CN101790644A - 低温泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减小系统的成本和最小总功耗的低温泵系统。该低温泵系统包括分别配备有致冷器的多个低温泵(7a-7e)和用于将气体供应给所述致冷器的多个压缩机。所述压缩机包括充当主压缩机的差压控制压缩机(1a)和充当副压缩机的普通压缩机(6a-6c)。该低温泵系统也包括控制器(8)，该控制器控制差压控制压缩机(1a)的驱动，并且基于差压控制压缩机1a的驱动频率控制普通压缩机(6a-6c)的驱动。

Description

低温泵系统
技术领域
本发明涉及一种低温泵系统，其包括多个压缩机和多个低温泵。
背景技术
将参考图4描述传统低温泵系统。
低温泵系统利用由致冷器单元和压缩机形成的致冷系统。低温泵系统通过在由致冷系统生成的低温下冷凝或吸收气体执行真空泵送。致冷器单元产生低温，并且压缩机将压缩气体(例如氦气)供应给致冷器单元。
以半导体制造装置为典型的设备使用多个低温泵。在该情况下，为了降低成本和节能的目的常常利用所谓的多操作系统将来自一个压缩机的气体供应给多个低温泵。
将专利参考文献1中公开的低温泵系统的结构作为传统低温泵系统的结构的一个例子进行解释。
专利参考文献1中的低温泵系统包括低温泵103a-103e、压力传感器102和差压控制压缩机101a-101c。
在该低温泵系统中，压力传感器102附连到高压气体供应管104和低压气体回收管105。高压气体供应管104将气体供应给频率控制低温泵103a-103e中的致冷器。低压气体回收管105从频率控制低温泵103a-103e中的致冷器回收气体。
在本文中使用的低温泵103a-103e可以是频率控制型的。频率控制低温泵基于从附连到致冷器的温度传感器的输出控制阀驱动电机的驱动频率，所述驱动频率控制安装在低温泵上的致冷器的进气/排气循环。在该控制下，致冷器的温度可以保持恒定，防止过度冷却并且最小化致冷器的气体消耗。
差压控制压缩机101a-101c包括能够控制压缩机主体的驱动频率的控制器。差压控制压缩机101a-101c根据从附连到低压气体回收管105的压力传感器102的输出保持高压气体供应管104与低压气体回收管105之间的预定压差。
使用这些部件的组合的专利参考文献1中的低温泵系统试图通过仅仅从差压控制压缩机供应为频率控制低温泵所需气体量来抑制差压控制压缩机的功耗和节能。
专利参考文献1：日本专利特开平No.2004-003792
发明内容
本发明要解决的问题
差压控制压缩机的驱动频率具有下限以防止压缩机主体的机械共振和磨损。在驱动频率的下限下的功耗值是一个差压控制压缩机的最小功耗值。然而，气体压缩效率容易在差压控制压缩机的驱动频率的下限附近减小。功耗相对于获得的高压气体量变大。
当由多个差压控制压缩机和多个频率控制低温泵组成的低温泵系统被操作时，最小功耗值如下。也就是说，低温泵系统的最小功耗值由当差压控制压缩机在驱动频率的下限下操作时差压控制压缩机的最小功耗值之和给出。
为此，如果低温泵系统包括许多差压控制压缩机，即使为了频率控制低温泵的维护、修复等只有少量频率控制低温泵运转，低温泵系统的功耗也不会减小过多。类似地，当频率控制低温泵被操作时由于装置的备用操作等，系统的功耗即使在低负荷、高压气体的低消耗下也不会大幅减小。
差压控制压缩机需要变换器、控制器、压力传感器等以用于驱动压缩机主体。所以，差压控制压缩机变得比在预定驱动频率下被驱动而与高压气体供应管和低压气体回收管之间的压差无关的普通类型的压缩机(被称为普通压缩机)更昂贵。
解决问题的手段
本发明的一个目标是提供一种低温泵系统，其减小成本并且最小化整个系统的功耗。
为了实现以上目标，根据本发明提供了一种低温泵系统，其包括分别配备有致冷器的多个低温泵和用于压缩气体并且将压缩气体供应给所述致冷器的多个压缩机，所述低温泵系统包括：
至少一个主压缩机，其驱动频率基于高压气体供应管与低压气体回收管之间的压差被控制，
一个或多个副压缩机，其在预定驱动频率下被驱动，和
控制器，其基于所述主压缩机的驱动频率单独地控制所述副压缩机以开始或停止操作。
发明的效果
本发明可以减小成本和最小化整个低温泵系统的功耗。
附图说明
包含在本文中被构成它的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。
图1是示例出根据本发明的一个实施例的低温泵系统的结构的视图；
图2是示例出根据本发明的一个实施例的低温泵系统的另一个结构的视图；
图3是示例根据本发明的一个实施例的低温泵系统的又一个结构的视图；以及
图4是示例传统低温泵系统的结构的视图。
具体实施方式
将在下面详细描述本发明的一个实施例。然而，在实施例中所述的建筑物部件仅仅是示例性的，并且本发明的技术范围由附带的权利要求限定而非被限制于下面的单个实施例。
图1是示出了实施例中的低温泵系统的结构的视图。实施例中的低温泵系统包括一个差压控制压缩机1a、多个普通压缩机6a-6c、控制器8和多个低温泵7a-7e。差压控制压缩机1a、普通压缩机6a-6c和低温泵7a-7e由高压气体供应管4和低压气体回收管5连接。阀9被插入高压气体供应管4和低压气体回收管5中。充当用于检测气体压力的检测传感器的压力传感器2附连到与差压控制压缩机1a连接的高压气体供应管4和低压气体回收管5。相反地，没有压力传感器2附连到与普通压缩机6a-6c连接的高压气体供应管4和低压气体回收管5。
根据该实施例的低温泵7a-7e是捕集真空泵，其通过在由活性碳制成的用于H2、He和Ne的吸附表面和由金属制成的用于H2O、N2、O2、Ar等的低温表面冷凝气体来排放气体。低温泵7a-7e包括用于将低温泵7a-7e的内部冷却到低温的致冷器。经差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c压缩的气体在压力下通过高压气体供应管4给送到致冷器。在压力下通过高压气体供应管4给送的气体由低压气体回收管5回收。低温泵7a-7e是频率控制型的。更具体地，低温泵7a-7e基于从附连到致冷器的温度传感器的输出控制阀驱动电机的驱动频率，所述驱动频率控制致冷器的进气/排气循环。在该控制下，致冷器的温度可以保持恒定，防止过度冷却并且最小化致冷器的气体消耗。
差压控制压缩机1a根据从附连到高压气体供应管4和低压气体回收管5的压力传感器2的输出保持高压气体供应管4与低压气体回收管5之间的预定压差。差压控制压缩机1a仅仅供应为低温泵7a-7e的致冷器所需气体量。差压控制压缩机1a包括驱动差压控制压缩机1a的主体的频率控制器1′。保持高压气体供应管4与低压气体回收管5之间的预定压差意味着不仅保持压差恒定，而且也将它保持在预定范围内。
普通压缩机6a-6c在预定驱动频率下被驱动，而与高压气体供应管4和低压气体回收管5之间的压差无关。不同于差压控制压缩机1a，普通压缩机6a-6c并不包括频率控制器1′，而是仅仅具有气体压缩功能。没有压力传感器附连到与普通压缩机6a-6c连接的高压气体供应管4和低压气体回收管5。
与阀附连的冷却水管(未显示)可以连接到差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c。
在差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c当中，根据该实施例的低温泵系统使用差压控制压缩机1a作为主压缩机和使用普通压缩机6a-6c作为副压缩机。
控制器8控制差压控制压缩机1a的频率控制器1′。而且，控制器8监视充当主压缩机的差压控制压缩机1a的驱动频率，并且基于驱动频率控制普通压缩机6a-6c的驱动。控制器8可以与差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c的操作同步地控制打开/关闭阀9。而具体地，控制器8与这些压缩机的操作的开始同步地打开对应于差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c的阀9。控制器8与这些压缩机的操作的停止同步地关闭对应于差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c的阀9。进一步地，控制器8可以根据这些压缩机的操作状态控制差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c的冷却水管的阀打开/关闭操作。通过优化每个压缩机的冷却水循环路径可以预期得到显著的节能效果。具有这些功能的控制器8可以单独被安装或集成在主压缩机中。低温泵的控制器可以具有这些功能。
将描述根据该实施例的低温泵系统的控制方法。
控制器8基于主压缩机(差压控制压缩机1a)的驱动频率值检查所有的差压控制压缩机1a和普通压缩机6a-6c上的负荷。
当主压缩机的驱动频率的输出值达到预定值，例如上限±30％时，控制器8控制以开始操作一个或多个不工作的副压缩机(普通压缩机)6a-6c中的受到驱动控制的一个副压缩机。与此同步，控制器8控制以打开对应于已开始操作的副压缩机的阀9。
相反地，当主压缩机的驱动频率的输出值达到预定值，例如下限±30％时，控制器8控制以停止操作一个或多个活动副压缩机(普通压缩机)6a-6c中的受到驱动控制的一个副压缩机。与此同步，为了防止气体通过不工作的压缩机主体，控制器8控制以关闭对应于已停止操作的副压缩机的阀9。
如上所述，该实施例中的低温泵系统仅仅使用多个压缩机中的一个差压控制压缩机1a，并且采用普通压缩机6a-6c作为其余压缩机。控制器8基于驱动频率控制作为主压缩机的一个差压控制压缩机1a。基于主压缩机的驱动频率，控制器8监视主压缩机(差压控制压缩机1a)上的负荷，并且独立地控制普通压缩机6a-6c的驱动。在预定驱动频率下被驱动的普通压缩机6a-6c充当副压缩机，并且基于差压控制压缩机1a的驱动频率由控制器8单独地控制它们的驱动。也就是说，副压缩机(普通压缩机6a-6c)基于差压控制压缩机1a的驱动频率单独地被控制以开始或停止操作。
差压控制压缩机通常需要变换器、控制电路、压力传感器等以用于驱动压缩机主体。差压控制压缩机变得比不需要这些部件的普通压缩机更昂贵。然而，根据该实施例的低温泵系统仅仅使用一个差压控制压缩机，并且可以减小整个系统的成本。
当系统包括许多差压控制压缩机时，系统的功耗不能减小得令人满意。然而，本发明的系统基本上仅仅采用一个差压控制压缩机，当需要时操作或停止普通压缩机，因此可以减小整个系统的功耗。也就是说，根据本发明的低温泵系统可以将关于差压控制压缩机的整个系统的最小功耗值抑制到在驱动频率的下限的一个差压控制压缩机(主压缩机)的功耗，而与所连接的压缩机的数量无关。在低负荷下，该低温泵系统可以获得比传统系统更显著的节能效果。
为了实现更有效的操作，取决于差压控制压缩机的驱动频率的可变范围的排气量的可变范围理想地具有超过一个普通压缩机的排气量的宽度。
在该系统中，阀9插入与各自压缩机1a和6a-6c连接的高压气体供应管4和低压气体回收管5。即使在指定的压缩机中出现问题，仅仅对应于该压缩机的阀9被关闭，并且该压缩机可以从系统被去除和更换，而不用停止其余压缩机。
图2是示例出该实施例中的低温泵系统的另一个结构的视图。如果差压控制压缩机中的排气量的可变范围不足，则差压控制压缩机的数量可以增加，如图2中的差压控制压缩机1a和1b。在该结构中，取决于驱动频率的可变范围的排气量的可变范围比仅仅使用差压控制压缩机1a要大差压控制压缩机1b。因此，排气量的可变范围可以被加宽。
图2中所示的结构使用两个差压控制压缩机。然而，差压控制压缩机的数量相对于整个系统的压缩机的数量减少。进一步地，如果尽管在排气量的可变范围不足的情况下，一个差压控制压缩机仍试图应付整个系统，则终归不能进行有效操作。所以在该情况下，优选地使用多个差压控制压缩机。即使带有如图2中所示的结构，本发明也可以减小整个系统的功耗和它的必要成本。
图2中所示的控制器8可以控制差压控制压缩机1a的频率控制器21和差压控制压缩机1b的频率控制器22。在图2所示的结构中，差压控制压缩机1a和1b充当主压缩机。控制器8监视充当主压缩机的差压控制压缩机1a和1b的驱动频率。当至少差压控制压缩机1a或1b的驱动频率在上限的预定范围内时，控制器8控制不工作的副压缩机开始操作，如图1的实施例中所述。相反地，当差压控制压缩机1a或1b的驱动频率在下限的预定范围内时，控制器8控制工作的副压缩机停止操作。在那之后，控制器8控制差压控制压缩机1a和1b以保持高压气体供应管与低压气体回收管之间的预定压差。
图3是示例出该实施例中的低温泵系统的又一个结构的视图。在图3所示的低温泵系统中，多个副压缩机由小型普通压缩机(小型普通压缩机10a)和大型普通压缩机(大型普通压缩机11a和11b)形成。小型普通压缩机10a在排气量上小于大型普通压缩机11a和11b。
当低温泵7a-7e的气体消耗减小并且差压控制压缩机1a的驱动频率变得低于下限或下限周围的预定值时，该结构可以执行以下控制。
当小型普通压缩机10a运转时，控制器8控制小型普通压缩机10a停止操作。
相反地，当小型普通压缩机10a停止时，控制器8控制大型普通压缩机11a或11b停止，并且控制小型普通压缩机10a开始操作。即使差压控制压缩机的驱动频率仍然在下限的预定范围内，控制器8也进一步停止小型普通压缩机10a或大型普通压缩机。
当低温泵7a-7e的气体消耗增加并且差压控制压缩机1a的驱动频率超过上限或上限周围的预定值时，该结构可以执行以下控制。
当小型普通压缩机10a停止时，控制器8控制小型普通压缩机10a开始操作。
相反地，当小型普通压缩机10a运转时，控制器8控制大型普通压缩机开始操作并且控制小型普通压缩机10a停止操作。即使差压控制压缩机的驱动频率仍然在上限的预定范围内，控制器8也控制小型普通压缩机10a或大型普通压缩机11b开始操作。
在图3的结构中，只要差压控制压缩机1a的排气量的可变范围超过小型普通压缩机10a的排气量和小型普通压缩机10a的排气量与一个大型普通压缩机(11a或11b)的排气量的差值中的较大排气量就能进行有效操作。
在本发明中，充当副压缩机的普通压缩机并不限于两种(小型和大型)。也就是说，普通压缩机只要包括带有彼此不同的排气量的压缩机就行了。各种类型的压缩机例如小型、大型和中型压缩机可以被组合。
在图1，2和3的结构中示例出低温泵。然而，即使使用脱水器代替低温泵也可以预期与上述相同的效果。低温泵和脱水器的组合也可以实现与上述相同的效果。
参考附图描述了本发明的一个优选实施例。然而，本发明并不限于前述实施例，而是可以进行适当修改而不脱离由附带权利要求限定的本发明范围。
尽管参考典型实施例描述了本发明，应当理解本发明并不限于公开的典型实施例。以下权利要求的范围应当给予最广义的解释以涵盖所有这样的修改以及等效结构和功能。
本申请要求于2007年8月28日提交的日本专利申请No.2007-220881的权益，上述申请全文被引用于此作为参考。

Claims (7)

1.一种低温泵系统，其包括分别配备有致冷器的多个低温泵和用于压缩气体并且将压缩气体供应给所述致冷器的多个压缩机，所述低温泵系统包括：
至少一个主压缩机，其的驱动频率基于高压气体供应管与低压气体回收管之间的压差被控制；
一个或多个副压缩机，其以预定驱动频率被驱动；以及
控制器，其基于所述主压缩机的驱动频率单独地控制所述副压缩机的驱动以开始或停止操作。
2.根据权利要求1所述的低温泵系统，其中当所述主压缩机的驱动频率超过预定频率时，所述控制器控制至少一个不工作的副压缩机开始操作。
3.根据权利要求1所述的低温泵系统，其中当所述主压缩机的驱动频率变得低于预定频率时，所述控制器控制至少一个工作的副压缩机停止操作。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低温泵系统，其中：
所述主压缩机、所述副压缩机和所述低温泵的致冷器由用于供应气体的高压气体供应管和用于回收气体的低压气体回收管连接，以及
所述主压缩机是差压控制压缩机，其被驱动以将附连到高压气体供应管的检测传感器所检测到的压力值与附连到低压气体回收管的检测传感器所检测到的压力值之间的压差值保持在预定范围内。
5.根据权利要求4所述的低温泵系统，其中阀被插入所述主压缩机和所述副压缩机的高压气体供应管和低压气体回收管中。
6.根据权利要求5所述的低温泵系统，其中所述控制器与受到驱动控制的副压缩机的操作的开始同步地打开用于将气体供应给受到驱动控制的所述副压缩机的阀，并且与受到驱动控制的副压缩机的操作的停止同步地关闭用于将气体供应给受到驱动控制的所述副压缩机的阀。
7.根据权利要求1所述的低温泵系统，其中所述副压缩机包括排气量彼此不同的压缩机。
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