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Dampffänger für Vakuumpumpen Dampffänger, auch »Baffle« genannt, dienen
vor allem dazu, um Dämpfe an der Diffusion in einen evakuierten Raum zu verhindern,
und ,sie durch Unterkühlung zu kondensieren und festzuhalten, so daß sie nicht mehr
in den evakuierten Raum eindringen können.
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Vor allen Dingen werden solche Dampffänger benutzt bei ölbetriebenen
Dampfstrahl- oder Diffusionspumpen, bei denen selbst unter sorgfältigster Berücksichtigung
entsprechender Maßnahmen aber ohne einen solchen Dampffänger gewisse Dampfmengen
in den zu evakuierenden Raum eindringen. Dampffänger werden aber auch bei Rotationspumpen
mit Erfolg benutzt, denn bei diesen Pumpen werden die Öle meist nur nach ihren Schmiereigenschaften
ausgewählt und nicht danach, ob sie auch einen geringen Dampfdruck haben. Weiterhin
können Dampffänger benutzt werden, um das Eindringen von schädlichen Dämpfen in
vorgeschaltete Pumpen zu verhindern. So wird ein solcher Dampffänger mit Erfolg
dazu benutzt, um Quecksilberdämpfe aus einer Quecksilberhochvakuumpumpe nicht in
die ölbetriebenen Rotat.ionsvorpumpen eindringen zu lassen. Die Dampffänger werden
üblicherweise so ausgestaltet, daß sie geradlinig fliegende Dampfmoleküle nicht
hindurchlassen, also für einen Betrachter »undurchsichtig« erscheinen.
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Dampffänger sind in der Hochvakuumtechnik seit langem bekannt. Bei
dem Streben nach immer besserem Vakuum wurden sie in letzter Zeit nicht mehr nur
hei Zimmertemperatur oder der Temperatur des zur Kühlung benutzten Leitungswassers
betrieben, sondern mittels Kältemaschinen auf ziemlich niedrige Temperaturen, z.
B. auf -70° C, gekühlt. Für gewisse Zwecke ist eine solche Tiefkühlung, die mittels
einer Kältemaschine erreicht werden kann, sogar erforderlich. Die verwendetenKältemaschinen
sind dabei meist so gebaut, daß ein gasförmiges Kältemittel in einem Kompressor
auf höheren Druck gebracht oder in die flüssige Phase übergeführt wird, danach durch
einen Kühler oder »Kondensator« auf Zimmertemperatur oder die Temperatur des Leitungswassers
gekühlt und dann nach dem Entspannen einem- Apparateteil zugeführt wird, der zur
Kühlung dient und kurz »Verdampfer« ;genannt wird.
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Bisher wurden solche Einrichtungen in Verbindung mit einem Dampffänger
in der Weise benutzt, daß das vom Kompressor auf höheren Druck .gebrachte Kältemittel
in einem besonderen Luft- oder wassergekühlten Kühler- abgekühlt wird und danach
zum Kühlen der im Vakuum befindlichen Auffängerflächen dient, die mit dem Verdampfer
in enger, thermischer Berührung stehen. In vielen Fällen war eine solche Einrichtung
ausreichend. In anderen Fällen machte sich aber der Nachteil bemerkbar, daß der
unmittelbar z. B. auf eine geheizte Pumpe aufgesetzte und durch die Kühlmaschine
gekühlte Dampffänger deshalb eine schlechte Wirkung hatte, weil die Heizurig der
Pumpe zumindestens durch Wärmestrahlung auf den Dampffänger einwirkt. Dadurch wurden
die der Strahlung ausgesetzten Teile auf etwas höhere als die gewünschte Temperatur
aufgeheizt. Die Wirkung des Baffles war dementsprechend nicht ausreichend. Bei der
Kondensation der vorhandenen Dämpfe trat weiterhin in Erscheinung, daß die tiefgekühlten
Flächen durch leichtflüchtige Bestandteile bedeckt wurden und dickere Schichten
dieser Stoffe eine Kondensation von Dämpfen von außerdem vorhandenen weniger leichtflüchtigen
Stoffe verhinderten. So bedeckten sich beispielsweise die Auffängerflächen sehr
schnell mit dickeren Schichten von Wasser oder organischen Ölen und boten dann noch
vorhandenen Quecksilberdämpfen keine Möglichkeit mehr zu kondensieren. Die Dämpfe
solcher schwerer flüchtiger Stoffe mit geringerem Dampfdruck wurden durch die bisher
bekannten Dampffänger oft ungenügend beseitigt.
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Hier wird nun ein überraschend einfacher Weg zur Abhilfe für solche
tiefgekühlten Dampffänger vorgeschlagen, bei denen die Kompressionswärme des Kühlmittels
mit Hilfe eines flüss.igkeitdurchströmten Kühlers abgeführt wird.
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Er besteht darin, daß bei einem Dampffänger für Vakuumpumpen, bei
dem der Verdampfer eines Kühlaggregates benutzt wird, um die im Dampffänger angeordneten
Auffängerflächen auf niedriger Temperatur zu halten, und die Kompressionswärme des
Kühlaggregates in einem Kühler mit Hilfe einer kalten Flüssigkeit, vorzugsweise.
Wasser, abgeführt wird, außer den tiefgekühlten Auffängerflächen auch der
von
der kalten Flüssigkeit durchströmte Kühler in den Dampffänger eingebaut ist. Zweckmäßig
wird dieser Kühler zwischen die Dampfquelle, also beispielsweise die Vakuumpumpe
und den tiefgekühlten Auffängerflächen angeordnet, und so ausgestaltet, daß vor
allem die zur Dampfquelle hin gerichteten Wandflächen der Kühlerteile mit der kalten
Flüssigkeit in Berührung stehen. Der Kühler kann außerdem durch Auffangflächen.
zu einer zweiten Baffle ausgebildet werden, das sich auf nicht ganz so tiefer Temperatur
befindet, wie das Tieftemperaturbaffle.
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An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel einer solchen
Einrichtung beschrieben.
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Dabei zeigt Fig. 1 die bisher bekannte Schaltung eines Baffles mit
einer Kühlmaschine in schematischer Darstellung, Fig. 2 den Längsschnitt durch eine
Diffusionspumpe mit aufgesetztem Baffle nach der Erfindung, Fit-. 3 zwei Querschnitte
und den Kühlmittelkreislauf durch ein solches Baffle, und Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 ist als Dampfquelle eine Hochvakuum-Diffusionspumpe 1, deren
Treibmitteldämpfe zurückgehalten werden sollen, gezeichnet. Auf ihren oberen Verbindungsflansch
ist das Baffle 2 aufgesetzt, dem durch die Leitung 3 das tiefgekühlte Kühlmittel
zugeführt wird, während es durch die Leitung 4 von dem Kompressors abgesaugt wird.
Dieser Kompressor 5 bringt das Kühlmittel auf höheren Druck, wonach es durch die
Leitung 6 in den Kondensator oder Kühler 7 gefördert wird. Dieser Kühler wird vielfach
als Luftkühler ausgebaut; in der Zeichnung ist er jedoch als Wasserkühler dargestellt.
Das Kühlwasser wird durch die Leitung 8 zu- und durch die Leitung 9 abgeführt. Bei
dieser Schaltung ist das Baffle 2 unmittelbar der Strahlung der geheizten Pumpenteile
der Diffusionspumpe 1 ausgesetzt.
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In Fig.2 ist nun eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Der Bafflekörper 10 ist auf die Vakuumpumpe 1, ebenfalls eine Diffusionspumpe,
unmittelbar aufgesetzt. Das Baffle besteht aus dem üblichen Hochvakuumbaffle 11,
das hier als Fächerbaffle gezeichnet ist, mit den Kühlerleitungen 12, die von dem
Kühlmittel durchströmt werden. Dieses Kühlmittel wird nun durch die Leitung 13 in
den Kompressor 14 abgesaugt, dort auf höheren Druck gebracht und durch die Leitung
15 in den Kondensator oder Kühler 16 gefördert. Dieser Kondensator 16 besteht aus
doppelwandigen Rohren 17, deren inneres Rohr 18 von dem Kühlmittel, während der
Mantelraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr vom Kühlwasser durchströmt
wird, das durch den Rohrstutzen 19 abläuft und durch den in Fig. 2 nicht sichtbaren
Rohrstutzen 20 zugeführt wird. Die doppelwandigen Rohre 17 können auch mit Kühlflächen
21 versehen sein, die in. bekannter Weise so angeordnet sind, daß sie »undurchsichtig«
sind.
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Die Fig. 3 zeigt zwei Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Baffle
nach Fig. 2. Im oberen Teil der Figur ist der Schnitt I-I in Höhe des tiefgekühlten
Baffles 11 dargestellt, während im unteren Teil der Schnitt II-II in Höhe des Kühlers
oder Kondensators 16 dargestellt ist. In beiden Figuren sind die eigentlichen Kühlflächen
fortgelassen worden; um den Kreislauf des Kühlmittels und die prinzipielle Anordnung
zu zeigen. Die Rohre 12 laufen sternförmig, da die Kühlflächen des Fächerbaffles
in Fig. 2 in dieser Weise angeordnet sind; sie werden von dem entspannten und: dadurch
tiefgekühlten Kühlmittel durchströmt, das durch das Rohr 13 von dem Kompressor 14
abgesaugt wird. Es gelangt dann durch das Rohr 15 in das Innere der Rohre 17, und
zwar im Gegenstrom zu dem Kühlwasser, das im äußeren Rohr fließt und durch den Rohrstutzen
20 zugeführt und den Rohrstutzen 19 abgeführt wird. Vom Ende des Kühlers 16 gelangt
das gekühlte und noch komprimierte Kühlmittel durch die schematisch gezeichnete
Verbindungsleitung 22 zu dem Anfang 23 der Rohre 12 des Tieftemperaturbaffles.
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Der Vorteil einer solchen Einrichtung ist, daß die strahlende Wärme,
die von den geheizten Teilen der Diffusionspumpe 1 ausgeht, durch die Kühlflächen
21 und die Rohre 17 aufgefangen und durch das Kühlwasser abgeführt wird. Hier kondensieren
aber auch alle leichtkondensierbarenBestandteile des rückdiffundierenden Dampfes,
so daß in den Zwischenraum zwischen dem unteren Baffle 16 und dem oberen Baffle
11 nur noch hochsiedende Bestandteile gelangen, die dadurch sehr viel ungestörter
kondensieren können. Diese Anordnung hat durch ihre Doppelstufigkeit eine besonders
gute Wirkung Das Tieftemperaturbaffle 11 wird nicht oder nur wenig durch leichtflüchtige
Stoffe verunreinigt, die sich auf dem unteren Baffle 16 niederschlagen und also
nicht mehr die Kondensation höhersiedender Stoffe auf dem Tieftemperaturbaffle 11
verhindern können.
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Als Kompressor 14 für das Kühlmittel wird die übliche vollständig
hermetisch abgeschlossene Bauart benutzt.
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Im weiteren Ausbau der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
diesen Kompressor unmittelbar in das Baffle selbst einzubauen. Eine solche Bauweise
wird in Fig. 4 gezeigt, deren Bezeichnungen mit denen der anderen, Figuren übereinstimmen.
Diese Bauweise hat den großen Vorteil, daß das Baffle als volle Einheit zusammen
mit der Kühlmaschine ein- und ausgebaut werden kann und nur noch an die Wasser-
und Stromzuführungen angeschlossen werden muß.
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Die Handhabung ist einfach, und die Wirkung des Baffles wird dadurch
nicht beeinträchtigt. Diese letztere sehr vorteilhafte Bauart ist besonders günstig
dann, wenn.das@Baffle in Leitungen mit großemDurchgangsquerschnitt eingebaut wird,
bei -denen der kleine Querschnitt, den, der Kompressor 14 einnimmt, keine Rolle
mehr spielt. Diese erfindungsgemäße Bauart hat auch den Vorteil, daß der Kreislauf
für das tiefgekühlte Kühlmittel völlig innerhalb des evakuierten Innenraumes des.
Baffles verläuft, seine Rohrleitungen nicht mehr durch die auf Zimmertemperatur
befindliche und gut wärmeleitende Wandung hindurchgeführt wird. Dadurch werden einerseits
beträchtliche Energieverluste vermieden und die Durchführungsstellen, mit ihren
starken Temperaturbeanspruchungen vermieden.
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Vor allem beansprucht diese letztere Ausführung aber keinen Raum außerhalb
der vorhandenen Va kuumleitungen, denn die bisher separat aufgestellte Kältemaschine
und der Kondensator befinden sich erfindungsgemäß innerhalb des Baffles. Da insbesondere
bei Vakuumanlagen häufig sehr wenig Raum zur Verfügung steht, bedeutet die vorgeschlagene
Anordnung einen wesentlichen Fortschritt. Da die .ganzen notwendigen Teile der Einrichtung
auf kleinstem Raum zu einer Einheit vereinigt sind, wird außer dem erforderlichen
Raum auch derArbeitsaufwand bei der Montage wesentlich verringert.
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Der häufigste Anwendungsfall eines Baffles ist der Schutz eines evakuierten
Rezipienten vor eindringenden Treibmitteldämpfen der verwendeten Hochiakuum
-Diffus.ionspumpen.
Hier liegt nicht der in der Kältetechnik üblicheFall vor, daß einRaum und das in
ihm befindliche Gut auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden soll und eine
bestimmte, von der Wärmeisolation abhängige Kälteleistung zur Verfügung stehen muß.
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Hier kommt es vielmehr nur auf die Endtemperatur der Auffängerflächen,
also auf die des Verdampfers an. Da mit abnehmender Verdampfertemperatur die Kälteleistung
stark zurückgeht, ist es sehr wichtig, dem Verdampfer möglichst wenig Wärme zuzuführen.
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So bewirkt der Schutz des tiefgekühlten Baffles 11 vor der Wärmestrahlung,
die von der Pumpe 1 ausgeht und von dem wassergekühlten Kondensator und gleichzeitigen
Ölfänger 16 abgeführt wird, eine fühlbare Erniedrigung -der Endtemperatur. In demselben
Sinn wirkt die an sich bekannte Verwendung eines wassergekühlten Kondensators an
Stelle des ebenfalls bekannten, aber häufiger benutzten luftgekühlten Kondensatoms.
Alle vorgeschlagenen Maßnahmen haben nur und erreichen auch in überraschender Weise
.das Ziel, die Endtemperatur des Tieftemperaturbaffles zu erniedrigen und dadurch
eine nach größere Dampffreiheit des Vakuums zu erreichen.