(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散ポンプ、特にエネルギー効率が良い拡散ポンプであって、
ハウジングと、
該ハウジングに連結されている沸騰室と、
該沸騰室の領域に配置されている加熱要素と、
前記ハウジング内に配置されて、前記沸騰室に連結されているノズルと、
該ノズルの領域内の前記ハウジングの内面に配置されている凝縮装置と、
該凝縮装置の領域内に配置されて、前記凝縮装置を冷却するように構成されている冷却システムと
を備えており、
前記凝縮装置からの熱が前記加熱要素に供給されるように、前記凝縮装置の前記冷却システムはヒートポンプを介して前記加熱要素に連結されていることを特徴とする拡散ポンプ。
【請求項２】
前記凝縮装置の前記冷却システムを調整するための凝縮装置冷却システム調整器に連結されて、前記凝縮装置の温度を測定する温度測定デバイスが設けられているか、及び／又は
前記加熱要素の熱出力を送出状況に合わせるよう調節するために、前記加熱要素に連結された加熱要素調整器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の拡散ポンプ。
【請求項３】
前記沸騰室は、特に環境から完全に熱的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の拡散ポンプ。
【請求項４】
前記ノズルから軸方向に間隔を置いて配置された防湿体を更に備えており、該防湿体は、前記凝縮装置の前記冷却システムから独立して防湿体冷却システムを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項５】
前記防湿体と前記凝縮装置との温度差が大きく、特に20℃より大きいことを特徴とする請求項４に記載の拡散ポンプ。
【請求項６】
前記防湿体及び前記凝縮装置の高真空側領域の温度が20℃〜30℃であることを特徴とする請求項４に記載の拡散ポンプ。
【請求項７】
前記防湿体は、少なくとも部分的に水冷却システムであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項８】
前記ノズルと前記沸騰室との間に配置された前段真空分岐部を更に備えており、該前段真空分岐部は冷却システムを有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項９】
前記前段真空分岐部の前記冷却システムは前記凝縮装置の前記冷却システムから独立していることを特徴とする請求項８に記載の拡散ポンプ。
【請求項１０】
前記前段真空分岐部の前記冷却システムは、少なくとも部分的に水冷却システムであることを特徴とする請求項８又は９に記載の拡散ポンプ。
【請求項１１】
前記凝縮装置の前記冷却システムを調整するための凝縮装置冷却システム調整器が設けられており、サーモスタットバルブを有していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１２】
前記凝縮装置冷却システム調整器は緊急手段を有しており、該緊急手段は、特に前記サーモスタットバルブのバイパスによって前記凝縮装置の最小限の冷却を保証することを特徴とする請求項１１に記載の拡散ポンプ。
【請求項１３】
前記ヒートポンプの蒸発装置が前記凝縮装置の冷却システムに連結されており、前記ヒートポンプの凝縮装置が前記加熱要素に連結されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１４】
前記ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプ又は吸収式ヒートポンプとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１５】
前記凝縮装置の前記冷却システムは、水冷却システム及びヒートポンプの両方によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１６】
前記凝縮装置の高真空側領域に水冷却システムが設けられており、前記加熱要素の方向に隣り合う前記凝縮装置の領域が前記ヒートポンプに連結されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１７】
前記ヒートポンプは多段式に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の拡散ポンプ。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか一項に係る拡散ポンプを制御する方法であって、
前記加熱要素の温度を、送出処理中に特に使用される作動流体の沸点範囲の上限値に調節し、
前記加熱要素の温度を送出処理間に、使用される作動流体の沸点範囲の下限値未満に下げることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記凝縮装置の温度を測定して、前記凝縮装置の前記冷却システムを、測定された前記凝縮装置の温度に応じて凝縮装置冷却システム調整器によって制御することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記凝縮装置冷却システム調整器は、前記凝縮装置の温度を常に作動流体の凝縮温度未満に維持し、前記作動流体の蒸気圧が前記拡散ポンプの作動圧力より常に小さいことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱要素の温度を、送出処理中に前記拡散ポンプの必要な吸引能力に合わせるよう調節することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記加熱要素の温度を下げている間に、前記凝縮装置の温度を同時的に調節することを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の拡散ポンプは、加熱要素が配置されている沸騰室を備えている。加熱要素を用いて作動流体を蒸発させる。従来の拡散ポンプは沸騰室に直接隣接しているハウジングを備えている。ハウジング内にノズルが配置されている。作動流体の蒸気が沸騰室からノズルに上昇し、ノズルによって逸れて傘状の蒸気の流れを形成し、拡散するガス分子を運ぶ。次に、作動流体の蒸気を凝縮装置によって再度凝縮する。凝縮された作動流体は沸騰室に戻る。運ばれたガスは、前段真空分岐部に連結されている真空ポンプによって排出される。この処理によって、真空室に真空が生じるようにガスが真空室から除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第4566861 号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
拡散ポンプに適用される拡散処理は高いエネルギー消費を伴う。まず、作動流体は沸騰処理及び／又は蒸発処理のために高温に設定されなければならない。高温の設定は、通常電熱エネルギーを用いて行われる。しかしながら、作動流体の蒸気を再度凝縮しなければならない。このため、導入された熱を再度放散させなければならない。放散した熱は、全処理から取り除かれる損失エネルギーである。
【０００５】
更に、公知の拡散ポンプの拡散処理は調整されずに行われ、つまり、加熱要素は作動流体を予め設定された（温度）値に加熱する。そのため、この予め設定された温度は一定に保たれる。更に、作動流体が蒸発して熱分解されないことを保証しなければならないことを除いて、設定温度はあらゆるより高い要件を満たす必要がない。更に公知の拡散ポンプは調整されずに冷却されるため、最大限の冷却が選択される。加熱要素が調整されない場合、必要ではない熱を更なる冷却によって放散させなければならない。
【０００６】
従って、公知の拡散ポンプはエネルギー効率が悪く、不必要に高いエネルギー消費が特徴である。
【０００７】
本発明は、エネルギー消費を減少させる拡散ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的は、請求項１に係る拡散ポンプと請求項１７及び１８に係る方法とを用いて達成される。
【０００９】
本発明に係る拡散ポンプ、特にエネルギー効率が良い拡散ポンプはハウジングを備えている。ハウジングは沸騰室に連結されており、沸騰室の領域に加熱要素が配置されている。沸騰室内の加熱要素を用いて作動流体を蒸発させる。ハウジング内に、沸騰室に連結されているノズルが配置されている。従って、沸騰室からの作動流体の蒸気がノズルに移動してノズルを通って流出する。ハウジングの内面のノズルの領域に凝縮装置が配置されている。更に、凝縮装置を冷却するための冷却システムが凝縮装置の領域に配置されている。ノズルから流出する作動流体の蒸気が凝縮装置に移動してノズルで凝縮する。凝縮した作動流体は、拡散ポンプの沸騰室内に再度移動する。特にハウジングは、拡散ポンプによって排出される真空室に連結されている。
【００１０】
本発明によれば、沸騰室は、隔離体によってハウジングから、特に凝縮装置から熱的に隔離されている。沸騰室内の温度が凝縮装置の温度よりかなり高いので、隔離体は、沸騰室内で加熱要素によって生じる熱が凝縮装置に移されることを防止する。隔離体が設けられていない場合に沸騰室から凝縮装置に移される熱は、凝縮装置の一定の温度を保証すべく凝縮装置の冷却システムを介して放散しなければならない。従って、凝縮装置の冷却システムに関する要求がより高くなる。加えて、放散した熱は作動流体の加熱に利用できなくなるため、放散した熱は損失エネルギーになる。このため、沸騰室から凝縮装置に熱が移され得ないように、隔離体は低い熱伝導率によって特に特徴付けられる。従って、加熱要素のエネルギー消費及び凝縮装置の冷却システムに関する要求の両方が低くなる。
【００１１】
或いは又は更に、本発明に係る拡散ポンプの凝縮装置の冷却システムは、水冷却システムとして少なくとも部分的に構成されている。ここで、凝縮装置で生じる凝縮熱は水冷却システムによって放散する。
【００１２】
或いは又は更に、本発明に係る拡散ポンプの凝縮装置の冷却システムは、加熱要素にヒートポンプを介して連結されている。従って、作動流体の蒸気の凝縮により凝縮装置で生じる熱が加熱要素に運ばれるため、運ばれた熱が作動流体の蒸発に使用され得る。ヒートポンプによって、凝縮装置により処理から取り除かれなければならい熱エネルギーが、加熱要素による送出処理に供給され得る。従って、処理の放散損失がかなり減少するため、加熱要素に必要なエネルギー及び凝縮装置の冷却システムに関する要求の両方が低くなり得る。特に凝縮装置の冷却システムが水冷却システムである場合、凝縮装置の冷却に必要な水の量が、ヒートポンプを設けることにより減少し得る。
【００１３】
或いは又は更に、本発明に係る拡散ポンプは、凝縮装置の温度を測定する温度測定デバイスを備えており、温度測定デバイスは、凝縮装置の冷却システムを調整するための凝縮装置冷却システム調整器に連結されている。従って、凝縮装置の冷却が要件に合わせるよう個々に調節され得る。ここで、凝縮装置の温度を可能な限り低い温度まで低下させる必要がなくなる。凝縮装置の冷却システムの調整及び凝縮装置の所要の温度への関連する調節により、エネルギー、特に凝縮装置を冷却するためのエネルギーが更に削減され得る。凝縮装置の冷却システムが水冷却システムである場合、温度測定デバイスと温度測定デバイスに連結されている凝縮装置冷却システム調整器とを設けることにより、冷却水の所要の量が減少し得る。
【００１４】
或いは又は更に、本発明に係る拡散ポンプは、加熱要素に連結されている加熱要素調整器を備えている。加熱要素調整器は、加熱要素の能力を現在の送出状況に合わせるよう調節することができる。３つの送出状況を検討する。第１の送出状況では、拡散ポンプの送出が必要ではないか、又は拡散ポンプの僅かな送出量のみが必要である。この第１の送出状況は、特に２つの送出処理間に生じる。第２の送出状況は排出処理であり、この処理では、特に前段真空ポンプによって生じる前段真空からの手順が行われ、真空室内の作動圧力に達することになる。作動圧力は、拡散ポンプによって真空室内に生じる圧力として理解すべきである。第２の送出状況は、特に質量流量が大きいことによって特徴付けられる。第３の送出状況では、拡散ポンプは真空室内で作動圧力を維持する。更に、拡散ポンプの送出が必要ではあるが、質量流量は排出処理中よりかなり低い。現在の送出状況に応じて加熱要素の熱出力が加熱要素調整器によって調節されるため、加熱要素の熱出力が最適に利用され、大変な労力で凝縮装置の冷却システムによって放散させられる必要がある過度の熱が拡散ポンプに導入されない。
【００１５】
前述した独立した手段の夫々又はこれらの組合せはエネルギー効率が良い拡散ポンプの実現に役立ち、このためにエネルギー消費がかなり減少し得る。
【００１６】
特に、拡散ポンプは、10-3mbar、好ましくは10-6mbar、最も好ましくは10-9mbarの真空圧力を生じさせるべく構成されている。
【００１７】
特に、沸騰室を凝縮装置から熱的に隔離するための隔離体は、PEEK、PTFE、別のプラスチック材料又はセラミック材料を含んでいる。これらの材料は特に低い熱伝導率によって特徴付けられ、これらの材料の高い熱安定性が保証される。
【００１８】
沸騰室は、特に加熱要素の領域の環境から完全に熱的に絶縁されていることが好ましい。そのため、沸騰室の外面から環境への熱の放散による熱損失が減少する。特に、熱出力、ひいては送出媒体の加熱に必要なエネルギーが更に削減されるように、加熱要素によって生じる熱が沸騰室内で維持される。
【００１９】
特に拡散ポンプは、ノズルから軸方向に間隔を置いて配置された防湿体を備えており、防湿体は、凝縮装置の冷却システムから独立して防湿体冷却システムを有している。作動流体の蒸気が予め防湿体で凝縮するので、防湿体は、作動流体が真空室に入ることを防止するように構成されている。特に、防湿体と凝縮装置との温度差が大きく、最も好ましくは20℃より大きい。従って、凝縮装置で凝縮しない作動流体の蒸気が防湿体で確実に凝縮される。特に、凝縮装置冷却システムが凝縮装置冷却システム調整器を設けることにより可変的に構成されている場合、防湿体冷却システムは、防湿体の一定の冷却を達成するように構成されていることが好ましい。防湿体は、真空室内の装置を作動流体の蒸気による損傷から保護するためのシステムであるので、防湿体がいずれの場合でも適切に機能することを保証する必要がある。この保証は一定の冷却によって達成される。
【００２０】
特に、防湿体及び凝縮装置の高真空側領域の温度が20℃〜30℃である。高真空側領域は、真空室の方に面する凝縮装置の領域である。防湿体及び凝縮装置の低温によって、作動流体が確実に凝縮することが保証される。ただし、特に凝縮装置の温度が所要の作動圧力又は所要の送出能力に応じて変更され得る。
【００２１】
特に、前段真空分岐部がノズルと沸騰室との間に配置されており、前段真空分岐部は前段真空ポンプに連結されるように構成されている。前段真空分岐部は冷却システムを有している。前段真空分岐部の冷却システムは凝縮装置の冷却システムから独立していることが好ましい。前段真空分岐部の冷却によって、作動流体の蒸気が前段真空ポンプに入ることが防止される。
【００２２】
前段真空分岐部の冷却システム及び／又は防湿体の冷却システムは、少なくとも部分的に水冷却システムであることが好ましい。
【００２３】
特に凝縮装置の冷却システムが少なくとも部分的に水冷却システムである場合、凝縮装置冷却システム調整器はサーモスタットバルブを有しており、このために冷却水の量が測定される凝縮装置の温度に応じて制御され得る。
【００２４】
特に、凝縮装置冷却システム調整器は緊急手段を有しており、緊急手段は、凝縮装置の最小限の冷却を保証する。凝縮装置の冷却システムが故障した場合には作動流体の蒸気が凝縮されなくなるので、この蒸気は真空室に制御されずに入る。このような状況を防止するために、緊急手段は凝縮装置の最小限の冷却を保証する。特に凝縮装置冷却システム調整器がサーモスタットバルブを有している場合、最小限の冷却がサーモスタットバルブを回避するバイパスによって保証される。バイパスは、凝縮装置の最小限の冷却に必要な量の冷却水を運ぶ。凝縮装置冷却システム調整器が故障すると、冷却水は凝縮装置を冷却するためにバイパスを通って凝縮装置に流れ続ける。
【００２５】
特に、ヒートポンプの蒸発装置が凝縮装置の冷却システムに連結されており、ヒートポンプの凝縮装置が加熱要素に連結されている。従って、凝縮装置によって作動流体から放散する熱が加熱要素に戻される。特に、ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプ又は吸収式ヒートポンプとして構成されている。
【００２６】
特に、凝縮装置が水冷却システム及びヒートポンプの両方によって冷却されることが好ましい。特に、凝縮装置の高真空側領域に水冷却システムが設けられており、加熱要素の方向に隣り合う凝縮装置の領域がヒートポンプに連結されている。
【００２７】
好ましくは、ヒートポンプは多段式に構成されているため、凝縮装置の冷却システムに連結されているヒートポンプの蒸発装置と、加熱要素に連結されているヒートポンプの凝縮装置との温度差がより大きくなり得る。
【００２８】
特に、作動流体はシリコーン油、鉱油又はフォンブリン（登録商標）である。鉱油はDiffelenであることが好ましい。使用される作動流体は小さな蒸発エンタルピーを有することが特に好ましい。
【００２９】
水冷却システムでは、水が冷却流体として好ましくは使用される。しかしながら、別の冷却流体の使用も検討される。ここで、冷却流体の循環が必要となるかもしれない。ただし、冷却流体の循環には、冷却流体の冷却が必要である。この場合、本発明は、冷却水又は冷却流体の量の減少を提供しないが、循環する冷却流体の冷却に必要なエネルギーの削減を提供する。エネルギーの削減は冷却水の所要の量の減少に相当する。
【００３０】
本発明は更に、ハウジングと、ハウジングに連結されている沸騰室と、沸騰室の領域に配置されている加熱要素と、ハウジング内に配置されて、沸騰室に連結されているノズルと、ノズルの領域内のハウジングの内面に配置されている凝縮装置と、凝縮装置の領域内に配置されて、凝縮装置を冷却するように構成されている冷却システムとを備えている拡散ポンプを制御する方法であって、凝縮装置の温度を測定して、凝縮装置の冷却を、測定された凝縮装置の温度に応じて凝縮装置冷却システム調整器によって制御することを特徴とする方法に関する。
【００３１】
本発明は更に、ハウジングと、ハウジングに連結されている沸騰室と、沸騰室の領域に配置されている加熱要素と、ハウジング内に配置されて、沸騰室に連結されているノズルと、ノズルの領域内のハウジングの内面に配置されている凝縮装置と、凝縮装置の領域内に配置されて、凝縮装置を冷却するように構成されている冷却システムとを備えている拡散ポンプを制御する方法であって、加熱要素の温度を、送出処理中に特に使用される作動流体の沸点範囲の上限値に調節することを特徴とする方法に関する。従って、熱エネルギーが拡散ポンプに不必要に導入されることが防止される。加熱要素の温度の、特に使用される作動流体の沸点範囲の上限値への調節は、作動流体、特に作動流体の低沸騰成分及び高沸騰成分が蒸発し得ることを保証する。更なるエネルギーの必要性が生じないように、加熱要素のより高い温度は要求されない。このようにして特に、使用される作動流体が熱分解されないことが保証される。
【００３２】
特に、加熱要素の温度の調節に加えて、凝縮装置の温度を測定することができ、測定された凝縮装置の温度に応じた凝縮装置の冷却を凝縮装置冷却システム調整器によって制御することができる。従って、導入された熱及び所要の冷却能力の正確な調節が保証される。
【００３３】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、凝縮装置冷却システム調整器は、凝縮装置の温度を作動流体の凝縮温度未満に常に維持して、ひいては作動流体の蒸気圧を拡散ポンプの作動圧力より常に低くすることを保証する。従って、凝縮装置の温度を、凝縮装置を冷却することにより可能な限り低い温度に下げることは必要ない。むしろ、本方法は、特に所要の作動圧力の関数として変化する場合がある凝縮装置の温度の個々の調節を提供する。従って、冷却水の必要な量がかなり減少する。
【００３４】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、送出処理中に、加熱要素の温度を、使用される作動流体の沸点範囲の上限値に調節する。送出処理は、真空室の排出及び真空室内の作動圧力の維持の両方を有する。加熱要素の温度を沸点範囲の上限値に調節することにより、可能な限り低い熱出力が達成され、加えて作動流体の確実な蒸発が保証される。使用される作動流体の沸点範囲は、作動流体の低沸騰成分及び高沸騰成分が蒸発する範囲を含んでいる。変更された作動流体の沸点範囲の上限値に温度が調節されるとき、作動流体の低沸騰成分及び高沸騰成分の両方が蒸発する。
【００３５】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、加熱要素の温度を、送出処理中に拡散ポンプの必要な吸引能力に合わせるよう調節する。特に加熱要素の温度を上昇させることによって、拡散ポンプの吸引能力が向上する。この送出状況では真空室内の作動圧力を迅速に達成するために大きな吸引能力が必要とされるので、加熱要素の温度の上昇は、真空室が排出されるときに特に必要である。
【００３６】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、加熱要素の温度を送出処理間に下げる。拡散ポンプの送出が必要ではない場合、エネルギーを節約するために加熱要素の温度を下げることができる。特に、加熱要素の温度を送出処理間に、少なくとも使用される作動流体の沸点範囲の値だけ下げる。加熱要素の温度が使用される作動流体の沸点範囲未満である場合、送出効果が達成されず、加えて相当な加熱パワーが節約され得るように、作動流体が全く蒸発しないか、又は少量の作動流体のみが蒸発する。言うまでもなく、加熱要素の温度を送出処理間に更に下げることができ、次の送出処理のために作動流体をまずエネルギー集約的に加熱する必要がある。更に、ガスはある温度未満で作動流体に蓄積するため、次の送出処理の最初に作動流体をまず脱気する必要がある。
【００３７】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、加熱要素の温度を下げている間に凝縮装置の温度を調節する。この調節は、特に送出処理間に行われる。しかしながら、作動圧力が真空室内で維持されているとき、拡散ポンプが省エネルギーで動作している間に最適な拡散処理が維持され得るように、凝縮装置の温度を加熱要素の温度と共に調節することができる。加熱要素の温度を下げているときに凝縮装置の温度を上げることが好ましい。ただし、凝縮装置の上昇した温度での作動流体の蒸気圧が拡散ポンプの作動圧力より低いときのみ凝縮装置の温度を上げる。
【００３８】
本発明に係る方法の更なる態様によれば、上述されたように構成された拡散ポンプを本方法に使用する。
【００３９】
更に本発明は、拡散ポンプと共にヒートポンプを使用することに関する。ヒートポンプは、上述されたように好ましくは変更されている。特に、拡散ポンプも、上述されたように変更されている。
【００４０】
以下に、本発明を、添付図面を参照して好ましい実施形態に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る拡散ポンプの第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】ポンプに特有の変数に基づく送出処理を示す概略図である。
【図３】本発明に係る拡散ポンプの第２の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明に係る拡散ポンプの第３の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明に係る拡散ポンプは、高真空側の端部にフランジ12を有するハウジング10を備えており、このフランジ12により、ハウジング10が図示されていない真空室に連結され得る。ハウジング10は、加熱要素16を有する沸騰室14に連結されている。加熱要素16によって作動流体18が蒸発し、この作動流体は拡散ポンプで上昇して、２つのノズル20, 22を介してハウジングに流出する。既存のガス粒子は作動流体の蒸気によって運ばれる。作動流体の蒸気は、ハウジング10のノズル20, 22の領域に配置されている凝縮装置24に移動する。凝縮装置24は冷却システム26を有している。図示されている実施形態では、冷却システム26は、供給ライン27及び排出ライン25を有する水冷却システムである。
【００４３】
作動流体の蒸気は凝縮装置24で凝縮して沸騰室14に戻る。
【００４４】
凝縮装置24と沸騰室14との間に、図示されていない前段真空ポンプに連結されるように構成されている前段真空分岐部28が配置されている。作動流体の蒸気によって運ばれるガスは、前段真空分岐部28を介して前段真空ポンプによって吸い込まれる。
【００４５】
加熱要素16の熱の損失を防ぐために、沸騰室14は絶縁体30に完全に囲まれている。このため、沸騰室14から環境に熱が放散することが防止される。従って、加熱要素16の所要の熱出力が減少する。
【００４６】
加熱要素16は加熱要素調整器32に連結されており、このため、加熱要素の熱出力が夫々の送出状況に合わせるよう調節され得る。
【００４７】
凝縮装置24の領域には、凝縮装置の温度Tcを測定する温度測定デバイス34が配置されている。ここでは凝縮装置の温度Tcを凝縮装置の表面で測定する。凝縮装置24の温度Tcを、排出ライン25の冷却水の温度によって測定することが更に可能である。温度測定デバイスは、サーモスタットバルブ36として構成された凝縮装置冷却システム調整器に連結されている。サーモスタットバルブ36を介して、凝縮装置24の冷却システム26を通る冷却水の流量V が、凝縮装置24の測定された表面温度Tcに応じて調節され得る。
【００４８】
凝縮装置24の常に最小限の冷却が達成されることを保証するために、凝縮装置冷却システム調整器は、サーモスタットバルブ36に対するバイパス38として設けられている緊急手段を有している。凝縮装置冷却システム調整器が故障すると、作動流体の蒸気が蒸発し続けるように、冷却水がバイパス38を通って凝縮装置24の冷却システム26に供給され続ける。緊急手段は、特に拡散ポンプの停電又は突然の停止の場合に必要とされ、凝縮装置24の最小限の冷却により、作動流体の蒸気が真空室に入ることなく拡散ポンプが適切に停止され得ることを保証する。
【００４９】
図２を参照して送出処理を詳細に説明する。図２は概略図であり、示された値はいずれも正確ではない。特に、典型的な送出処理が示されているので、本発明は、送出処理の図示された処理フローだけに制限されない。図２には、圧力p の線60、冷却媒体の流量V の線62、加熱要素の温度T の線64、作動流体の蒸気圧の線66、及び凝縮装置の温度Tcの線67 が様々な送出状況に関して示されている。グラフの左側の垂直軸は、線60及び線66の圧力を表している一方、右側の垂直軸は、線64及び線67の温度と線62の冷却媒体の流量とを表している。図２のグラフの水平軸には様々な送出状況が表されている。
【００５０】
領域68では、僅かな送出効果しか得られないか、又は送出効果が全く得られない。真空室内には初期圧力p0が存在する。この状況は２つの送出処理間に生じ、特に待機動作中に生じる。
【００５１】
第２の領域70では、初期圧力p0から作動圧力p1までの圧力減少が排出処理によって達成される。第２の領域70で真空室が排出されると、加熱要素16の熱出力、相応して温度T が最高温度Tmaxまで上昇して、拡散ポンプの吸引能力を向上させる。加熱要素16によって増加した熱入力を補うために、凝縮装置24を冷却するための冷却水の量V が増加する。ここで、第２の領域70における凝縮装置の温度Tcは最小温度Tc,minに達する必要がない。凝縮装置の温度Tcが初期温度Tc,0から作動温度Tc,1に連続的に減少するように、凝縮装置24を通る冷却媒体の流量V が制御されてもよい。
【００５２】
真空室内で作動圧力p1に達すると、加熱要素調整器は、加熱要素16の温度T を使用される作動流体の沸点範囲の上限値に調節する。ここで、加熱要素16の温度T は、第２の領域70で作動圧力p1に迅速に達するために必要な最高温度Tmaxから温度T1に下がる。それ故、特に温度T1が温度T0より高いので、送出効果が保証され続けるため、不要な熱入力が防止される。加えて、加熱要素16の熱出力の最高温度Tmaxから温度T1への減少によって、冷却水の量V が、サーモスタットバルブ36の形態の凝縮装置冷却システム調整器によって値Vmaxから値V1に減少する。従って、凝縮装置24の表面温度が温度Tc,1に上昇するか、及び／又は凝縮装置の終了温度Tc,1に達する。しかしながら、図２に示されているように、上昇した温度で作動流体の蒸気圧66が真空室の作動圧力p1未満であり続けるときのみ、凝縮装置の表面温度Tcを上昇させる。
【００５３】
領域68における２つの送出処理間に、加熱要素16の温度T を、使用される作動流体の沸点範囲の下限値未満に下げる。従って、作動流体18が全く蒸発しないか、又は非常に僅かな量の作動流体18のみが蒸発する。送出効果は必要とされないか、又は加熱要素16の減少した熱出力では達成されない。２つの送出処理間における加熱要素16の温度T の温度T0への低下と同時的に、凝縮装置24の冷却システム26の冷却媒体の流量V はサーモスタットバルブ36によって値V0に減少する。
【００５４】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す。同一の部分は同一の参照番号で示されている。この実施形態は代替的な実施形態であるが、拡散ポンプに必要なエネルギーを節約するために、第１の実施形態の個々の特徴を第２の実施形態の個々の特徴と、このような特徴が相互に排他的でなければ、組み合わせることが可能である。
【００５５】
第２の実施形態によれば、冷却システム26は、凝縮装置41及び蒸発装置39を備えたヒートポンプ40に連結されている。冷却水は、拡散ポンプのハウジング10における冷却システム26からリザーバ42に移動する。リザーバ42から、まだ温かい冷却水が、冷却水から熱を抽出するヒートポンプ40に移動する。従って、冷却水の温度が下がる。このように冷却された冷却水は、供給ポンプ44を介してサーモスタットバルブ36又はバイパス38を通って冷却システム26に供給される。ヒートポンプによって冷却水から抽出された熱エネルギーは、加熱回路を介して加熱要素16に供給される。従って、冷却システム26によって抽出された熱は加熱要素16によって作動流体18を加熱するために使用される。従って、冷却システム26によって抽出された熱は放散損失ではなく、加えて、外側から加熱要素16に供給されなければならない、例えば電気エネルギーの形態の所要のエネルギーを削減することができる。ここで、ヒートポンプ40は、圧縮式ヒートポンプとして特に構成されている。特に、冷却水がまずヒートポンプ40で熱エネルギーを放散させて、次にリザーバ42に移動するように流れ方向を逆転することが望ましい場合がある。リザーバ42から、冷却水が供給ポンプ44によって冷却システム26に供給される。
【００５６】
図４には第３の実施形態が示されており、同一の部分は同一の参照番号で示されている。先行する実施形態の特徴は、これらの特徴が相互に排他的でない限り、拡散ポンプのエネルギー需要を減少させるために第３の実施形態の特徴と組み合わせられ得る。
【００５７】
第３の実施形態によれば、高真空側領域46が水冷却システム26として構成されている。更に、水冷却システムを有する防湿体48が設けられている。加熱要素16の方向に隣り合う凝縮装置24の領域50がヒートポンプ40に連結されているため、領域50からの熱がヒートポンプ40を介して加熱要素16に供給され、ひいては作動流体18を加熱する。更に、制御可能なサーモスタットバルブが熱交換器の回路に配置されてもよく、サーモスタットバルブは、特に温度測定デバイス34又は領域50に配置された更なる温度測定デバイスによって制御されるように構成されている。
【００５８】
特に、沸騰室14は、ハウジング10から隔離体52によって熱的に隔離されている。隔離体52によって、加熱要素16により生じる熱がハウジング10に移動せず、ひいては冷却システム26又はヒートポンプ40を介して熱を放散させる必要がない。従って、拡散ポンプのエネルギー消費が更に減少する。隔離体52は低い熱伝導率を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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