DE1009351B

DE1009351B - Multi-stage diffusion pump

Info

Publication number: DE1009351B
Application number: DEO4214A
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Franceschini
Original assignee: GALILEO OFF SpA; Officine Galileo SpA
Current assignee: GALILEO OFF SpA; Officine Galileo SpA
Priority date: 1954-04-10
Filing date: 1955-04-09
Publication date: 1957-05-29

Description

Mehrstufige Diffusionspumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Diffusionspumpe für hohes Vakuum. Vom den bekannten mehrstufigen Diffusionspumpen, insbesondere derjenigen Ausführung, welche aus drei unabhängigen Aggregaten besteht, deren Ejektoren nicht parallel geschaltet sind und bei der in jeder der drei aufeinanderfolgenden Stufen verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden, unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß mehrere in einem einzigen Raum vorgesehene parallel geschaltete Ejektoren die erste Stufe bilden und daß diese Ejektoren mit zugehörigen Trenn- und Kondensierungsvorrichtungen sowie einer als Zusatzaggregat dienenden Diffusionspumpe in einer einzigen Kammer vereinigt sind und Für alle Stufen die gleiche, in der Kammer vorgesehene Flüssigkeit mit niedriger Dampfspannung als Arbeitsmittel verwendet ist.Multistage Diffusion Pump The invention relates to a multistage Diffusion pump for high vacuum. From the well-known multi-stage diffusion pumps, in particular the version that consists of three independent units, whose ejectors are not connected in parallel and in each of the three consecutive When different liquids are used, the invention differs in that several parallel-connected ejectors are provided in a single room form the first stage and that these ejectors with associated separation and condensation devices as well as a diffusion pump serving as an additional unit in a single chamber are combined and the same liquid provided in the chamber for all stages with a low vapor tension is used as a working medium.

Durch eine derartige Ausbildung wird gegenüber anderen Diffusionspumpen bei gleicher Fördermenge eine bessere Leistung bei geringerer Raumbeanspruchung erreicht. Diese Eigenschaften beruhen im wesentlichen darauf, daß die Trenn- und Kondensationsvorrichtungen wirksamer arbeiten und besser verteilt sind als bisher. So werden in der ersten Stufe die ausströmenden Öldämpfe in mehrere Strahlen unterteilt und ist eine Kondensationsvorrichtung mit größerer Wärmeaustausahfläche vorgesehen. Durch diese vermehrte Strahlenzahl wird bei gleicher Gesamtfördermenge die Kammer der ersten Stufe niedriger, als wenn nur ein einziger Strahl vorhanden ist. Außerdem wird durch die Unterteilung in mehrere Strahlen eine bessere Verteilung bewirkt, wodurch in Verbindung mit -der großen Wärmeaustauschfläcrhe der Kondensationsvorrichtung die dynamische Wirkung des Öldampfes auf die Gasmoleküle wegen der großen Dampfdichte aktiver und besser gerichtet ist. Außerdem ist,die Kondensation des Öls aus den Dämpfen vollständiger. Ferner befindet sich zwischen der ersten und den beiden anderen Stufen ein Wärmeschutz, so daß die Temperatur des Bodens der Kammer der ersten Stufe so niedrig wie möglich bleibt und diejenige des darunterliegenden Daches der Kammer der zweiten Stufe auf das bei der üblichen Arbeitsweise notwendige Maß gehalten werden kann, ohne daß übermäßige Verluste durch Strahlung auftreten.Such a design is compared to other diffusion pumps with the same delivery rate, a better performance with less space requirement achieved. These properties are based essentially on the fact that the separation and Condensation devices work more efficiently and are better distributed than before. In the first stage, the escaping oil vapors are divided into several jets and a condensation device with a larger heat exchange area is provided. Due to this increased number of beams, the chamber becomes the same with the same total flow rate the first stage is lower than when there is only a single jet. aside from that the subdivision into several beams results in a better distribution, whereby in connection with -the large heat exchange surface of the condensation device the dynamic effect of the oil vapor on the gas molecules because of the high vapor density is more active and better directed. In addition, the condensation of the oil from the Steam more completely. It is also located between the first and the other two Stages a thermal protector, so that the temperature of the bottom of the chamber of the first stage remains as low as possible and that of the underlying roof of the chamber the second stage is kept to the level necessary in the usual way of working without excessive radiation losses.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die dritte Stufe wesentlich niedriger ist als bisher, da die Kondensationsvorrichtung eine große Oberfläche hat. Die drei Stufen können unabhängig voneinander erwärmt werden, wodurch eine Regelung möglich ist und ihre Wirkungen aufeinander abgestimmt werden können. Hierzu kommt die Möglichkeit, die Temperaturhöhe abzustufen. Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung schematisch und schaubildlich, teils in der Ansicht, teils im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles der neuen Dnffu(sionspumpe.Another advantage of the invention is that the third stage is much lower than before, because the condensation device is a large Surface has. The three stages can be heated independently, which means regulation is possible and their effects can be coordinated. In addition, there is the possibility of graduating the temperature level. More details of the invention emerge from the following description of the schematic in the drawing and the embodiment shown diagrammatically, partly in view, partly in longitudinal section the new dnffu (sion pump.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel tritt die aus dem zu evakuierenden Rauar abzusaugende Luft in der von den Pfeilen a angegebenen Richtung durch einen Kondensator 1 und sodann in eine Kau imzer mit -einer Batterie von Ejektoren 2 und 3 ein, von denen die ersteren mittels besonderer Muffen an die zentrale Leitung 4 angeschlossen sind, in deren Innerm die Zuführung _ der aus der Kaminer 5 kommenden Öldämpfe erfolgt, die mittels der Heizvorrichtung 6 verdampft worden sind, während der zweite Ejektor 3 ringförmig ist und die Leitung 4 umgibt, wobei seine Achse mit der Achse der Leitung 4 zusammenfällt. In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel sind fünf solcher Ejektoren 2 vorgesehen. Je nach der verlangten Fördermenge kann auch eine andere Zahl vorgesehen sein. Die Ejektoren 2 sind vorteilhaft in Form einer Windrose angeordnet, achsensymmetrisch um die Zentralleitung 4 und in entsprechender Entfernung von dieser. Die von diesen Ejektoren austretenden Strahlen haben untereinander und zur Achse der Leitung 4 parallele Achsen. Diese Strahlen sind nach dem unteren Teil der Kammer gerichtet, gegen .den Teller 8 oder mit passend abgemessener Winkelöffnung, die durch besondere Ablenker 7 bestimmt wird, gegen das Zusatzaggregat. Die Kondensierung der Öldämpfe erfolgt auf der Oberfläche -der Wand 9 der Kammer: Diese Wand wird durch eine-Flüssigkeit; die von 10 nach 11 in dem Zwischenraum 12 zirkuliert, gekühlt, wobei dieser Zwischenraum 12 durch die Wand 9 und die äußere Hülle 13 der Pumpe gebildet ist. Außerdem erfolgt-,die Kondensation noch längs der Wände der Zwischenstücke 14, die aus Platten bestehen, die senkrecht und radial zwischen den einzelnen Strahlen angeordnet sind, so daß sie zu diesen stets symmetrisch liegen. -Die Zwischenstücke, die aus gut wärmeleitendem Material bestehen, werden an ihrem unteren Teil mittels einer Kühlflüssigkeit, die durch den Anschluß 15' einer Rohrleitung 15 zugeführt und durch -den Anschluß 15" abgeführt wird, gekühlt. Von dem auf diese Weise kondensierten Öl fließt ein Teil längs der inneren Fläche der Wand 9 der Kammer ab, während ein Teil längs der Zwischenstücke 14 fließt, von der Rinne 16 gesammelt -und unten durch die Abtropfschalen. 17 abgeleitet wird. -Die restliche Luft von großem Volumen und geringem Druck, die durch die dynamische Wirkung des Öldampfes nach unten gedrückt wird, gelangt so in den Bereich der zweiten Stufe, die zu dem Zusatzaggregat gehört. Die Dämpfe des in der Kammer 18 durch die Heizvorrichtung 19 erwärmten Öls treten durch den ringförmigen Ejektor 20 aus, wobei sich der Strahl nachher auf der gekühlten Wand 9 kondensiert, während die restliche Luft, die auf ein mittleres Volumen durch Erhöhung des Druckes reduziert ist, in den Bereich der dritten Stufe eintritt, in der der ringförmige Strahl 21 der in der koaxialen Kammer 22 durch die Heizeinrichtung 23 erwärmten Öldämpfe spielt. Dieser Strahl kommt mit dem Kondensator 24 in Berührung, der ebenfalls ringförmig mit großer Oberfläche ausgebildet ist, .und der durch Flüssigkeit, die durch die Leitung 25 zugeführt und durch die Leitung 26 abgeführt wird, intensiv gekühlt wird. Aus der Kammer dieses Kondensators geht die Restluft, die endlich das kleinste Volumen bei größtem Druck erreicht hat, durch die Leitung 27 in die Vorvakuumpumpe, die in !der Abbildung nicht angegeben ist.In the example shown in the drawing, the air to be evacuated from the Rauar to be evacuated occurs in the direction indicated by the arrows a through a capacitor 1 and then in a Kau imzer with a battery of ejectors 2 and 3, of which the former by means of special sleeves are connected to the central line 4, inside the supply of the oil vapors coming from the chimney 5, which have been evaporated by the heating device 6, while the second ejector 3 is annular and surrounds the line 4, with its axis coincides with the axis of the line 4. In the example shown in the drawing, five such ejectors 2 are provided. A different number can also be provided depending on the required delivery rate. The ejectors 2 are advantageously arranged in the form of a wind rose, axially symmetrical around the central line 4 and at a corresponding distance therefrom. The jets emerging from these ejectors have axes parallel to one another and to the axis of the line 4. These rays are directed towards the lower part of the chamber, against .den plate 8 or with a suitably measured angular opening, which is determined by special deflector 7, against the additional unit. The condensation of the oil vapors takes place on the surface -the wall 9 of the chamber: this wall is surrounded by a-liquid; which circulates from 10 to 11 in the space 12, is cooled, this space 12 being formed by the wall 9 and the outer shell 13 of the pump. In addition, the condensation takes place along the walls of the intermediate pieces 14, which consist of plates which are arranged vertically and radially between the individual beams so that they are always symmetrical to these. The intermediate pieces, which are made of a material that conducts heat well, are cooled at their lower part by means of a cooling liquid which is fed through the connection 15 'of a pipe 15 and discharged through the connection 15 ". From the oil condensed in this way flows a part along the inner surface of the wall 9 of the chamber, while a part flows along the intermediate pieces 14, collected by the channel 16 -and is discharged below through the drip trays 17. -The remaining air of large volume and low pressure, the is pressed downwards by the dynamic action of the oil vapor, it reaches the area of the second stage, which belongs to the additional unit The jet subsequently condenses on the cooled wall 9, while the remaining air, which has been reduced to a medium volume by increasing the pressure, enters the area de The third stage occurs, in which the annular jet 21 of the oil vapors heated in the coaxial chamber 22 by the heating device 23 plays. This jet comes into contact with the condenser 24, which is also designed in the shape of a ring with a large surface, and which is intensively cooled by the liquid that is supplied through the line 25 and discharged through the line 26. From the chamber of this condenser, the residual air, which has finally reached the smallest volume at the highest pressure, goes through line 27 into the backing pump, which is not shown in the figure.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, üben bei dieser Pumpe, insbesondere in der ersten und der dritten Stufe, sämtliche Vorrichtungen für die Kondensierung der Öldämpfe und die besondere Anordnung der Strahlen einen besonderen Einfluß auf die einseitige Richtung der Gasmoleküle aus, die aus .der abzusaugenden Kammer in den Wirkungsbereich der Vorvakuumpunlpe gelangen.As can be seen from the description, practice with this pump, in particular in the first and third stage, all the devices for condensing the oil vapors and the special arrangement of the jets have a particular influence the unidirectional direction of the gas molecules coming out of the chamber to be suctioned into reach the effective area of the Vorvakuumpunlpe.

Wenn man bei der Pumpe die Vorrichtung der ersten Stufe für die durch die Ejektoren 2 und 3 ausgestoßenen Öldämpfe betrachtet, kann ein Teil sich stets in elementarer Unordnung nach oben richten, aber seine dynamisch negative Wirkung in bezug auf die Diffusionsrichtung der Gasmoleküle tritt nur auf einer kurzen Strecke- auf, da die Entfernung des Kondensators 1 von den Ejekto-ren 2 und 3 gering ist.If you have the device of the first stage for the through at the pump Looking at the ejectors 2 and 3 emitted oil vapors, a part can always be face upwards in elemental disorder, but its dynamically negative effect in relation to the direction of diffusion of the gas molecules occurs only over a short distance because the distance of the condenser 1 from the ejectors 2 and 3 is small.

Um zu verhindern, daß kondensierte Oltropfen aus dem Kondensator 1 auf die Außenwand der Ablenker 7 fallen, was bei der verhältnismäßig hohen Temperatur dieser letzteren infolge Wiederverdampfens des Öls eine Herabsetzung der Leistung der Pumpe bewirken würde, stehen über diesen Ablenkern 7 und ihren entsprechenden Rohrleitungen ein Deckel 28 sowie ein Schutzstreifen, der mit diesem Deckel verbunden ist, vor. Diese Schutzeinrichtungen werden in solcher Entfernung angebracht, daß der obenerwähnte Nachteil -der Wiederverdampfung nicht möglich ist. Die radial in der Kammer der ersten Stufe vorgesehenen Elemente, die untereinander symmetrisch angeordnet sind und die verschiedenen Strahlen teilen - in dem Beispiel sind fünf Zwischenstücke vorgesehen -, werden absichtlich an ihrer untersten Basis abgekühlt, denn eine gleichförmige Abkühlung würde nachteilig auf die dynamische Wirkung des geförderten Volumens einwirken.To prevent condensed oil droplets from flowing out of the condenser 1 fall on the outer wall of the deflector 7, which at the relatively high temperature the latter result in a reduction in performance due to re-evaporation of the oil the pump would cause stand over these deflectors 7 and their respective ones Pipelines a cover 28 and a protective strip connected to this cover is before. These protective devices are installed at such a distance that the disadvantage mentioned above - re-evaporation is not possible. The radial in the chamber of the first stage provided elements symmetrical to each other arranged and dividing the different beams - in the example there are five Intermediate pieces provided - are intentionally cooled at their lowest base, because uniform cooling would be detrimental to the dynamic effect of the act on the promoted volume.

Um zu verhindern, daß die Abschirmung zwischen der ersten und der zweiten Stufe sich durch den Einfluß der Strahlungen, .die von dem darunter befindlichen Ablenker 2b' aus der zweiten Stufe kommen, erwärmt, und umgekehrt, daß dieser Schirm, der stark abgekühlt wird, um die Kondensationen in der Zone der ersten Stufe zu erleichtern, den darunter befindlichen Ablenker 20' abkühlt, ist eine Mehrzahl von Schirmen vorgesehen, um die Stufen gegen die gegenseitige Beeinflussung durch thermische Ausstrahlungen zu schützen, also thermisch zu isolieren.To prevent the shield between the first and the the second stage through the influence of the radiations, .that from the one below Deflector 2b 'come from the second stage, heated, and vice versa, that this screen, which is strongly cooled in order to reduce the condensation in the zone of the first stage facilitate, the underlying deflector 20 'cools, is a plurality of Shields provided to protect the stages against mutual interference by thermal To protect radiations, i.e. to thermally isolate them.

Als Variante zu, der in der Zeichnung dargestellten Anordnung, in der dieses Diaphragma aus einem Aggregat von übereinanderliegenden Schirmen 8, 29 besteht, kann das erste Element 8 dieser unter den Zwischenstücken 14 der Strahlen befindlichen Abschirmvorrichtung auch durch ein vorteilhafterweise ringförmiges Element ersetzt werden, das mit einem Zwischenraum versehen ist, in dem eine Kühlflüssigkeit umläuft. Dieser ringförmige Schirm ist koaxial zu der Leitung 4 mit dem inneren Randdes Ringes in geeigneter Entfernung von dieser angebracht.As a variant of the arrangement shown in the drawing, in of this diaphragm from an aggregate of superimposed screens 8, 29 consists, the first element 8 of this can be found under the spacers 14 of the beams Located shielding device also by an advantageously ring-shaped Element are replaced, which is provided with a space in which a cooling liquid running around. This annular screen is coaxial with the line 4 with the inner one Edge of the ring attached at a suitable distance from this.

Bei -dieser Anordnung könnte die umlaufende Flüssigkeit in diesem gekühlten Diaphragma zwangläufig mit der für die Zwischenstücke 14 zwischen den Strahlen in Verbindung stehen, oder diese Elemente könnten durch die Wände des Diaphragmas abgekühlt werden, indem diese Zwischenstücke in entsprechender Weise mit diesem letzteren in Berührung gebracht werden oder in demselben eingefügt sind.With this arrangement, the circulating liquid could in this cooled diaphragm inevitably with that for the intermediate pieces 14 between the Rays communicating, or these elements could pass through the walls of the diaphragm be cooled by these spacers in a corresponding manner with this the latter are brought into contact or are inserted into the same.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Diffusion pump for high vacuum with multiple Steps, characterized in that several provided in a single room, ejectors (2, 3) connected in parallel form the first stage and that these ejectors with associated separating and condensing devices and one as an additional unit serving diffusion pump are combined in a single chamber and for all stages the same liquid glass with low vapor tension provided in the chamber as Work equipment is used.

2. Diffusion pump according to claim 1, characterized in that that the ejectors (2) in the form of an axially symmetrically arranged wind rose around a central line (4) are arranged and by means of sleeves with the interior of this line are connected in such a way that the provided in a .der base of this line Chamber heated oil vapors emerge from these ejectors, taking them against the auxiliary unit Form directed beams with axes parallel to each other and to the line (4) whose angular range is determined by the deflector (7).

3. Diffusion pump according to claim 1 or 2, characterized by a further ring-shaped ejector (3), which the Line (4) surrounds and whose.Axemitiderder.line (4) coincides.

4. Diffusion pump according to claim 1 to 3, characterized in that .that the ejectors (2, 3) receive Chambers by radially extending arranged between the ejector jets flat walls, which consist of panels made of thermally highly conductive material, divided are, the plates by means of a cooling liquid guided in a line are coolable.

5. Diffusion pump according to claim 1 to 4, wherein the condenser is mounted at the entrance to the pump, characterized in that the condenser (1) is arranged in a plane above the group v of ejectors.

6. Diffusion pump according to claim 1 to 5, characterized in that each ejector has a, us one Lid (28) has existing Schutzvo@r.richtung that allows condensed water to drip off Prevents working media on the walls of the ejector or on the deflector (7).

7th Diffusion pump according to claim 1 to 6, characterized in that between the the ejectors receiving part of the chamber and the additional unit one or more Shields (8, 29) protecting against heat radiation are provided. B.

Diffusion pump according to claims 1 to 7, characterized in that the part of the chamber, .der den from the additional unit to the Vorvakuumpu.mpe stop leading from a wall is surrounded, by means of a cooling liquid flow, which is separated from the other cooling liquid flows the diffusion pump is independent, can be cooled.

9. Diffusion pump according to claim 1 to 8, characterized in that the heating devices (6, 19, 23) for the ejectors and are arranged for the additional unit independently and so that the coaxial heating chambers heated by them for the working medium on various Temperature can be heated.

10. Diffusion pump according to claim 1 to 9, characterized in that the bottom of the ejector-receiving chamber made up of an annular diaphragm consists, in the double bottom of which a cooling liquid circulates, which acts as a diaphragm formed screen as a support for the partition walls (14) between the ejector beams serves. References considered: British Patent No. 513 586.