CN104685601B - 吸气泵 - Google Patents
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Abstract
一种吸气泵,其包括:壳体(21,21'),所述壳体的形状是带有回转轴线(24)的回转体;和多个吸气盒(22,23),所述多个吸气盒安装在所述吸气泵壳体(21,21')内,每个吸气盒(22,23)包括线性中心支撑件(221,231)和安装在所述线性中心支撑件(221,231)上的间隔开的吸气元件,包含线性中心支撑件(221,231)并平行于所述回转轴线(24)的平面被定义为吸气盒定向平面,垂直于所述回转轴线(24)并穿过线性中心支撑件(221,231)的中点的平面被定义为吸气盒定位平面(222,232),所述吸气盒定位平面(222,232)与线性中心支撑件(221,231)形成的角度(α,α')等于或小于30°。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的吸气泵,其包括多个吸气盒。
背景技术
单独使用或与其他类型的泵组合使用的吸气泵被广泛使用和知道,并被描述在各种文献中,例如申请人名下的国际专利申请WO 9858173、WO 2010/105944和WO 2009/118398中。
尽管吸气泵与其他类型的真空泵的组合在某些应用、比如真空下运行的表面科学系统和分析仪中提供了显著的优点,但是,当存在限制不允许这样的组合使用时优选使用单独的吸气泵,尤其是在诸如H2、CO、CO2的活性气体是主要气体源且惰性气体的泵送不是问题的时候更是如此。
EP 0742370和EP 0753663(两者都在申请人名下)描述了使用多个吸气材料盘片的特定类型的吸气泵,所述多个吸气材料盘片安装在中心支撑件上,而申请人名下的US6149392描述了一种包含多个这样的元件的泵,这三篇文献的教导和内容通过引入结合在本文中。
在US 6149392中,人们认识到,对于一些应用,具有高的气体吸附速度比高的气体吸附能力更重要且更关键,典型的例子是粒子加速器的情况,其中,有多个真空泵安装在加速器的不同部分上,以在整个长度上提供充足的真空度。
发明内容
发明人已经进一步研究了该问题,并发现能够进一步改善泵送速度的替代且不同的构造。在第一个方面,本发明在于一种吸气泵,其包括:壳体,所述壳体的形状是回转体;和多个吸气盒,所述多个吸气盒安装在所述吸气泵壳体内,每个吸气盒包括线性中心支撑件和安装在所述线性中心支撑件上的间隔开的吸气元件。包含线性中心支撑件并平行于所述回转体轴线的平面被定义为吸气盒"定向平面",垂直于壳体轴线并穿过线性中心支撑件的中点的平面被定义为吸气盒"定位平面",所述吸气泵的特征在于,由定位平面与线性中心支撑件形成的角度等于或小于30°,优选地等于或小于10°。
表述"回转体"用来包括通过使一平面区域绕位于同一平面中的一给定轴线旋转而得到的所有立体图形,所述给定轴线也被定义为"回转轴线"。在本发明共同的且最有用的实施例中,所述回转体为圆柱体,而其他有用形状是圆锥体或截锥体或它们的组合。此外,为了本发明的目的,考虑到回转体是理想形状,而泵壳体是实物,与该理想几何回转形状的微小偏差仍在其广度和范围之内。
鉴于在最优选的实施例中所述回转体为圆柱体,在下面的实例中,对于吸气泵壳体将特别参考该形状,但是这仅被视为作为用于吸气泵外壳体的适合的几何形状的回转体的广义概念的非限制性实施例。
附图说明
本发明将借助于下面的附图进一步说明,其中:
图1显示了依照现有技术的吸气盒的示意图,所述吸气盒在本文中用作依照本发明的吸气泵中的组成元件;
图1A显示了依照现有技术的吸气盒的变形的示意图;
图2显示了依照本发明的吸气泵的实施例的横截面图;
图3显示了依照本发明的吸气泵的实施例的俯视图;
图3A显示了图3中所描绘的实施例的变形的俯视图。
具体实施方式
在这些图中,元件的尺寸和尺寸比例可能是不正确的,在有些情况下,例如在图1中,为了改善图的可理解性,相对于中心轴直径,盘片形式的间隔开的吸气元件的直径已经被改变。
依照本发明的吸气泵构想存在多个吸气盒,例如图1中示意性显示的吸气盒,每个吸气盒10具有用作支撑件的中心轴11和典型地且最优选地具有盘片形状的多个间隔开的吸气元件12、12'、……12n。在图1中,没有显示将吸气盘片固定到中心轴上的装置,所述装置对于理解本发明来说不是必需的,并且在本领域技术人员的知识内。
如图1A所示,适于在依照本发明的吸气泵中使用的替代的吸气盒100可以具有吸气盘片,所述吸气盘片不是等距离间隔开的,而是在末端或在盘片堆叠内可以存在一定间隙/空隙。如果存在吸气盒本身或诸如供电电缆或馈入装置的其他元件带来的妨碍需要考虑的话,这些空间是有用的。所以,具有多个大致等距离间隔开的吸气元件的吸气盒仅是在依照本发明的泵中使用的适合的吸气盒的优选且非限制性的例子。
吸气盒的特征和特性将不进行更详细描述,因为本领域技术人员拥有该知识,况且还有一些细节和信息存在于已经提到的EP 0742370和EP 0753663中。在本发明中,充当吸气元件的支撑件的轴11需要为线性的,例如图1中、EP 0742370中、EP 0753663中以及US6149392中所示,而诸如WO 9858173中所示的构造将是不适合的。用于该线性轴/支撑件的最有用的形状是圆柱形。
还应当注意,本发明不局限于特定的吸气材料,而是任何适合的能够吸收气体并借助于热处理被重新激活的材料都可以采用并落入用于本发明的范围和目的的吸气材料的限定之内。这样的材料的知识和特性对本领域技术人员来说都是可以得到的,并且可以容易地从各种来源检索到,例如上面提到的EP 0742370。特别有利的是吸气金属或合金,包括至少30%的钛、锆、钇中的一种或多种。
发明人在试图利用多个吸气盒进一步改善吸气泵的速度的过程中已经发现能够相对于US 6149392中所描述的提供改善的特定构造。
尤其是,图2显示了依照本发明的吸气泵的一部分的纵向横截面图。该吸气泵部分20具有由两个侧壁21和21'限定的圆柱形壳体,其几何形状进一步由回转轴线24限定。在壳体内装有两个吸气盒22和23,每个吸气盒自身的定位平面222和232垂直于该回转轴线24并穿过吸气盒支撑件221和231的中点。由每个定位平面与每个吸气盒线性支撑件221和231形成的角度分别用α和α'指示。对于依照本发明的吸气泵来说必需的是,这些角度不高于30°、优选小于10°。
图2所述的吸气泵具有带有两个不同定位平面、即距离大于1.5cm的两个定位平面的两个吸气盒;由于根据定义,定位平面彼此平行,所以它们的距离可以容易地确定。
定位平面的距离小于1.5cm的吸气盒被认为是大致在同一平面中的吸气盒,该同一平面将被定义为吸气"子组件平面",且与位于大致同一平面中的吸气盒的最下面的定位平面(即相对于流动方向在上游的平面)一致。
在图2中,没有显示将吸气盒连接到壳体上的装置,因为它们对于本领域技术人员来说都是常见的且普遍知道的,例如焊接。关于此,重要的是强调线性中心支撑件的末端部分可能被弯曲以易于固定到壳体上,由此中心支撑件必须至少在保持吸气盘片的部分是线性的。
关于适于在依照本发明的吸气泵结构中使用的吸气盒,具有长度在4cm到30cm之间的线性中心支撑件的那些吸气盒在盘片保持部分中每厘米保持2到7个吸气盘片。
此外,也没有显示吸气泵外部的附加元件,例如电源和控制元件,因为它们都是常见的。它们的目的通常是向吸气盒的线性中心支撑件供给电流,以便通过加热支撑件而使吸气盘片被重新激活。关于加热,替代性地,其可以由加热吸气泵的壳体的外部源提供,该外部源可以已经存在于吸气泵所安装的系统中,因为该系统经常构想存在烘烤系统,所述烘烤系统有时也能够有利地用来加热和激活吸气泵。
关于优选为圆柱形的壳体,有两个优选实施例。在第一个优选实施例中,壳体在一个端部由金属基部封闭,所述金属基部通常用与侧壁相同的材料制成,并且在另一端部由标准真空法兰封闭。
在第二个优选实施例中,壳体仅仅由侧壁限定,在该构造中,吸气泵具有端部敞开的壳体,从而气体分子可以横穿该吸气泵。当该吸气泵可直接地集成(例如同轴地)到系统中而不是作为附加元件时,例如在粒子加速器的壁部分用带有依照第二个优选实施例制成的壳体的依照本发明的吸气泵替代的情况下,该构造是有用的。该吸气泵构造允许在粒子加速器的主要部分内部分配大的吸附速度和能力,而不会干涉经过其的任何粒子或电子束。
即使依照本发明的吸气泵最适合用作单独的泵,其也可以在与其他类型的泵耦合的泵送系统中使用,其他类型的泵为例如涡轮分子泵、溅射离子泵(SIP)、低温泵、或其他NEG(非蒸发性吸气)泵。
图3中显示了带有处于同一吸气子组件平面中的吸气盒的吸气泵的俯视图。吸气泵30具有圆柱形壳体31和以三角形布置位于该同一吸气子组件平面中的三个吸气盒32、33、34。用于吸气盒32和33的吸气盒定向平面形成角度β,用于吸气盒32和34的吸气盒定向平面形成角度β',用于吸气盒33和34的吸气盒定向平面形成角度β"。在图3所示的实施例中,近似地,β=β'=β"=60°。
应当注意,图3仅仅是代表性的,该三角形可以不是等边三角形。这也适用于位于同一吸气子组件平面中的吸气盒的尺寸和数量,例如,它们的长度可以不同并导致不同的多边形几何形状,其中顶点由吸气盒定向平面的所有可能的交点限定。这样的多边形实现了优选的条件,即由用于位于同一子组件平面中的吸气盒的定向平面形成的所有角度小于130°,更优选地等于或小于90°。
图3A中描绘了图3所示的实施例的引人关注的变形,显示了由两个吸气盒330、340和一个标准吸气盒320制成的吸气泵300的俯视图,在吸气盒330、340中,一些吸气盘片不存在(如图1A所示的吸气盒),在标准吸气盒320中,盘片大体上等距离间隔开/均匀间隔开。
通过比较使用相同数量的吸气盒的系统,结果,相对于标准吸气盒,能力和速度减少。但是优点是,在吸气盒放置方面有更多的灵活性,允许考虑壳体或几何形状约束,并因而允许在泵中放置更高数量的吸气盒,最终导致泵技术特性上的全面改善。
在依照本发明的吸气泵中,特别有用的是在多个吸气子组件平面中具有多个吸气盒。吸气子组件平面的数量由吸气泵壳体的长度决定,所述数量优选在每米40到80个之间,据此按比例用于长度小于1米的壳体。
每个子组件平面可以具有根据不同构造布置的不同数量的吸气盒。在这种情况下,优选的是,不同吸气子组件平面中的相邻多边形顶点不与回转轴线平行地对齐,而是连接位于不同子组件平面中的相邻多边形顶点的线与子组件平面本身(这些子组件平面彼此平行)形成的角度等于或小于80°,优选地小于60°。
本发明将借助于下面的非限制性实例进一步说明。
实例1
制备一套吸气盒,每个吸气盒包括具有1.3mm间隔的39个盘片。用于盘片的吸气材料是由本申请人以商标名称"St 172"出售的Zr(82wt%)-V(14.8wt%)-Fe(3.2wt%)合金。盘片具有1mm的厚度及25.4mm的直径。在吸气盒的末端部分处,有24.8mm没有吸气元件,由此,线性支撑件的总长度是140mm。
对依照本发明的泵进行泵送速度的评估,所述泵由高度为140mm、直径为160mm的圆柱形壳体构成,一个端部由基部封闭,相对的另一端部由真空法兰封闭。六个吸气盒布置到两个不同的子组件平面中,两个子组件平面之间具有3cm的距离,位于同一子组件平面中的用于吸气盒的吸气盒定向平面形成等边三角形,由连接位于不同吸气子组件平面中的相邻多边形顶点的线形成的角度为约23°。评估结果得出高于2500l/s的泵送速度。
实例2(比较)
使用来自实例1的同一套的其他吸气盒来评估依照现有技术的吸气泵的泵送速度。封闭式吸气泵壳体具有与实例1中相同的直径和高度,但是吸气盒以使得由定位平面与线性中心支撑件形成的角度为90°的方式安装,即线性支撑件平行于壳体的壁,并且吸气盒设置在壳体的外周周围,彼此之间等距离间隔开。在该实例中,评估结果提供低于2200l/s的泵送速度。
Claims (22)
1.一种吸气泵,其包括:壳体(21,21';31),所述壳体的形状是带有回转轴线(24)的回转体;和安装在所述吸气泵壳体(21,21';31)内的多个吸气盒(10;22,23;32,33,34;320,330,340),每个吸气盒包括线性中心支撑件(11;221,231)和安装在所述线性中心支撑件(11;221,231)上的间隔开的吸气元件(12,12',……,12n),包含线性中心支撑件(11;221,231)并平行于所述回转轴线(24)的平面被定义为吸气盒定向平面,垂直于所述回转轴线(24)并穿过线性中心支撑件(11;221,231)的中点的平面被定义为吸气盒定位平面(222,232),其特征在于,所述吸气盒定位平面(222,232)与线性中心支撑件(11;221,231)形成的角度(α,α')等于或小于30°。
2.如权利要求1所述的吸气泵,其中,所述吸气盒定位平面(222,232)与线性中心支撑件(11;221,231)形成的所述角度(α,α')等于或小于10°。
3.如权利要求1所述的吸气泵,其中,所述回转体选自由圆柱体、圆锥体、截锥体构成的组。
4.如权利要求1-3中任一项所述的吸气泵,其中,所述间隔开的吸气元件(12,12',……,12n)由包括至少30%的钛、锆、钇中的一种或多种的合金或金属制成。
5.如权利要求1-3中任一项所述的吸气泵,其中,所述线性中心支撑件(11;221,231)具有在4cm到30cm之间的长度,并且每一厘米承载2到7个吸气元件(12,12',……,12n)。
6.如权利要求1-3中任一项所述的吸气泵,其中,所述壳体(31)在一个端部由一基部封闭,在相对的另一端部由一真空法兰封闭。
7.如权利要求1-3中任一项所述的吸气泵,其中,所述壳体(21,21';31)是端部敞开的。
8.如权利要求1-3中任一项所述的吸气泵,其中,至少两个吸气盒的定位平面具有小于1.5cm的距离,由此所述两个吸气盒大致位于同一定位平面中,该同一定位平面被定义为吸气子组件平面。
9.如权利要求8所述的吸气泵,其中,由位于同一吸气子组件平面中的吸气盒的定向平面形成的多边形在顶点处的角度(β,β',β")等于或小于130°。
10.如权利要求9所述的吸气泵,其中,所述多边形在顶点处的角度(β,β',β")等于或小于90°。
11.如权利要求9所述的吸气泵,其中,同一吸气子组件平面包括以三角形构造布置的三个吸气盒(32,33,34)。
12.如权利要求10所述的吸气泵,其中,同一吸气子组件平面包括以三角形构造布置的三个吸气盒(32,33,34)。
13.如权利要求9所述的吸气泵,其中,同一吸气子组件平面包括以正方形构造布置的四个吸气盒。
14.如权利要求10所述的吸气泵,其中,同一吸气子组件平面包括以正方形构造布置的四个吸气盒。
15.如权利要求9-14中任一项所述的吸气泵,其中,连接位于不同吸气子组件平面中的相邻多边形顶点的线与吸气子组件平面本身形成的角度等于或小于80°。
16.如权利要求15所述的吸气泵,其中,连接位于不同吸气子组件平面中的相邻多边形顶点的线与吸气子组件平面本身形成的角度小于60°。
17.如权利要求9-14中任一项所述的吸气泵,其中,每米长度泵壳体(31)的吸气子组件平面的数量在40到80个之间。
18.如权利要求8所述的吸气泵,其中,每米长度泵壳体(31)的吸气子组件平面的数量在40到80个之间。
19.如权利要求15所述的吸气泵,其中,每米长度泵壳体(31)的吸气子组件平面的数量在40到80个之间。
20.如权利要求16所述的吸气泵,其中,每米长度泵壳体(31)的吸气子组件平面的数量在40到80个之间。
21.一种如权利要求1所述的吸气泵在包括不同类型的真空泵的泵送系统中的使用。
22.如权利要求21所述的吸气泵在包括不同类型的真空泵的泵送系统中的使用,其中,所述真空泵包括选自由溅射离子泵、涡轮分子泵、低温泵、NEG泵构成的组的真空泵。
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