CN102473579A

CN102473579A - 真空系统

Info

Publication number: CN102473579A
Application number: CN2010800360030A
Authority: CN
Inventors: I.D.斯通斯
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd; Edwards Ltd
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: EP2465132B1; CN102473579B; GB2472638A; JP5640089B2; EP2465132B2; CA2769914A1; TWI532918B; GB2472638B; WO2011018637A1; US20120132800A1; CA2769914C; GB0914221D0; EP2465132A1; JP2013501886A; KR20120059501A; TW201105863A

Abstract

本发明提供一种真空系统（12），包括串联连接的多个真空腔室（14，16，18，20）和用于有差别地泵送所述腔室的真空泵送装置（10）。所述真空泵送装置包括：主泵（22），所述主泵具有被连接用于泵送第一真空腔室（14）的入口（23）和用于在大气压处或周围排放的出口（25）；增压泵（24），所述增压泵具有被连接用于泵送第二真空腔室（16）的入口（27）和连接到主泵入口（23）的出口（29）；和次级泵（26，28），所述次级泵具有被连接用于泵送第三真空腔室（18，20）的入口（31，33）和连接到增压泵入口（27）的出口（35，37）。

Description

真空系统

技术领域

本发明涉及真空系统，例如质谱仪系统，包括串联连接的多个真空腔室和用于有差别地泵送腔室的真空泵送装置。

背景技术

迄今已知的真空泵送装置100在图2中示出。泵送装置100用于在真空系统（例如，质谱仪系统102）中有差别地泵送多个真空腔室。真空腔室串联连接以提供从高压（低真空度）腔室104通过中压腔室106到低压（高真空度）腔室108的样品流动路径。通常，低压腔室可以保持在1 mbar，中压腔室可保持在10^-3 mbar，低压腔室可保持在10^-6 mbar。真空泵送装置100设计成有差别地泵送真空腔室，且保持通过质谱仪的样品流率。通过质谱仪的增加样品流率允许测验更大数量的样品。

真空泵送装置100包括两个主（前级）泵和两个次级泵。第一和第二次级泵110、112可以是涡轮分子泵。次级泵并联设置，且被连接用于分别泵送真空腔室106、108。次级泵与主或前级泵114串联连接。当次级泵是分子泵且不能排放到大气时，主泵114连接到次级泵的出口，且主泵排放到大气。由此，主泵预抽真空次级泵。主泵可以是例如涡旋泵。

第二主泵连接到低真空度腔室104且排放到大气。

期望增加泵送速度（和样品气体流量），而不显著增加例如科学系统（如质谱仪）中的泵送装置的功率需求，以便提高系统性能，尤其是在具有大于大约1 mbar的非分子或粘性流动状态的真空腔室中。

发明内容

本发明提供一种真空系统，包括串联连接的多个真空腔室和用于有差别地泵送所述腔室的真空泵送装置，所述真空泵送装置包括：主泵，所述主泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第一个的入口和用于在大气压处或周围排放的出口；增压泵，所述增压泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第二个的入口和连接到主泵入口的出口；和次级泵，所述次级泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第三个的入口和连接到增压泵入口的出口。

本发明的其它优选和/或任选方面在所附权利要求中限定。

附图说明

为了可以很好地理解本发明，现在将参考附图描述本发明的实施例，其通过示例的方式给出，在附图中：

图1示意性地示出了包括真空泵送装置的真空系统；和

图2示意性地示出了包括真空泵送装置的现有技术真空系统。

具体实施方式

图1中示出了真空泵送装置10。泵送装置10用于在真空系统12（例如，质谱仪系统）中有差别地泵送多个真空腔室。真空腔室串联连接以提供从第一真空腔室14开始通过第二真空腔室16、第三真空腔室18到第四真空腔室20的样品流动路径。压力沿样品流动路径减少，其如图所示向右流动，从第一腔室14的入口处的大气压到第四腔室20处的高真空度。例如，第一腔室14可以处于高压（低真空度），例如1 mbar。第二真空腔室可以处于1 mbar的相对较低压力。在该示例中，第一和第二真空腔室被认为处于粘性或非分子状态或状况。第三真空腔室18可以处于10^-3 mbar的低压。第四真空腔室20处于10^-6 mbar的更低压力。在该示例中，第三和第四腔室被认为处于分子流动状态或状况。

真空泵送装置10设计成有差别地泵送真空腔室，且与图2所示的现有技术装置相比，保持通过质谱仪的相对增加的样品流率。此外，在不增加泵的数量的情况下，可以有差别地泵送增加数量的真空腔室。

真空泵送装置10包括主或前级泵22，其具有连接到第一真空腔室14的入口23和在大气压处或周围排放的出口25。泵22可以是涡旋泵，其适合于第一腔室所需的压力状态且适合于排放到大气。增压泵24具有连接到第二腔室16的入口27。增压泵具有的出口29排放到主泵22的入口且不排放到大气。增压泵24不独立于前级泵操作且与主泵22串联连接。至少一个次级泵设置用于泵送相应高真空度腔室。在图1中，示出了并联的两个次级泵26、28，其具有被连接用于泵送第三真空腔室18和第四真空腔室20的相应入口31、33。次级泵的出口35、37连接到增压泵的入口27。次级泵26、28通常是涡轮分子泵，且因而不能有效地排放到大气。因此，次级泵通过串联连接的增压泵24和主泵22预抽真空（back）。

增压泵配置用于增加的泵送容量（速度）和减少的压缩比。因而，合适的增压泵可以是配置用于增加容量的涡旋泵。在这方面，双头（twin-start）或多头（multi-start）涡旋泵具有增加的泵送容量，因为涡旋泵的两个或更多外部包角（wrap）连接到其入口，每个外部包角在原理上适合于增加泵送容量。当外部包角不串联连接时，如同典型涡旋泵中那样，其并不能实现沿流动路径从外部包角到下一个的累进压缩，且因而减少压缩比。另一个示例是没有端密封（tip seal）的涡旋泵，如申请人共同待审的申请GB0914217.5中所公开的。在已知涡旋泵中，通常由塑料材料制成的端密封接收在相应涡旋壁中形成的通道内，用于在涡旋壁和相对的涡旋壁板之间密封。端密封防止气体从涡旋壁的高压侧向后泄漏到涡旋壁的低压侧。当减少向后泄漏时，可以实现较高压缩比。然而，端密封是接触密封，因而增加由移动表面之间的摩擦引起的泵功率需求。适合于图1的增压泵是没有这种端密封的涡旋泵。没有端密封增加向后泄漏，这减少泵所需的功率，尤其是在较高入口压力时。

除了多头涡旋泵之外或者取代多头涡旋泵，可以使用这种涡旋泵。例如，涡旋泵的外部平行包角可以没有端密封，但是在泵的压缩级中存在端密封。

其它合适的增压泵是本领域技术人员已知的。

更详细地，主泵22配置成在其入口和出口之间提供第一压缩比。在图1中，其示出了使用中的真空系统，第一腔室通过主泵22排空到10 mbar，且主泵排空到大气压（1 bar）。因而，主泵的压缩比是100。增压泵配置成在其入口和出口之间提供第二压缩比。在图1中，第二腔室16排空到1 mbar，且增压泵排放到处于10 mbar的主泵入口。因而，增压泵24的压缩比是10。因此，主泵的压缩比大于增压泵的压缩比，在所示示例中其为更大的量级。

主泵还配置成在其入口和出口之间提供第一泵送容量或速度。在图1中，主泵可具有5800 sccm（标况毫升每分）的泵送速度。增压泵配置成在其入口和出口之间提供第二泵送容量。图1中，增压泵可具有1600 sccm的泵送速度。第一泵送容量小于第二泵送容量。在主泵和增压泵之间存在协作，这改进通过腔室的流量且允许另外的腔室被泵送。在这方面，从第一腔室到第二腔室的流量相对高，因为增压泵具有高泵送速度。因而，主泵可配置成主要实现良好的压缩比，因为所需泵送速度通过增压泵实现。类似地，在第一和第二腔室中实现的真空度主要由主泵实现，从而增压泵可以配置用于增加泵送速度，而不是压缩比（可允许下降）。主泵和增压泵串联连接，以便给次级泵26、28两者预抽真空。因此，两个次级泵都由主泵和增压泵两者预抽真空。在现有技术中，次级泵由单个主泵114预抽真空。此外，第一腔室104通过另外的主泵116排空。主泵114和116两者都必须配置成实现压缩比和所需泵送速度两者。因此，在现有技术装置中，存在一定量的浪费工作。在图1中，主泵和增压泵协作起作用，从而减少功率需求，同时还一起实现所需压缩比和所需泵送速度。

增压泵24与主泵22串联设置用于有差别地泵送多个真空腔室14、16例如在质谱仪系统中是有利的。增压泵不仅可以给次级泵26、28提供预抽真空，而且提供高的样品气体流量，尤其是在粘性压力状态时，在多于一个腔室处于该状态时。

更详细地，单个主泵通常不可能泵送高压真空腔室且给次级泵预抽真空，因为泵送高压腔室所需的入口压力通常过高，而不能给次级泵预抽真空。因而，如图2所示，需要两个主泵。第一主泵泵送第一真空腔室104，第二主泵给次级泵预抽真空。

在图1中，串联连接的主泵和增压泵的组合提供优于现有技术的多个优势。第一，实现增加的样品流率，因为该组合提供增加的泵送容量。第二，主泵22和增压泵24两者都可以连接用于泵送两个真空腔室14、16。在现有技术中，两个主泵仅仅能够泵送一个真空腔室。在该后一情况下，主泵和增压泵组合能够在增压泵的入口处泵送比图2所示任一主泵可能实现的压力更低的压力。因而，增压泵的入口可以连接到真空腔室且给次级泵预抽真空。另一个优势在于，与现有技术相比，可以在系统中设置附加有差别泵送的腔室，同时使用与现有技术相同数量的泵。

与图2所示的现有技术泵送装置不同，使用增压泵提供了增加的泵送性能，而不显著增加真空泵送装置的功率消耗或物理尺寸。

Claims

1. 一种真空系统，包括串联连接的多个真空腔室和用于有差别地泵送所述腔室的真空泵送装置，所述真空泵送装置包括：主泵，所述主泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第一个的入口和用于在大气压处或周围排放的出口；增压泵，所述增压泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第二个的入口和连接到主泵入口的出口；和次级泵，所述次级泵具有被连接用于泵送所述真空腔室中的第三个的入口和连接到增压泵入口的出口。

2. 根据权利要求1所述的真空系统，包括两个次级泵，分别用于泵送所述真空腔室中的第三个和第四个，所述两个次级泵的出口连接到增压泵的入口。

3. 根据权利要求2所述的真空系统，其中，所述真空腔室被连接以允许从第一真空腔室按顺序通过所述腔室的流体流。

4. 根据权利要求3所述的真空系统，其中，主泵和增压泵配置成以低真空度泵送相应第一和第二腔室，在至少第一腔室中发生粘性流动。

5. 根据权利要求4所述的真空系统，其中，主泵配置成在其入口和出口之间提供第一压缩比，增压泵配置成在其入口和出口之间提供第二压缩比，第一压缩比大于第二压缩比。

6. 根据权利要求5所述的真空系统，其中，主泵配置成在其入口和出口之间提供第一泵送容量，增压泵配置成在其入口和出口之间提供第二泵送容量，第一泵送容量小于第二泵送容量。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的真空系统，其中，增压泵是配置用于增加泵送容量且减少压缩比的涡旋泵。

8. 根据权利要求7所述的真空系统，其中，所述涡旋泵是多头涡旋泵和/或在其协作涡旋壁的至少一部分范围内没有端密封的涡旋泵。

9. 一种质谱仪系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的真空系统。