BR112015007867B1

BR112015007867B1 - bomba de absorção e uso de uma bomba de absorção

Info

Publication number: BR112015007867B1
Application number: BR112015007867-2A
Authority: BR
Inventors: Antonio Bonucci; Luca Viale
Original assignee: Saes Getters S.P.A.
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2021-02-23
Also published as: CN104685601B; JP2015531457A; EP2791960B1; EP2791960A1; CN104685601A; ES2540580T3; RU2015118130A; KR101947226B1; US20140369856A1; US9638183B2; JP6121549B2; TWI614404B; WO2014060879A1; BR112015007867A2; RU2639293C2; KR20150070123A; CA2886111C; CA2886111A1; TW201433693A; ITMI20121732A1

Abstract

"BOMBA DE ABSORÇÃO".A presente invenção refere-se a uma Bomba de absorção que compreende um invólucro (21, 21’), cujo formato é um sólido de revolução com um eixo de revolução (24), e vários cartuchos absorventes (22, 23) montados dentro do dito invólucro de bomba de absorção (21, 21’), cada cartucho (22, 23) compreendendo um suporte central linear (221, 231) e elementos absorventes espaçados montados no dito suporte central linear (221, 231), um plano, contendo um suporte central linear (221, 231) e paralelo ao eixo de revolução (24) e paralelo ao eixo de revolução (24) sendo definido um plano de orientação de cartucho absorvente, e um plano ortogonal ao eixo de revolução (24) e interceptando o ponto médio de um suporte central linear (221, 231) sendo definido um plano de posicionamento de cartucho absorvente (222, 232), os ângulos (?, ?’) formados pelos ditos planos de posicionamento (222, 232) com os suportes centrais lineares (221, 231) são iguais a ou menores que 30°.

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba de absorção compreendendo uma pluralidade de cartuchos absorventes.

[002] Bombas de absorção, usadas sozinhas ou em combinação com outros tipos de bombas, são amplamente usadas e apreciadas, e são descritas em uma pluralidade de documentos tais como os pedidos de patente internacional WO 9858173, WO 2010/105944 e WO 2009/118398 em nome do mesmo requerente.

[003] Embora a combinação de bombas de absorção com outros tipos de bombas de vácuo fornece vantagens distintas em certas aplicações, tais como sistemas de ciência de superfície e analisadores operando sob vácuo, o uso de bombas de absorção sozinhas é preferido quando existem restrições que não permitem tal uso combinado, em particular quando gases ativos tais como H2, CO, CO2 são a fonte de gás principal e o bombeamento de gases nobres não é um problema.

[004] Um tipo particular de bomba de absorção usando uma plu ralidade de discos de material absorvente montado em um suporte central é descrito em EP 0742370 e EP 0753663 ambas em nome do requerente, enquanto uma bomba contendo tais elementos é descrita em US 6149392 em nome do requerente, cujos ensinamentos e conteúdo são aqui incorporados por referência.

[005] Em US 6149392 é reconhecido que para algumas aplica ções é mais importante e crucial ter uma alta velocidade de adsorção de gás em vez de uma alta capacidade de adsorção, um exemplo típico sendo o caso de aceleradores de partículas onde existem várias bombas de vácuo instaladas em diferentes seções do acelerador para fornecer um nível de vácuo adequado ao longo de todo o comprimento.

[006] Os inventores ainda investigaram este problema e encon traram uma configuração alternativa e diferente capaz de ainda aperfeiçoar a velocidade de bombeamento. Em um primeiro aspecto, a invenção consiste em uma bomba de absorção compreendendo um invólucro, cujo formato é um sólido de revolução, e uma pluralidade de cartuchos absorventes montados dentro do dito invólucro de bomba de absorção, cada cartucho compreendendo um suporte central linear e elementos absorventes espaçados montados no dito suporte central linear. Um plano, contendo um suporte central linear e paralelo ao sólido de eixo de revolução, é definido um “plano de orientação” de cartucho absorvente, um plano ortogonal ao eixo de invólucro e interceptando o ponto médio de um suporte central linear é definido um “plano de posicionamento” de cartucho absorvente, a bomba sendo caracterizada em que os ângulos formados pelos planos de posicionamento com os suportes centrais lineares são iguais a ou menos que 30°, de preferência igual a ou menor que 10°.

[007] A expressão “sólido de revolução” é destinada a compreen der todas aquelas figuras sólidas obtidas revolvendo uma área plana em torno de um dado eixo que se encontra no mesmo plano, também definido como “eixo de revolução”. Em sua modalidade comum e mais útil para a presente invenção, o sólido de revolução é um cilindro, enquanto outros formatos úteis são cones ou cones truncados ou combinações dos mesmos. Além disso, para os propósitos da presente invenção, levando em conta o sólido de revolução é um formato ideal e que a caixa de bomba em vez disto é um objeto real, desvios menores di formato de revolução geométrico ainda estão dentro de âmbito e escopo.

[008] Em vista do fato que na modalidade mais preferida, o sólido de revolução é um cilindro, nos exemplos seguintes será feita referência particular a tal formato para o invólucro de bomba de absorção, mas isto deve ser visto somente como uma modalidade não limitante do conceito mais amplo de um sólido de revolução como geometria adequada para o invólucro externo de bomba de absorção.

[009] A invenção ainda será ilustrada com a ajuda das figuras seguintes onde:

[0010] a figura 1 mostra uma representação esquemática de um cartucho absorvente de acordo com a técnica anterior e aqui usado como elemento constituinte na bomba de absorção de acordo com a presente invenção;

[0011] a figura 1A mostra uma representação esquemática de uma variação de um cartucho absorvente de acordo com a técnica anterior;

[0012] a figura 2 mostra uma vista em seção transversal de uma modalidade de uma bomba de absorção de acordo com a presente invenção;

[0013] a figura 3 mostra uma vista plana de topo de uma modali dade de uma bomba de absorção de acordo com a presente invenção;

[0014] A figura 3A mostra uma vista plana de topo de uma varia ção da modalidade representada na figura 3.

[0015] Nas figuras, as dimensões e relações dimensionais dos elementos podem não estar corretas e em alguns casos, tal como, por exemplo, na figura 1, os diâmetros dos elementos absorventes espaçados, na forma de discos, com respeito ao diâmetro de eixo central, foram alternados a fim de aperfeiçoar a compreensão da figura.

[0016] A bomba de absorção de acordo com a presente invenção prevê a presença de uma pluralidade de cartuchos absorventes, tal como um esquematicamente representado na figura 1, cada cartucho absorvente 10 tendo um eixo central 11 atuando como suporte e uma pluralidade de elementos absorventes espaçados 12, 12’, 12n, tipi camente e mais preferivelmente tendo o formato de discos. Na figura 1 os meios que fixam os discos absorventes no eixo central não foram mostrados na medida em que não são necessários para a compreensão da invenção e dentro do conhecimento de uma pessoa versada na técnica.

[0017] Como mostrado na figura 1A, um cartucho absorvente al ternado 100 adequado para ser usado em bombas de absorção de acordo com a presente invenção pode ter discos absorventes que não são igualmente espaçados, mas podem existir alguns espaços/vazios nas extremidades ou dentro da pilha de discos. Aqueles espaços são úteis em casos onde existem empecilhos a serem levados em conta dados pelos cartuchos propriamente ditos e outros elementos, tal como, por exemplo, cabos de suprimento de energia ou passagens de alimentação. Portanto, cartuchos absorventes tendo uma pluralidade de elementos absorventes essencialmente espaçados igualmente é apenas um exemplo preferido e não limitante de cartuchos absorventes adequados a serem usados nas bombas de acordo com a presente invenção.

[0018] Os aspectos e características dos cartuchos absorventes não serão descritos em detalhe maior na medida em que este conhecimento está na posse de uma pessoa versada na técnica, e qualquer caso alguns detalhes e informação estão presentes na já mencionada EP 0742370 e EP 0753663. Na presente invenção, é necessário que o eixo 11 que atua como suporte dos elementos absorventes para ser linear, tal como mostrado na figura 1, em EP 0742370, em EP 0753663 e em US 6149392, enquanto uma configuração tal como uma mostrada em WO 9858173 não Serpa adequada. O formato mais útil para o eixo linear/suporte é cilíndrico.

[0019] Deve ser notado também que a invenção não é limitada a um material absorvente específico, mas qualquer material adequado, capaz de adsorver gases e ser reativado por meio de um tratamento térmico, pode ser empregado e se encontra dentro da definição de ma- teriais absorventes para o escopo e propósitos da presente invenção. O conhecimento e características de tais materiais estão disponíveis para uma pessoa versada na técnica e podem ser facilmente recuperados de várias fontes, tal como, por exemplo, a acima mencionada EP 0742370. Particularmente vantajosos são metais ou ligas absorventes compreendendo pelo menos 30% de m ou mais de titânio, zir- cônio, ítrio.

[0020] Os inventores, na tentativa de ainda aperfeiçoar a velocida de de uma bomba de absorção usando uma pluralidade de cartuchos absorventes, encontraram configurações específicas que fornecem aperfeiçoamentos com respeito a umas descritas em US 6149392.

[0021] Em particular, a figura 2 mostra uma vista em seção trans versal longitudinal de uma parte de uma bomba de absorção de acordo com a presente invenção. A parte de bomba de absorção 20 tem um invólucro cilíndrico definido por dias paredes laterais 21 e 21’, e sua geometria é ainda definida por um eixo de revolução 24. Dentro do invólucro estão contidos dois cartuchos absorventes 22 e 23, cada um com seu próprio plano de posicionamento 222 e 232 ortogonais ao eixo de revolução 24 e interceptando o ponto médio dos suportes de cartuchos 221 e 231. Os ângulos formados por cada plano de posicionamento com cada suporte linear de cartucho absorvente 221 e 231, são respectivamente indicados com α e α’. Para bombas de absorção de acordo com a presente invenção é necessário que aqueles ângulos não são maiores que 30°, e de preferência menos que 10°.

[0022] A bomba de absorção mostrada na figura 2 tem dois cartu chos absorventes com dois planos de posicionamento diferentes, isto com planos de posicionamento cuja distância é maior que 1,5 cm; a distância dos planos de posicionamento é facilmente determinável, dês de que em virtude de sua definição são paralelos um ao outro.

[0023] Cartuchos absorventes cujos planos de posicionamento têm uma distância menor que 1,5 cm são considerados cartuchos absorventes se estendendo essencialmente no mesmo plano, que será definido como um “plano de submontagem” de absorção e é coincidente com o plano de posicionamento mais baixo (isto é, um à montante com respeito à direção de fluxo) dos cartuchos absorventes se encontrando essencialmente no mesmo plano.

[0024] Na figura 2, os meios conectando os cartuchos absorventes no invólucro não foram mostrados na medida em que são convencionais e amplamente conhecidos de uma pessoa versada na técnica, tal como, por exemplo, solda. Neste aspecto é importante salientar que a parte terminal do suporte central linear pode possivelmente ser curvada para facilitar sua fixação no invólucro, onde o suporte central deve ser linear pelo menos na parte que retém os discos absorventes.

[0025] No que diz respeito aos cartuchos absorventes a serem usados na estrutura de bomba de absorção de acordo com a presente invenção, aqueles têm um suporte central linear cujo comprimento é compreendido entre 4 e 30 cm, retendo entre 2 e 7 discos absorventes por cm na parte de retenção de disco.

[0026] Além disso, elementos adicionais externos à bomba de ab sorção, tais como um suprimento de energia e elementos de controle, não foram mostrados na medida em que são convencionais. Seu propósito é tipicamente suprir corrente ao suporte central linear dos cartuchos absorventes de modo que os discos absorventes são reativados aquecendo o suporte. Com relação ao aquecimento, este pode ser alternativamente fornecido por fontes externas que aquecem o invólucro da bomba de absorção, tais fontes possivelmente já estando presentes no sistema onde a bomba de absorção é instalada, na medida em que o sistema frequentemente prevê a presença de sistemas de frenagem que em alguns casos podem ser vantajosamente usados para aquecer e ativar a bomba de absorção.

[0027] Com relação ao invólucro, que é de preferência cilíndrico, existem duas modalidades preferidas. Na primeira, o invólucro é fechado em uma extremidade por uma base metálica, normalmente feita com o mesmo material da parede lateral, e na outra extremidade por m flange de vácuo padrão.

[0028] Em uma segunda modalidade preferida, o invólucro é defi nido somente pela parede lateral, nesta configuração a bomba de absorção tem um invólucro com extremidade aberta, de modo que moléculas de fás podem se deslocar através da bomba de absorção. Esta configuração é útil quando a bomba pode ser diretamente integrada, por exemplo, coaxialmente, em sistemas em vez de ser um elemento adicional, como por exemplo, no caso de seções de parede de aceleradores de partículas que podem ser substituídas por bombas de absorção de acordo com a presente invenção, com um invólucro feito de acordo com a segunda modalidade preferida. Esta configuração de bomba de absorção permite a distribuição de grande velocidade de adsorção e capacidade dentro da seção principal do acelerador de partículas sem interferir com qualquer partícula ou feixe de elétrons se movendo através dela.

[0029] Embora as bombas de absorção, de acordo com a presente invenção são mais adequadamente usadas como bombas independentes, elas podem também ser usadas em sistemas de bombeamen- to acopladas com outros tipos de bombas, tais como, por exemplo, bombas turbomoleculares, Bombas de Íons por Pulverização (SIP), bombas criogênicas, ou outras bombas NEG (de absorção não evapo- rável).

[0030] Uma vista plana de topo de uma bomba de absorção com cartuchos absorventes que estão em um mesmo plano de submonta- gem de absorção é mostrada na figura 3. A bomba de absorção 30 tem um invólucro cilíndrico 31 e três cartuchos absorventes 32, 33, 34 no mesmo plano de submontagem absorvente com uma disposição triangular, os planos de orientação de cartucho absorvente para os cartuchos 32 e 33 formam um ângulo β, para cartuchos 32 e 34 formam um ângulo β’, e para os cartuchos 33 e 34 formam um ângulo β’’. Na modalidade mostrada na figura 3 aproximadamente β = β’ = β’’ = 60°.

[0031] Deve ser notado que a figura 3 é somente representativa, na medida em que o triangulo pode não ser eqüilátero. Isto se aplica também ao tamanho e número de cartuchos que se encontram no mesmo plano de submontagem absorvente, por exemplo, seus comprimentos podem diferir e dar origem a polígonos geométricos diferentes com ápices definidos por toas as interseções possíveis dos planos de orientação de cartuchos absorventes. Tais polígonos satisfazem a condição preferida que todos os ângulos, formados pelos planos de orientação para os cartuchos absorventes que se encontram no mesmo plano de submontagem, são menores que 130°, mesmo mais preferivelmente são iguais a ou menores que 90°.

[0032] Uma variação interessante da modalidade mostrada na fi gura 3 é representada na figura 3A, mostrando uma vista plana de topo de uma bomba de absorção 300 feita com dois cartuchos 330, 340, onde alguns discos absorventes não estão presentes (aqueles são os cartuchos mostrados na figura 1A), e um cartucho absorvente padrão 320 em que os discos são essencialmente espaçados de modo igual/uniforme.

[0033] Comparando os sistemas usando o mesmo número de car tuchos, isto resultará em uma capacidade e velocidade reduzidas com respeito a cartuchos padrão. Mas as vantagens se encontram no fato de que existe mais flexibilidade em termos de colocação dos cartuchos absorventes, permitindo levar em conta restrições de caso ou geometrias, e, portanto permitindo colocar na bomba um número maior de cartuchos, resultando no fim em um aperfeiçoamento total nas características técnicas da bomba.

[0034] Em uma bomba de absorção de acordo com a presente in venção é particularmente útil ter uma pluralidade de cartuchos em uma pluralidade de planos de submontagem absorvente. O número de planos de submontagem absorvente é determinado pelo comprimento do invólucro de bomba de absorção, tal número sendo de preferência compreendido entre 40 e 80 por metro, vedando de acordo para invólucros cujo comprimento é menor que 1 metro.

[0035] Cada plano de submontagem pode ter um número diferente de cartuchos dispostos de acordo com configurações diferentes. Neste caso, é preferido que os ápices de polígono adjacentes em planos de submontagem absorvente diferentes são alinhados paralelos ao eixo de revolução, mas sim que as linhas conectando ápices de polígono adjacentes que se estendem em planos de submontagem diferentes formam, com os planos de submontagem propriamente ditos (que são paralelos um ao outro), ângulos iguais a ou menores que 80°, de preferência menor que 60°.

[0036] A invenção será ainda ilustrado com a ajuda dos exemplos não limitantes seguintes. Exemplo 1

[0037] Um conjunto de cartuchos absorventes é preparado, cada cartucho compreendendo 39 discos com um espaçamento de 1,3 mm. Os materiais absorventes usados para os discos é uma liga de Zr (82% por peso) - V (14,8% por peso) - Fe (32% por peso), comercializada pelo requerente sob a marca comercial “St 172”. Os discos têm uma espessura de 1 mm e um diâmetro de 25,4 mm. Nas partes terminais dos cartuchos 24,8 mm são livres de elementos absorventes, onde o comprimento total do suporte linear é 140 mm.

[0038] É feita a avaliação da velocidade de bombeamento de uma bomba de acordo com a presente invenção, a bomba que consiste de um invólucro cilíndrico com uma altura de 140 mm e um diâmetro de 160 mm, fechado em uma extremidade por uma base e na extremidade oposta por um flange a vácuo. Seis cartuchos estão dispostos em dois planos de submontagem distintos com uma distância de 3 cm entre os mesmos, os planos de orientação de cartuchos absorventes para os cartuchos em um mesmo plano de submontagem formando um triângulo eqüilátero, enquanto o ângulo formado pelas linhas que conectam os ápices de polígono adjacentes se estendendo em planos de submontagem absorvente diferentes é cerca de 23°. O resultado da avaliação fornecer uma velocidade de bombeamento maior que 2500 l/s. Exemplo 2 (comparativo)

[0039] Outros cartuchos absorventes do mesmo conjunto do exemplo 1 são usados para avaliar a velocidade de bombeamento de uma bomba de absorção de acordo com a técnica anterior. O invólucro de bomba de absorção fechado tem o mesmo diâmetro e altura como no exemplo 1, mas com os cartuchos montados de tal maneira que os ângulos formados pelos planos de posicionamento com os suportes centrais lineares são 90°, isto é, suportes lineares são paralelos às paredes do invólucro, e os cartuchos são dispostos em torno do perímetro do invólucro e igualmente espaçados. Neste caso, o resultado da avaliação fornece uma velocidade de bombeamento menor que 2200 l/s.

Claims

1. Bomba de absorção que compreende um invólucro (21, 21’; 31), cujo formato é um sólido de revolução com um eixo de revolução (24), e uma pluralidade de cartuchos absorventes (10; 22, 23; 32, 33, 34; 320, 330, 340) montados dentro do dito invólucro de bomba de absorção (21, 21’;31), cada cartucho compreendendo um suporte central linear (11; 221, 231) e elementos absorventes espaçados (12, 12’,...12n) montados no dito suporte central linear (11; 221, 231), um plano contendo um suporte central linear (11; 221, 231) e paralelo ao eixo de revolução (24), sendo definido um plano de orientação de cartucho absorvente, e um plano ortogonal ao eixo de revolução (24) e interceptando o ponto médio de um suporte central linear (11; 221, 231) sendo definido um plano de posicionamento de cartucho absorvente (222, 232), caracterizada pelo fato de que os ângulos (α,α’) formados pelos ditos planos de posicionamento (222, 232) com os suportes centrais lineares (11; 221, 231) são iguais a ou menos que 30°, de preferência igual a ou menor que 10°.

2. Bomba de absorção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito sólido de revolução é escolhido do grupo que compreende cilindro, cone, e cone truncado.

3. Bomba de absorção, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os ditos elementos absorventes espaçados (12, 12’,...12n) são feitos com metais ou ligas compreendendo pelo menos 30% de um ou mais de titânio, zircônio, e ítrio.

4. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o dito suporte central linear (11; 221, 231) tem um comprimento compreendido entre 4 e 30 cm e de preferência suporta entre 2 e 7 elementos absorventes (12, 12’,...12n) por centímetro.

5. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o dito invólucro (31) é fechado em uma extremidade por uma base e na extremidade oposta por um flange de vácuo.

6. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o dito invólucro (21, 21’; 31) é de extremidade aberta.

7. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os planos de posicionamento de pelo menos dois cartuchos absorventes têm uma distância menor que 1,5 cm onde os ditos dois cartuchos absorventes assentam essencialmente no mesmo plano de posicionamento, definido como um plano de submontagem absorvente.

8. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que os ângulos (β, β’, β’’) nos ápices do polígono, formado pelos planos de orientação para cartuchos absorventes, que se estendem no mesmo plano de submontagem absorvente, são iguais a ou menores que 130°, de preferência iguais a ou menores que 90°.

9. Bomba de absorção, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que um mesmo plano de submontagem absorvente inclui três cartuchos absorventes (32, 33, 34) dispostos em uma configuração triangular.

10. Bomba de absorção, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que um mesmo plano de submontagem absorvente inclui quatro cartuchos absorventes dispostos em uma configuração quadrada.

11. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que as linhas conectando ápices de polígono adjacentes se estendendo em diferentes planos de submontagem absorvente formam com os planos de sub- montagem propriamente ditos, ângulos iguais a ou menores que 80°, de preferência menores que 60°.

12. Bomba de absorção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizada pelo fato de que o número de planos de submontagem absorvente é compreendido entre 40 e 80 por metro de comprimento do invólucro de bomba (31).

13. Uso de uma bomba de absorção, como definido na rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que o uso é em um sistema de bombeamento que compreende tipos diferentes de bombas de vácuo.

14. Uso de uma bomba de absorção, como definido na rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que o uso é em um sistema de bombeamento como definido na reivindicação 13, em que as ditas bombas de vácuo compreendem uma bomba de vácuo escolhida do grupo de bomba de íons por pulverização, bomba turbomolecular, bomba criogênica, bomba NEG.