BR102022015317A2 - Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica - Google Patents

Abstract

bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica. a presente patente de invenção refere-se a uma bomba de vácuo concebida para utilizar dispositivos eletro-hidrodinâmicos do tipo descarga de barreira dielétrica, o qual opera por meio do diferencial de tensão alternada aplicado em eletrodos, os quais promovem a formação de um campo elétrico oscilante, que por consequência, acelera as moléculas de um gás parcialmente ionizado pelas altas tensões envolvidas no processo, permitindo o escoamento do gás em uma única direção.

Description

[1] A presente patente de invenção refere-se a uma bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica sem partes móveis mecânicas, pertencente ao campo de dispositivos capazes de produzir, influenciar e manipular um fluxo de elétrons. A descarga de corrente elétrica promovida por um diferencial de tensão aplicado em eletrodos promove a formação de um campo elétrico, que por consequência, acelera as moléculas de um gás parcialmente ionizado pelas altas tensões envolvidas no processo, permitindo o escoamento do gás em uma única direção.

Histórico da invenção

[2] É de conhecimento do homem da técnica, meios de promover o escoamento de um gás através de uma bomba à vácuo por meio de uma descarga de barreira dielétrica. A partir do diferencial de tensão aplicado em eletrodos metálicos é possível ionizar uma parcela de gás localizado no interior da bomba e então, promover o escoamento do gás.

[3] O estado da técnica, revela bombas de vácuo por meio de uma descarga de barreira dielétrica. Como exemplo, o documento DE2528998 revela uma bomba de formação de vácuo dotada de partes mecânicas fixas, de modo que esta opera por meio da densidade de fluxo elétrico nos picos de um eletrodo de metal. No referido documento, a bomba é preenchida de gás e através do gradiente de densidade elétrica nos eletrodos, é promovido o escoamento do gás.

[4] Outro exemplo de documento de patente de uma bomba de vácuo é o JP4759671. O referido documento revela uma bomba eletro hidrodinâmica dotada de um eletrodo interno linear de metal interligado na direção longitudinal de um eletrodo externo de metal cilíndrico. A periferia externa do eletrodo interno é circundada por um tubo de canal de distribuição de líquido que se estende para fora do eletrodo externo para formar um canal de distribuição de líquido. Nesse momento, devido a presença de um campo elétrico, o fluído está ionizado, sendo que tal fluído é introduzido no eletrodo externo e preenchido entre o eletrodo externo e o eletrodo interno, e uma tensão DC (do inglês Direct Current) é aplicada entre o eletrodo interno e o eletrodo externo.

[5] Por fim, outro exemplo do estado da técnica é o documento WO2021089757. O referido documento trata de um sistema e método eletro hidrodinâmico. A invenção revela ao menos dois eletrodos metálicos expostos a um diferencial de tensão e um invólucro para acomodar o fluído dentro do sistema. O método revelado compreende expor o fluído dielétrico a um processo de ionização configurado para ionizar o fluído dielétrico e então, operar a unidade de bomba para escoar o fluido ionizado.

[6] Entretanto, tais documentos citados, que revelam uma bomba a vácuo por descarga de barreira dielétrica, desvantajosamente não permitem o uso de bombas desse tipo em série. Ainda, as bombas apresentadas até aqui, são limitadas na quantidade da densidade de campo elétrico que conseguem gerar e, consequentemente, a ionização do gás também é limitada.

[7] Desse modo, a bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica aqui proposta, tem como objetivo fornecer um mecanismo que possibilite o aumento do gradiente do campo elétrico promovido por eletrodos e que simultaneamente, preencha parcialmente o interior da bomba, a fim de evitar um fluxo reverso de escoamento do gás e garantir a ionização completa do gás.

[8] Ainda, outro objetivo da bomba a vácuo por barreira dielétrica é promover a ligação de outras bombas a vácuo em série.

Breve descrição dos desenhos

[9] O objeto da presente invenção será melhor compreendido à luz da descrição detalhada que segue em sua forma de realização preferencial, mas não limitativa, a qual tem por ilustração os desenhos esquemáticos em anexo.

[10] A figura 1 revela uma vista em perspectiva da bomba de vácuo (B).

[11] A figura 2 é uma vista explodida da bomba de vácuo (B) de modo a ser possível visualizar os seus componentes, tal como, um cilindro (1) configurado por um tubo (10) e dotado de pelo menos dois orifícios (7), um mecanismo (5) dotado de meios de conexão elétrica (6), um eletrodo interno (2) e um eletrodo externo (3), sendo ambos os eletrodos dotados de meios de conexão elétrica (6) e um isolante elétrico (4) dotado de pelo menos um orifício (7).

[12] A figura 3, por sua vez revela a disposição do eletrodo interno (2) e do eletrodo externo (3) e o mecanismo (5). Ainda, percebe-se que o mecanismo (5) é configurado por um corpo cilíndrico (50) dotado de duas extremidades cônicas (51a e 51b).

[13] Por fim, a figura 4 ilustra a bomba de vácuo (B) de tal modo que seja possível visualizar seus componentes internos, após a montagem.

Descrição da invenção

[14] A presente invenção refere-se a uma bomba de vácuo (B) dotada de componentes mecânicos fixos, no qual utiliza o efeito eletro- hidrodinâmico através de uma descarga por barreira dielétrica para produzir um escoamento de gases a serem evacuados, fazendo uso de eletrodos cuja disposição geométrica, tensões e frequência aplicada, permitem a ionização completa e o dito escoamento do gás em uma única direção.

[15] Desse modo, de acordo com as figuras 1 e 2, a bomba de vácuo (B) compreende um cilindro (1), fabricado em material isolante elétrico adequado para a formação de vácuo. Dessa maneira, o dito cilindro (1) é configurado por um tubo (10), que compreende extremidades flageadas (não ilustradas) sendo que pelo menos uma de suas extremidades é conectada à uma câmara (não ilustrada) em se se deseja fazer vácuo e a outra extremidade para o ambiente, ou ainda para uma bomba de vácuo secundária (não ilustrada).

[16] A bomba de vácuo (B) compreende pelo menos um eletrodo interno (2) e um eletrodo externo (3), responsáveis pela formação de uma descarga por barreira dielétrica na referida bomba de vácuo (B). Além disso, o eletrodo interno (2) é disposto no interior do cilindro (1) enquanto que o eletrodo externo (3) é disposto na parte externa do cilindro (1), assim o referido eletrodo externo (3) é isolado eletricamente do eletrodo interno (2) pelo corpo do cilindro (1).

[17] Ainda, além do eletrodo externo (3) ser isolado eletricamente do eletrodo interno (2), por meio do corpo do cilindro (1), o eletrodo externo (3) é isolado do ar ambiente por um dispositivo isolante elétrico (4), sendo este fabricado em resina epóxi, por exemplo.

[18] Em um modo preferencial de realização da invenção, o eletrodo interno (2) e o eletrodo externo (3) são configurados por um formato circular vazado, tal como um anel, cuja espessura é da ordem de décimos de milímetro, mas não se limitando a apenas essa geometria e espessura em específico.

[19] Para ser possível aplicar um diferencial de potencial elétrico entre o eletrodo (2) e o eletrodo externo (3), a bomba de vácuo (B) compreende meios de conexão elétrica (6), que são conectados aos eletrodos interno e externo (2 e 3), através de orifícios (7) do cilindro (1), de modo que no momento em que o diferencial de tensão está sendo aplicado, se estabeleça um campo elétrico devido a diferença de potencial gerado.

[20] Além disso, o meio de conexão elétrica (6), que alimenta o eletrodo interno (2), transpassa o cilindro (1) por meio de um dos orifícios (7), de modo a não prejudicar o vácuo que será formado no interior da bomba de vácuo (B)

[21] Desse modo, em uma primeira modalidade de realização da invenção será compreendido que os meios de conexão elétrica (6) são configurados por fios condutores ligados a fontes de tensão no qual a diferença de potencial entre os respectivos fios deve ser de aproximadamente entre 5 kV e 10 kV, com cerca de 20 mA de corrente e frequência que pode variar entre de 4 a 10 kHz.

[22] Desse modo, a bomba de vácuo (B) opera devido à ação de forças eletro hidrodinâmicas, uma vez que, entre o eletrodo externo (3) e o eletrodo interno (2), o campo elétrico devido a diferença de potencial é de maior intensidade. Assim, a região entre o eletrodo interno (2) e externo (3) é responsável por acelerar as moléculas do gás parcialmente ionizado pelas altas tensões envolvidas no processo.

[23] Contudo, durante o processo de ionização, no interior do cilindro (1), especificamente no centro do dito cilindro (1), a intensidade do campo elétrico estabelecido é de menor intensidade. Desse modo, a bomba de vácuo (B) compreende um mecanismo (5), de preenchimento volumétrico e de aumento do gradiente do campo elétrico na região de aceleração das partículas no interior do cilindro (1).

[24] O mecanismo (5) é configurado por um corpo cilíndrico (50) metálico dotado de extremidades cônicas (51a e 51b). O corpo cilíndrico (50) está localizado e centralizado no interior do cilindro (1), de modo que, suas extremidades cônicas (51a e 51b) promovem um menor arraste do gás durante o processo de formação de vácuo. Ainda, o mecanismo (5) compreende um conjunto de aletas (52) de centralização e de dissipação de calor localizadas na extremidade (51b) e opostas ao fluxo de gás.

[25] Desse modo, o mecanismo (5), além de preencher o volume interno do cilindro (1), atua como um bloqueio mecânico passivo, de modo a impedir o fluxo reverso de gás. Assim, a região central que seria ocupada por moléculas de gás a serem ionizadas, já está ocupada pelo mecanismo (5).

[26] Ainda, o mecanismo (5) também é capaz de promover um aumento do gradiente do campo elétrico na região de aceleração das partículas no interior do cilindro (1), uma vez que, igualmente aos eletrodos interno e externo (2 e 3), o mecanismo (5) compreende um meio de alimentação (6) ligado a uma fonte de tensão. Assim, ao receber energia elétrica, o mecanismo (5) pode ser utilizado como um terceiro eletrodo e, consequentemente, o gradiente do campo elétrico na região de aceleração é aumentado, promovendo uma maior ionização do gás no interior do cilindro (1).

[27] Dessa maneira, em uma primeira modalidade de realização da invenção, quando o mecanismo (5) está sem alimentação elétrica, este funciona apenas como bloqueio mecânico passivo, e a bomba de vácuo (B) funciona pelo mecanismo de descarga por barreira dielétrica imposta pelo campo elétrico formado entre o eletrodo interno (2) e o eletrodo externo (3).

[28] Além disso, nesse momento, quando o mecanismo (5) está sem alimentação elétrica, este pode ser removível do interior do cilindro (1), de modo a ser possível conectar outras bombas de vácuo em série. Já no momento em que o mecanismo (5) está energizado, a tensão que circula neste, não é transferida ao eletrodo interno (2), uma vez que o eletrodo interno (2) está disposto em torno e afastado do mecanismo (5).

[29] Por fim, a bomba de vácuo (B) aumenta sua eficiência energética conforme a pressão interna ao cilindro (1) baixa, promovendo o escoamento do gás através da descarga por barreira dielétrica. Ainda, a dita bomba de vácuo (B) pode ser utilizada entre a câmara (não ilustrada) e uma bomba turbo-molecular (não ilustrada), visando a aceleração do processo de evacuação e a melhoria a condição do vácuo de base, sem oferecer riscos ou diminuição da vida útil da bomba de vácuo (B).

[30] A invenção não está de forma alguma limitada às modalidades descritas como exemplos e mostradas nas figuras, uma pessoa da técnica prontamente perceberá, a partir da descrição e dos desenhos representados, várias maneiras de realizar a invenção sem fugir do escopo das reivindicações em anexo.

Claims (11)

1. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, dotada de um cilindro (1), um eletrodo interno (2) e um eletrodo externo (3) ao cilindro (1), caracterizada pora bomba de vácuo (B) ser isenta de partes móveis e compreender um mecanismo (5), de preenchimento volumétrico e de aumento do gradiente do campo elétrico na região de aceleração das partículas no interior do cilindro (1).

2. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro mecanismo (5) ser configurado por um corpo cilíndrico (50) dotado de extremidades cônicas (51 e 52).

3. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro mecanismo (5) compreender um conjunto de aletas (52) de centralização e de dissipação de calor.

4. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro mecanismo (5) ser de bloqueio mecânico passivo, de modo a impedir o fluxo reverso de gás, quando não energizado.

5. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pora bomba de vácuo (B) ser conectada à outras bombas de vácuo em série.

6. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro eletrodo interno (2) ser de material metálico e configurar uma forma cilíndrica, disposto em torno e afastado do mecanismo (5).

7. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro eletrodo externo (3) ser de material metálico e configurar uma forma cilíndrica, disposto em torno do cilindro (1).

8. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poro cilindro (1) ser de isolamento elétrico entre o eletrodo interno (2) e o eletrodo externo (3).

9. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado poros eletrodos (2 e 3) e o mecanismo (5) serem dotados de meios de conexão elétrica (6), para geração de um campo elétrico.

10. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado poro meio de conexão elétrica (6) do eletrodo interno (2) transpassar o tubo do cilindro (1) por meio de orifícios (7).

11. “Bomba de vácuo por descarga de barreira dielétrica”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a bomba de vácuo (B) compreender um isolante elétrico (4), disposto em torno do eletrodo externo (3).