannt, die aus einem gaeiichten Gehäuse, das mit dem zu evakuierenden Raum in Verbindung steht, aus einem in diesem Gehäuse angeordneten Bett g eines festen Adsorptionsmaterials und einer Kühlvorrichtung für das feste Adsorptionsmaterial bestehen. Ein flüssiges Kühlmittel umgibt entweder das gasdichte Gehäuse oder wird mittels Leitungen durch das .bett des festen Adsorptionsmaterials, das vorzugsweise ein Molekursieb ist, geführt. Durch Adsorption der in dem zu evakuierenden Raum oder in dem Gehäuse befindlichen Gase an dem fe-■sten Adsorptionsmaterial können Vakua bis herab zu 1o ^J und 1o_ mm Hg erreicht werden.

Bei Pumpen mit einer großen Kapazität ist es schwierig und unerwünscht, das Gehäuse mit dem Bett des festen Adsorpbionsmaterials in einen Behälter mit dem flüssigen Kühlmittel einzutauchen. Auch wenn das flüssige Kühlmittel in einem besonderen, mit dem gasdich- ( ten Gehäuse verbundenen Behälter sich befindet, besbeht die Schwierigkeit, daß das stehende flüssige Kühlmitbel entlang der wärmeaustauschenden Oberflächen zu sieden beginnt, was zur Bildung einer Gasschicht führt, welche die Wärmeübertragung hindert und die Wirksamkeit der Pumpe beeinträchtigt.

Das Ziel der Erfindung ist eine Adsorptions-Vakuum-Pumpe, welche das Evakuieren von großen Räumen mit guter Wirksamkeit ermöglicht.

Die Erfindung betrifft eine Adsorptions-Vakuum-Pumpe, mit einem gasdichten Gehäuse, das mit dem zu evakuierenden Raum in Verbin-

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dung steht, mit einem in diesem Gehäuse angeordneten Bett eines festen Adsorptionsmaterials, mit einem über diesem Gehäuse angeordneten Behälter für ein flüssiges Kühlmittel mit einem Abzu?: für verdampftes Kühlmittel, und mit Leitungen für das flüssige Kühlmittel, die durch das Bett des Adsorptionsmaterials führen und mit diesem in thermischem Austausch stehen. Die Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß die leitungen für das flüssige Kühlmittel aus einer mittigen, vom Boden des Behälters für das flüssige ' Kühlmittel durch das gasdichte Gehäuse abwärts führenden Leitung, einem unterhalb des gasdichten Gehäuses angeordneten Verteiler, in welchen die Leitung mündet, und mehreren aus dem Verteiler ausgehenden durch das Bett des festen'Adsorptionsmittels nach oben führenden Leitungen, die in den Behälter für das flüssige Kühlmittel münden, bestehen.

Vorzugsweise hat der Behälter für das flüssige Kühlmittel eine gesonderte Zuleitung für flüssiges Kühlmittel und eine gesonderte Ableitung für den Abzug von verdampftem Kühlmittel.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe kann zwischen dem Gasraum des Behälters für das flüssige Kühlmittel und der Ableitung für den Abzug von verdampftem Kühlmittel ein Phasenscheider zur Abtrennung von mitgerissenem flüssigen Kühlmittel angeordnet sein.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, eine Leitung sum Einführen eines öpülgases durch das Bett des festen Adsorptionsmaterialr. vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Adsorptions-Vakuum-Pumpe kann vorzugsweise eine oder mehrere strahlenreflektierende Schirme zwischen dem Bett des festen Adsorptionsmaterials und der Wandung des gasdichten Gehäuses enthalten. Diese Schirme sind wärmeleitend mit der Ableitung für den Abzug von verdampftem Kühlmittel verbunden.

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Die Zeichnungen zeigen "beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung.

Die Pig. 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe«'

Die Fig. 2 ist eine Aufsicht,

und Fig. J eine Seitenansicht dieser Pumpe,

Die Fig. 4- zeigt wieder-, im Schnitt eine etwas andere Ausf ührungs— form.

Nach der Fig. A enthält die Adsorptions-Vakuimn-Pumpe 1o eine das Adsorptionsmittel enthaltende Kammer 12, die sich innerhalb eines einwandigen gasdichten Gehäuses 14- befindet. Das Adsorptionsmaterial 15 wird durch ein flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise durch 'flüssigen Stickstoff, gekühlt, der durch Leitungen oder Rohre 16 fließt. Diese Rohre führen durGh das Bett aus Adsorptionsmaterial in der Kammer 12 zu einem unten angeordneten Verteiler ·2ο. Zur Regelung und Verteilung des flüssigen Kühlmittels ist ein Behälter. 1? oberhalb der Kammer 12 vorgesehen.

Aus einer- äußeren Quelle 11 gelangt das flüssige Kühlmittel --. durch die Leitung. 18 in den Behälter 1.7· Aus diesem fließt es durch das mittige Rohr 19 zu dem unten befindlichen Verteiler 2o. Durch die Rohre 16 steigt das Kühlmittel wieder aufwärts. Diese Rohre 16 können vergrößerte Oberflächen oder Flossen haben, die nicht abgebildet sind. In diesen Rohren verdampft ein Teil des Kühlmittels und kühlt dadurch das umgebende Adsorptionsmaterial v.-irksam und., gleichmäßig. Die Flüssigkeit läuft in diesem System um, während die durch Verdampfung entstehenden Gase aus dem Gasis'ium 21 des Behälters entweichen und durch die Dampfleitung 22 abgezogen v/erden. Das Bett des Adsorptionsmaterials wird vorzugsweise von den Leitungen 22 gehalten. Es befindet sich innerhalb

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eines Siebes 23. Genügender Zwischenraum ist vorgesehen, um einen ungehinderten Gaszutritt zu dem Adsorptionsmaterial durch den ringförmigen Raum 24 zu ermöglichen, der das Adsorptionsmaterial umgibtο 'Es kann ebenso ein mittig angeordneter Raum innerhalb des Bettes des Adsorptionsmaterials vorgesehen sein.

Beim Abkühlen des Adsorptionsmaterials entsteht in dem Raum 24 innerhalb des Gehäuses 14 ein Vakuum. Dieses isolierende Vakuum umgibt das gekühlte Adsorptionsmittel innerhalb der Kammer 12. Es entsteht also in dieser ein eigenes isolierendes Vakuum, so daß zum Isolieren ein doppelwandiges Gefäß mit einem evakuierten Zwischenraum nicht noti^endig ist.

Ein Strahlen reflektierender, wärmeleitender Schirm 25 aus Metall ist wärmeleitend verbunden mit der Ableitung 22 und wird daher wirksam gekühlt. Dieser Schirm ist vorzugsweise innerhalb des Raumes 24 angeordnet, um ein Einsickern von Wärme in die kalte Kammer zu verhindern oder zu verringern. Dadurch können die Kosten für den Betrieb der Pumpe erheblich herabgesetzt werden.

Im oberen Teil des Pumpengehäuses befindet sich ein Phasenscheider 28, durch welchen mitgerissenes flüssiges Kühlmittel abgetrennt werden kann. Dieser Phasenscheider besteht vorzugsweise · aus porösem zusammengepackten Material, welches die Strömungsgeschwindigkeit des entweichenden Gases herabsetzt und eine Kondensation und Abtrennung von flüssigen Tropfen bewirkte Selbstverständlich kann der Phasenscheider auch eine andere Form haben.

Der Behälter 17 dient zum gleichmäßigen Verteilen der Kühlflüssigkeit zu den Rohren 16. In ihm werden auch die entstehenden Dämpfe des Kühlmittels gesammelt, die durch die Leitungen 22 austreten. Diese Anordnung ermöglicht eine maximale Abkühlungs—

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geschwindigkeit, bei v/elcher keine Verluste an Kühlmittel durch mitgerissene Tröpfchen in der Leitung 22 auftreten. Es kann auch ein Fühler für den Stand des flüssigen Kühlmittels in dem Behälter vorgesehen sein, der nach der Abbildung aus einem Proberohr 29 besteht.

Eine nach diesen Grundsätzen gebaute Pumpe enthielt etwa 68 kg eines Zeolit-5A-Molekularsiebes in Form von etwa 1,6 mm großen Kügelchen. Mit Hilfe dieserVorrichtung konnten Räume mit einem

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Inhalt von 4,2 nr innerhalb von zwei Stunden vom Atmosphärendruck auf einen Druck von etwa Io Λ mm Hg evakuiert werden. Größere Räume können schnell evakuiert werden, wenn man mehrere solcher Pumpen gleichzeitig verwendet oder sie in Reihe hintereinander anordnet. Man kann auch ein Vorvakuum mittels einer üblichen Pumpe erzeugen, worauf dann die■ ■ erfindungsgemüßq4?umpe angeschlossen wird. Bessere Vakua von Io oder 1o mm Hg können erhalten werden, v/enn man den zu evakuierenden Raum vorher mit Stickstoff oder Kohlendioxid ausspült, um die Konzentration von Helium, Neon oder Wasserstoff herabzusetzen, die von den Molekularsieben bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs nur wenig adsorbiert werden.

Eine derartige Pumpe besteht beispielsweise aus einem zylindrischen Gehäuse von rostsicherem Stahl mit einem Durchmesser von etwa 5p cm und einer Höhe von etwa 125 om. Diese Pumpe ist mittels einer Leitung mit einem Durchmesser von 5o cm durch die Einlaßöffnung 3o mit dem zu evakuierenden Raum verbunden. Die Einlaßöffnung befindet sich im oberen Teil der Umhüllung 14 der Pumpe. Sie kann genügend lang aein, um eine Verbindung beispielsweise durch Schweißen zu ermöglichen. Alle Zuführungen für die Kühlflüssigkeit befinden sich ebenso im oberen Teil des Gehäuses, wie die Mg, 2 und 3 es zeigen. Das Adsorptionsmaterial wird durch die öffnung 3o zugeführt oder entfernt,

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In der Regel sind senkrecht angeordnete Rohre vorzuziehen. Die Leitungen können aber auch eine andere Stellung haben, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß das flüssige Kühlmittel gleichmäßig durch sie fließt₀

Ein Reaktivieren der Pumpe ist in Fig. 4 gezeigt. Aus einer äußeren Quelle 31 wird ein erwärmtes Gas durch die Leitung 4o und die Leitungen 16 geführt, wobei das Adsorptionsmaterial erwärmt wird. Gleichzeitig leitet man ein trockenes Spülgas aus " £)iner äußeren Quelle 41 durch die Leitung 42 und den Verteiler

durch das Bett 15 des Adsorptionsmaterials. Durch in gleichmäßigen Öffnungen befindliche Öffnungen 46 gelangt das Gas durch das adsorptionsmaterial und spült die beim Erwärmen freigesetzten Gase hinweg. Das Abgas kann aus der Kammer an ihrem oberen liinde durch die Leibung 48 abgezogen werden.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Adsorptions-Vakuum-Pumpe mit einem gasdichten Gehäuse, das mit dem zu evakuierenden Raum in Verbindung steht, mit einem in diesem Gehäuse angeordneten Bett eines festen Adsorptionsmaterials, mit einem über diesem Gehäuse angeordneten Behälter für ein flüssiges Kühlmittel mit einem Abzug für verdampftes Kühlmittel, und mit Leitungen für das flüssige Kühlmittel, die durch das Bett des Adsorptionsmaterüals führen und mit diesem in thermischem Austausch stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen für das flüssige Kühlmittel aus einer mittigen vom Boden des Behälters (1?) für das flüssige Kühlmittel durch das gasdichte Gehäuse (12) abwärts führenden Leitung (19), einem unterhalb des gasdichten Gehäuses (12) angeordneten Verteiler (2o), in welchen die Leitung (19) mündet, und mehreren aus dem Verteiler (2o) ausgehenden, durch das Bett des festen Adsorptionsmaterials (15) nach oben führenden Leitungen (16), die in den Behälter (1?) für das flüssige Kühlmittel münden, bestehen.

2. Adsorptions-Vakuum-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1?) für das flüssige Kühlmittel eine gesonderte Zuleitung (18) für· flüssigeKühlmittel und eine gesonderte Ableitung (22) für den Abzug von verdampftem Kühlmittel hat.

5„ Adsorptions-Vakuum-Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasraum des Behälters (17) für das flüssige Kühlmittel und der Ableitung (22) für den Abzug von verdampftem Kühlmittel ein Phasenscheider (28) angeordnet ist.

H-_t Adsorptions-Vakuum-Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Leitung (42) zum Einführen eines £pl?ases durch das Bett des festen Adsorptionsmaterial s--^:£i 5)·

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5. Adsorptions-Vakuum-Pumpe nach einem der Ansprüche T bis 4, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Strahlen reflektierende Schirme (25) zwischen dem Bett des festen Adsorptions materials (15) und der Wandung des gasdichten Gehäuses (12)

die wärmeleitend mit der Ableitung (22) für den Abzug von verdampftem Kühlmittel verbunden sind.

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