EP3924625A1 - Pompe à vide primaire de type sèche - Google Patents

Pompe à vide primaire de type sèche

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EP3924625A1
EP3924625A1 EP20701063.8A EP20701063A EP3924625A1 EP 3924625 A1 EP3924625 A1 EP 3924625A1 EP 20701063 A EP20701063 A EP 20701063A EP 3924625 A1 EP3924625 A1 EP 3924625A1
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EP
European Patent Office
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vacuum pump
purge gas
duct
heated
stage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20701063.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Paul DECORDE
Antoine DENGREVILLE
Pierrick GODINAT
Yannick GRENIER
Thierry Neel
Yann LEMARQUAND
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Pfeiffer Vacuum SAS
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum SAS filed Critical Pfeiffer Vacuum SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04C2280/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion
    • F04C2280/02—Preventing solid deposits in pumps, e.g. in vacuum pumps with chemical vapour deposition [CVD] processes

Definitions

  • the present invention relates to a primary vacuum pump of the dry type such as of the “Roots” or “Claw” or screw type.
  • Primary vacuum pumps of the dry type have several pumping stages in series in which a gas to be pumped circulates between a suction and a discharge.
  • a gas to be pumped circulates between a suction and a discharge.
  • rotary lobes also known under the name “Roots” or those with spout, also known under the name “Claw” or else those with screws.
  • These vacuum pumps are called “dry” because in operation, the rotors rotate inside a stator without any mechanical contact between them or with the stator, which means that no oil is used in the pumping stages. .
  • Certain primary vacuum pumps are employed in processes using chemistries which generate solid by-products, for example in the form of powder, paste or pieces. This is the case, for example, with certain manufacturing processes for semiconductors, photovoltaic screens, flat screens or LEDs. These solid or condensable by-products can be sucked in by the vacuum pump and alter its operation, in particular by hampering the rotation of the rotors or even preventing it completely in the worst case. Certain applications also release potentially explosive and / or flammable by-products or gases, such as H 2 , SiH 4 , TEOS.
  • the pumped gases are generally diluted by a purge gas injected into the vacuum pump.
  • Nitrogen is usually injected through injection nozzles distributed along the vacuum pump, at each pumping stage. It may sometimes be necessary to also purge the pipe located downstream of the vacuum pump by injecting an additional purge gas, sometimes heated, to prevent these gases from condensing at the outlet of the vacuum pump, in the pipes or the pipes.
  • gas treatment systems also called abatement systems.
  • An object of the present invention is to improve the efficiency of the purging of the vacuum pump. Another object of the present invention is to reduce the costs associated with purging the pumped gases.
  • the invention relates to a primary vacuum pump of the dry type comprising:
  • stator comprising at least two pumping stages connected in series between a suction and a discharge of the vacuum pump
  • a duct formed in the stator one inlet of which is intended to be connected to at least one source of purge gas and of which at least one outlet orifice communicates with the last pumping stage communicating with the discharge, and
  • a device for injecting a heated purge gas comprising a heater configured to at least partially heat the purge gas injected into the duct to a temperature above 40 ° C.
  • Heating part of the flow of the purge gas injected into the discharge pumping stage makes it possible to increase the flow of the purge gas injected significantly, without modifying the thermal balance of the vacuum pump.
  • the purge gas injected into the delivery pumping stage makes it possible to effectively dilute the pumped gases, in particular potentially explosive and / or flammable gases such as H 2 , SiH 4 , TEOS or condensable gases, such as sub - reaction products.
  • the dilution carried out at the level of the discharge pumping stage makes it possible to dilute the gases directly in the vacuum pump, as close as possible to the discharge, by eliminating the cold areas or too little diluted, between the vacuum pump and a point of prior art purge gas injection downstream of the vacuum pump.
  • the pumped gases are prevented from condensing in the pipes located downstream of the vacuum pump or in the gas treatment systems and in the vacuum pump.
  • the service life of the vacuum pump can be extended.
  • the purge gas injected directly into the vacuum pump is hotter when it reaches the pipes located downstream than if it had been heated with the same energy and injected directly into these pipes downstream.
  • the electricity consumption for heating the purge gas can therefore be reduced compared to an external heating solution, downstream of the vacuum pump.
  • the outlet of the duct communicates with at least one shaft passage of the stator communicating with the last pumping stage via a clearance between the shaft and the shaft passage.
  • the purge gas is thus diffused in the pumping stage, around the at least one shaft.
  • the duct communicates, for example, with the two shaft passages of the pumping stage.
  • the vacuum pump may further include at least one sealing device interposed between a lubricated bearing of the vacuum pump and the pumping stage, to seal a shaft passage.
  • the duct communicates with the shaft passage, between the sealing device and the pumping stage. The purge gas thus injected in front of the sealing device forms a barrier between the pumped gases and the sealing device, thereby increasing the service life of the latter.
  • the duct has a linear portion connected to the inlet orifice, the linear portion being interposed between the two shafts and communicating with two cavities in the shape of crescent moon, each cavity communicating with a passage of respective tree.
  • the purge gas is thus diffused into the pumping stage, around the trees, through the crescent-shaped cavities, in front of the sealing devices.
  • the device for injecting a heated purge gas may further include: a temperature sensor in fluid communication with the purge gas heated by the heating device, and
  • a controller connected to a power supply for the heating device and to the temperature sensor, to control the temperature of the purge gas.
  • the power supply can thus be controlled at a given temperature setpoint, depending on the temperature measurement made by the temperature probe.
  • the power of the purge gas heating can thus be adapted automatically as a function of the purge gas flow rate and the temperature setpoint requested.
  • the controller can also cut off the injection of a purge gas by the device for injecting a heated purge gas if it finds a temperature fault. It is in fact preferable not to over-dilute if the surplus purge gas cannot be heated, as this would modify the thermal equilibrium of the vacuum pump, which would risk allowing for example the deposition of condensable species.
  • the device for injecting a heated purge gas may further include a flow regulator, for example manual, to adjust the flow of the purge gas, as well as a flow measurement device configured to measure the gas flow. injected purge.
  • a flow regulator for example manual, to adjust the flow of the purge gas
  • a flow measurement device configured to measure the gas flow. injected purge.
  • the output of the flow measurement device can also be connected to the controller which can, for example, cut off the power to the heater if it notices an absence of flow or a flow of purge gas that is too low.
  • the device for injecting a heated purge gas can be configured so that the portion of the flow of heated purge gas is, for example, between 10% and 100% of the purge gas injected into the pipe.
  • a mixture between on the one hand, an unheated purge gas (between 0 and 90%) and on the other hand, a heated purge gas (between 10 and 100%) is thus injected into the pipe.
  • the device for injecting a heated purge gas can be configured so that the flow rate of the heated purge gas is, for example, greater than 33.8 Pa.m 3 / s.
  • the heater can be configured to heat the purge gas to a temperature below 200 ° C.
  • the heating device comprises a heating cartridge comprising resistive heating elements arranged in a tube between an inlet and an outlet of the tube in which a purge gas is intended to circulate in order to be heated.
  • the heating cartridge is advantageously placed as close as possible to the inlet of the duct, for example by means of a thermally insulated pipe
  • the vacuum pump may include a cooling circuit at least partially integrated in the stator and surrounding the duct.
  • the stator is not overheated due to the injection of the hot purge gas in particular because it can be controlled in temperature by means of the cooling circuit.
  • the vacuum pump may further include a bearing purge duct formed in the stator, intended to be connected to a source of purge gas, and opening into at least one bearing of the vacuum pump.
  • the vacuum pump may further include at least one stage purge duct formed in the stator, intended to be connected to a source of purge gas, and opening into an inter-stage channel connecting the output of a stage of pumping to an inlet of the following pumping stage.
  • the vacuum pump comprises a distributor intended to be connected, on the one hand, to a source of purge gas and, on the other hand, to the bearing purge duct, to the duct (s). stage drain, to the duct and to a pipe connected to an outlet of the heater.
  • the vacuum pump may further include an additional heater configured to heat at least a portion of the purge gas delivered by the distributor.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a vertical longitudinal section of elements of a dry vacuum pump according to the invention.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the elements of the vacuum pump of Figure 1 at a pump stage.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a horizontal longitudinal section of the elements of the vacuum pump of Figure 1.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the elements of the vacuum pump of Figure 1 at a first support of the vacuum pump.
  • FIG. 5 shows a schematic view of a device for injecting a heated purge gas.
  • FIG.6 shows a schematic longitudinal sectional view of a heater for the injection device of a heated purge gas.
  • FIG.7 shows another schematic representation of the vacuum pump.
  • a primary vacuum pump is defined as a positive displacement vacuum pump, which is configured to, using two rotors, suck, transfer and then discharge the gas to be pumped at atmospheric pressure.
  • the rotors are carried by two shafts driven in rotation by a motor of the primary vacuum pump.
  • the primary vacuum pump can be started from atmospheric pressure.
  • upstream is understood to mean an element which is placed before another relative to the direction of circulation of the gas to be pumped.
  • downstream is understood to mean an element placed after another relative to the direction of flow of the gas to be pumped, the element located upstream in the direction of pumping of the gases being at a lower pressure than the gas flow. element located downstream.
  • the primary vacuum pump 1 of the dry type comprises a stator 2 comprising at least two pumping stages 3a-3e connected in series between a suction 4 and a discharge 5 and two rotors 6 arranged in the at least two pumping stages 3a-3e ( Figure 1).
  • the stator 2 is defined by all the static parts of the vacuum pump 1, in particular forming the chambers of the pumping stages 3a-3e.
  • the rotors 6 are carried by shafts 7 configured to rotate in a synchronized manner in the opposite direction to drive a gas to be pumped between the suction 4 and the discharge 5.
  • the shafts 7 are driven by a motor 8 of the vacuum pump 1.
  • the rotors 6 have, for example, lobes of identical profiles, for example of the "Roots” type ( Figure 2) or of the "Claw” type or are of the screw type or another similar principle of a positive displacement vacuum pump.
  • the vacuum pump 1 comprises for example five pumping stages 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, in which a gas to be pumped can circulate.
  • Each pumping stage 3a, 3b, 3c, 3d, 3e is formed by a chamber receiving the rotors 6, the chambers comprising a respective inlet and outlet.
  • the successive pumping stages 3a-3e are connected in series one after the other by respective inter-stage channels 9 connecting the outlet of the preceding pumping stage 3a-3d to the inlet of the pumping stage. pumping 3b-3e which follows.
  • the inlet of the first pumping stage 3a (also called the low pressure pumping stage) communicates with the suction 4 of the vacuum pump 1.
  • the output of the last pumping stage 3e (also called the high pressure pumping stage or discharge pumping), communicates with discharge 5.
  • the pumping stages 3b-3c-3d interposed between the high pressure pumping stage 3e and the low pressure pumping stage 3a are called intermediate pumping stages.
  • the vacuum pump 1 is a primary vacuum pump that can be started at atmospheric pressure and configured to deliver the pumped gases at atmospheric pressure.
  • the motor 8 driving the shafts 7 is for example located at one end of the vacuum pump 1, for example on the side of the last pumping stage 3e.
  • the vacuum pump 1 may include at least one lubricant casing 10.
  • the lubricant such as grease and / or oil, makes it possible to lubricate in particular the bearings of the bearings 11 supporting the shafts 7 of the rotors 6 and the gears 12. synchronization of shafts 7 ( Figure 3).
  • the vacuum pump 1 comprises for example a lubricant casing 10 arranged between the motor 8 and the first or the last pumping stage 3a or 3e.
  • the bearings 11 of the shafts 7 can be lubricated by grease at the other end of the vacuum pump 1 or by a second lubricant sump.
  • At least one lubricant sealing device 13a, 13b can be interposed between a lubricated bearing 11 and a pumping stage 3e, 3a in order to seal a shaft passage 14a, 14b.
  • the sealing devices 13a, 13b create a very low conductance in the shaft passages 14a, 14b, around the rotating shafts 7, making it possible to greatly limit the passage of lubricating fluids, in particular from the lubricant casing 10 to the pumping stages. 3a-3e secs while allowing shafts 7 to turn.
  • Each sealing device 13a, 13b comprises for example at least one seal, such as two, surrounding a shaft 7 ( Figure 3).
  • the seal is for example a so-called lip seal, a labyrinth seal or a baffle or a combination of these embodiments.
  • the vacuum pump 1 further comprises a device for injecting a heated purge gas 15 and a conduit 16.
  • the conduit 16 is formed in the stator 2.
  • An inlet port 16a of the conduit 16 is intended to be connected to at least one source of purge gas.
  • the conduit 16 has at least one outlet 16b, 16c, which communicates with the last pumping stage 3e which communicates with the discharge 5, to inject a purge gas, such as nitrogen, into the pumping stage 3rd pushback.
  • the outlet of the duct opens out from the stator 2, for example directly into the last pumping stage 3e, in the housing receiving the rotors 6 (not shown).
  • the outlet orifice 16b, 16c of the duct 16 communicates with at least one shaft passage 14a, 14b, communicating with the last pumping stage 3e via a clearance between the shaft 7 and the passage shaft 14a, 14b of stator 2.
  • the duct 16 thus passes through the stator 2 to convey the purge gas in the pumping stage 3e through the at least one shaft passage 14a, 14b.
  • the purge gas is thus diffused around the at least one shaft 7 in the pumping stage 3e.
  • the conduit 16 communicates with the at least shaft passage 14a, 14b, between the sealing device 13a, 13b and the pumping stage 3e.
  • the purge gas thus injected in front of the sealing devices 13a, 13b makes it possible to form a barrier between the pumped gases and the sealing devices 13a, 13b, which makes it possible to increase the service life of the latter.
  • the conduit 16 can be made in a first support 17 (or high pressure support) of the stator 2 arranged against the 3rd high pressure pumping stage ( Figures 1 and 3).
  • the conduit 16 communicates for example with the two shaft passages 14a, 14b of the 3rd pumping stage ( Figure 4).
  • the duct 16 is produced by machining. It has for example a linear portion 18 connected to the inlet orifice 16a.
  • the linear portion 18 is perpendicular to the axis of the shafts 7 and interposed between the two shafts 7.
  • the linear portion 18 communicates with two cavities 20a, 20b, here in the shape of a crescent moon.
  • the diameter of the moon is significantly smaller than that of the shaft passage 14a, 14b.
  • the crescent moons are connected back to back by the linear portion 18.
  • Each cavity 20a, 20b communicates with a shaft passage 14a, 14b respective to the level of the outlet orifices 16a, 16b of the duct 16.
  • the purge gas is thus diffused into the pumping stage 3e, around the shafts 7, through the cavities 20a, 20b in the shape of a crescent moon, in front of the devices of sealing 13a, 13b.
  • the inlet port 16a of the linear portion 18 opening out to the outside of the stator 2 is for example connected by at least one pipe 21a, 21b, such as flexible, to a connector 22, for example mounted on a frame of vacuum pump 1 and intended to be connected to a purge gas source, external to vacuum pump 1.
  • the device for injecting a heated purge gas 15 includes a heater 24 configured to at least partially heat the purge gas injected into the conduit 16, to a temperature above 40 ° C.
  • the heating temperature is for example less than 200 ° C.
  • a temperature set point for heating the purge gas is provided for of 100 ° C.
  • the portion of the flow of heated purge gas injected into the conduit 16 is for example between 10% and 100%.
  • the flow rate of the heated purge gas is for example greater than 20slm (i.e. 33.8Pa.m 3 / s) and for example less than 200slm (i.e. 338Pa.m 3 / s), such as 120slm (i.e. 202.7Pa.m 3 / s).
  • a mixture of heated purge gas and unheated purge gas can thus be injected into line 16.
  • the heated purge gas flow rate is 60slm (i.e. 101.35Pa.m 3 / s) and the flow rate unheated purge gas is also 60slm.
  • Heating part of the flow of the purge gas injected into the delivery pumping stage 3e makes it possible to increase the flow of the purge gas injected significantly, without modifying the thermal balance of the vacuum pump 1.
  • the mixing of the potentially unheated purge gas and the heated purge gas, injected at the at least one shaft passage 14a, 14b allows the flow of the purge gas to be increased significantly to effectively dilute the gases.
  • pumped, in particular potentially explosive and / or flammable gases such as H 2 , SiH 4 , TEOS or condensable gases, such as reaction by-products.
  • the dilution carried out at the level of the delivery pumping stage 3e makes it possible to dilute the gases directly in the vacuum pump 1, as close as possible to the discharge 5.
  • the service life of the vacuum pump can be extended.
  • the purge gas injected directly into the vacuum pump 1 is hotter when it reaches the downstream pipes than if it had been heated with the same energy and injected directly into these downstream pipes.
  • the electricity consumption for heating the purge gas can therefore be reduced compared to an external heating solution, downstream of the vacuum pump 1.
  • the vacuum pump 1 comprises a cooling circuit 25 for cooling the stator 2 (FIG. 4).
  • the cooling circuit 25 comprises for example a hydraulic circuit allowing the circulation of water, for example at room temperature.
  • the cooling circuit 25 is for example at least partially integrated in the stator 2, for example in the first support 17 in which the duct 16 is provided. It has for example a "U" shape surrounding the duct 16.
  • the stator 2 is not overheated due to the injection of hot purge gas in particular because it can be controlled in temperature by means of the cooling circuit 25. .
  • the heating device 24 comprises a heating cartridge comprising resistive heating elements 26 arranged in a tube 27 between an inlet 27a and an outlet 27b of the tube 27 in which a Purge gas is intended to flow to be heated.
  • the heating cartridge is advantageously placed as close as possible to the inlet port 16a of the duct 16.
  • the pipe 21b connecting the outlet 27b of the tube 27 of the heating cartridge to the pipe 16 of the vacuum pump 1 is for example thermally insulated.
  • the device for injecting a heated purge gas 15 further comprises a temperature sensor 28 in communication. fluidic with the purge gas heated by the heater 24 and a controller 30, such as an electronic board, connected to a power supply of the heater 24 and to the temperature probe 28.
  • the controller 30 is configured to control the temperature. purge gas heating temperature.
  • the temperature probe 28, such as a thermocouple, is for example arranged at one end of the tube 27 on the side of the output 27b and the supply of the resistive heating elements 26, for example in current, passes through the other end of the tube 27 on the side of the inlet 27a, through a sealed passage 31.
  • the supply can thus be controlled at a given temperature setpoint, as a function of the temperature measurement carried out by the temperature probe 28.
  • the power of the purge gas heating in the heating cartridge can thus adapt automatically according to the temperature. purge gas flow rate and the temperature setpoint requested.
  • the controller 30 can further cut off the injection of a purge gas by the heated purge gas injection device 15 if it finds a temperature fault. It is in fact preferable not to over-dilute if the surplus purge gas cannot be heated because this would modify the thermal equilibrium of the vacuum pump 1, which would risk allowing for example the deposition of condensable species.
  • the device for injecting a heated purge gas 15 may further comprise a flow regulator 32, for example manual, for adjusting the flow of the purge gas, as well as a flow measuring device 33 configured to measure the flow rate. flow of injected purge gas.
  • the output of the flow measurement device 33 can also be connected to the controller 30 which can, for example, cut off the heating power supply if it finds an absence of flow or a purge flow that is too low.
  • the flow regulator 32 and the flow measuring device 33 are for example arranged upstream of the heating device 24 in the direction of flow of the purge gas going from the purge gas source to the heating device 24 (see arrows in Figure 5).
  • An isolation valve 34 can be arranged upstream of the heating device 24, for example between the flow regulator 32 and the flow measuring device 33.
  • the device for injecting a heated purge gas 15 is for example mounted on the frame of the vacuum pump 1 supporting the stator 2.
  • the vacuum pump 1 can also include a bearing purge duct 35 formed in the stator 2, and opening into at least one bearing 11 of the vacuum pump 1 and / or at least one stage purge duct 36, formed in the stator 2, and opening into an inter-stage channel 9 connecting the outlet of a pumping stage 3a-3d to an inlet of the pumping stage 3b-3e which follows, to distribute a purge gas in all or part of the inter-stage channels 9 ( Figure 1).
  • the bearing purge duct 35 passes through the stator 2 to convey the purge gas into the at least one bearing 11 receiving the bearings.
  • the bearing purge duct 35 is provided in a second support 37 (or low pressure support) of the stator 2 in which the bearings 11 are mounted ( Figures 1 and 3).
  • the second support 37 is arranged against the low pressure pumping stage 3a.
  • the bearing purge duct 35 communicates for example with the two bearings 11.
  • the bearing purge duct 35 has a first linear portion, perpendicular to the axis of the shafts 7 and interposed between the two shafts 7.
  • the first linear portion communicates with a second linear portion whose ends communicate with a respective bearing 11 ( Figure 3).
  • the stage purge duct 36 passes through the stator 2 to convey the purge gas to the level of at least one inter-stage channel 9.
  • the vacuum pump 1 comprises for example three stage purge ducts 36 opening into a respective inter-stage channel 9, for example near the outlet of the pumping stage 3b-3d.
  • the bearing purge conduit 35, the stage purge conduits 36, the conduit 16 and the pipe 21b connected to the outlet 27b of the heater 24 are intended to be connected to a source of purge gas, external to the vacuum pump 1, for example via a distributor 38 ( Figure 7).
  • the distributor 38 comprises a common trunk 38a connected to a first and a second branch 38b, 38c.
  • the first branch 38b connects the common trunk 38a to the bearing purge duct 35 formed in the second support 37 of the stator 2.
  • the second branch 38c is connected by pipes 38d, 38e to the stage purge ducts 36 and to the duct 16 .
  • the inlet of the common trunk 38a is intended to be connected to a source of purge gas, such as nitrogen.
  • a first isolation valve and a regulator are for example arranged on the common trunk 38a, a second isolation valve can be arranged on the first branch 38b and a third isolation valve can be arranged on the second branch 38c. It is thus possible to ensure a purge adapted to the nature of the pumped gases. For example, only the bearings 11 are purged in the case of pumping non-condensable and / or non-flammable gases.
  • the first branch 38b and the three conduits 38d connected to the stage purge conduits 36 are for example provided with injection nozzles or nozzles making it possible to define a purge flow rate in the bearing purge conduit 35 and in each conduit. stage 36.
  • the pipe 38e connected to the pipe 16 may also include an injection nozzle or nozzle, arranged upstream of the intersection of the pipe 38e with the pipe 21b connected to the outlet of the heating device 24 in the direction of flow of the purge gas.
  • the purge gas injected into distributor 38 via line 38e, bearing purge conduit 35, and stage purge conduits 36 may not be heated.
  • the vacuum pump 1 may include an additional heating device 39 configured to heat at least in part the purge gas distributed by the distributor 38, in the first and / or the second branch 38b, 38c and / or in the pipe. 38e connected to pipe 16 and pipe 21 b.
  • the additional heating device 39 is for example arranged on the second branch 38c connected to the pipes 38d, 38e.
  • This heating can be independent of the heating of the purge gas by the heating device 24.
  • the flow rate and / or the temperature can be controlled independently for each pumping stage 3b-3e and for the bearings 11 of the second support 37, or at least independently of the flow rate and the temperature of the purge gas injected by means of the device for injecting a heated purge gas 15.

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Abstract

Pompe à vide (1) primaire de type sèche comportant un conduit formé dans le stator (2) dont un orifice d'entrée est destiné à être relié à au moins une source de gaz de purge et dont au moins un orifice de sortie communique avec le dernier étage de pompage (3e) communiquant avec le refoulement (5) et un dispositif d'injection d'un gaz de purge chauffé (15) comportant un dispositif de chauffage (24) configuré pour chauffer au moins en partie le gaz de purge injecté dans le conduit à une température supérieure à 40°C.

Description

Description
Titre de l’invention : Pompe à vide primaire de type sèche
La présente invention concerne une pompe à vide primaire de type sèche telle que de type « Roots » ou « Claw » ou à vis.
Les pompes à vide primaire de type sèche comportent plusieurs étages de pompage en série dans lesquels circule un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement. On distingue parmi les pompes à vide primaire connues, celles à lobes rotatifs également connues sous le nom « Roots » ou celles à bec, également connues sous le nom « Claw » ou encore celles à vis. Ces pompes à vide sont dites « sèches » car en fonctionnement, les rotors tournent à l’intérieur d’un stator sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage.
Certaines pompes à vide primaire sont employées dans des procédés utilisant des chimies génératrices de sous-produits solides par exemple sous forme de poudre, pâte ou morceaux. C’est le cas par exemple de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, d’écrans photovoltaïques, d’écrans plats ou de LED. Ces sous- produits solides ou condensables peuvent être aspirés par la pompe à vide et altérer son fonctionnement, notamment en gênant la rotation des rotors voire en l’empêchant totalement dans le pire des cas. Certaines applications libèrent également des sous- produits ou des gaz potentiellement explosifs et/ou inflammables, tel que H2, SiH4, TEOS.
Pour limiter ces risques, les gaz pompés sont généralement dilués par un gaz de purge injecté dans la pompe à vide. De l’azote est généralement injecté à travers des buses d’injection réparties le long de la pompe à vide, à chaque étage de pompage. Il peut parfois être nécessaire de purger également la canalisation située en aval de la pompe à vide en injectant un gaz de purge additionnel, parfois chauffé, pour éviter que ces gaz ne se condensent en sortie de la pompe à vide, dans les canalisations ou les systèmes de traitement des gaz (également appelés systèmes d’abattement).
Cette injection de gaz de purge additionnel chauffé permet de diluer efficacement les gaz mais présente toutefois un coût important. Par ailleurs, cette purge supplémentaire ne profite pas aux éléments situés en amont du point d’injection du gaz de purge et notamment, ne profite pas à la pompe à vide. Un but de la présente invention est d’améliorer l’efficacité de la purge de la pompe à vide. Un autre but de la présente invention est de diminuer les coûts liés à la purge des gaz pompés.
A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide primaire de type sèche comportant :
un stator comportant au moins deux étages de pompage montés en série entre une aspiration et un refoulement de la pompe à vide,
deux rotors agencés dans les au moins deux étages de pompage, les rotors étant portés par des arbres configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entraîner un gaz à pomper entre l’aspiration et le refoulement,
caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre :
un conduit formé dans le stator, dont un orifice d’entrée est destiné à être relié à au moins une source de gaz de purge et dont au moins un orifice de sortie communique avec le dernier étage de pompage communiquant avec le refoulement, et
un dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé comportant un dispositif de chauffage configuré pour chauffer au moins en partie le gaz de purge injecté dans le conduit à une température supérieure à 40°C.
Le chauffage d’une partie du flux du gaz de purge injecté dans l’étage de pompage de refoulement permet d’augmenter le flux du gaz de purge injecté de manière importante, sans modifier l’équilibre thermique de la pompe à vide. Le gaz de purge injecté dans l’étage de pompage de refoulement permet de diluer de manière efficace les gaz pompés, notamment les gaz potentiellement explosifs et/ou inflammables tel que H2, SiH4, TEOS ou les gaz condensables, tels que les sous- produits de réaction.
La dilution réalisée au niveau de l’étage de pompage de refoulement permet de diluer les gaz directement dans la pompe à vide, au plus près du refoulement, en supprimant les zones froides ou trop peu diluées, entre la pompe à vide et un point d’injection de gaz de purge de l’art antérieur en aval de la pompe à vide. On évite que les gaz pompés se condensent dans les canalisations situées en aval de la pompe à vide ou dans les systèmes de traitement des gaz et dans la pompe à vide.
La durée de vie de la pompe à vide peut être allongée. De plus, le gaz de purge injecté directement dans la pompe à vide est plus chaud lorsqu’il atteint les canalisations situées en aval que s’il avait été chauffé avec la même énergie et injecté directement dans ces canalisations en aval. La consommation électrique de chauffage du gaz de purge peut donc être réduite par rapport à une solution de chauffage externe, en aval de la pompe à vide.
Selon un exemple de réalisation, l’orifice de sortie du conduit communique avec au moins un passage d’arbre du stator communiquant avec le dernier étage de pompage via un jeu entre l’arbre et le passage d’arbre. Le gaz de purge est ainsi diffusé dans l’étage de pompage, autour du au moins un arbre.
Le conduit communique par exemple avec les deux passages d’arbre de l’étage de pompage.
La pompe à vide peut en outre comporter au moins un dispositif d’étanchéité interposé entre un palier lubrifié de la pompe à vide et l’étage de pompage, pour étanchéifier un passage d’arbre. Selon un exemple de réalisation, le conduit communique avec le passage d’arbre, entre le dispositif d’étanchéité et l’étage de pompage. Le gaz de purge ainsi injecté devant le dispositif d’étanchéité permet de former une barrière entre les gaz pompés et le dispositif d’étanchéité, ce qui permet d’augmenter la durée de vie de ce dernier.
Selon un exemple de réalisation, le conduit présente une portion linéaire reliée à l’orifice d’entrée, la portion linéaire étant interposée entre les deux arbres et communiquant avec deux cavités en forme de croissants de lune, chaque cavité communiquant avec un passage d’arbre respectif. Le gaz de purge est ainsi diffusé dans l’étage de pompage, autour des arbres, par les cavités en forme de croissant de lune, devant les dispositifs d’étanchéité.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé peut comporter en outre : une sonde de température en communication fluidique avec le gaz de purge chauffé par le dispositif de chauffage, et
un contrôleur relié à une alimentation du dispositif de chauffage et à la sonde de température, pour contrôler la température du gaz de purge.
L’alimentation peut ainsi être contrôlée à une consigne de température donnée, en fonction de la mesure de température réalisée par la sonde de température. La puissance du chauffage du gaz de purge peut ainsi s’adapter automatiquement en fonction du débit du gaz de purge et de la consigne de température demandée. Le contrôleur peut en outre couper l’injection d’un gaz de purge par le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé s’il constate un défaut de température. Il est en effet préférable de ne pas sur-diluer si le gaz de purge en surplus ne peut pas être chauffé, car celui-ci modifierait l’équilibre thermique de la pompe à vide, ce qui risquerait de permettre par exemple le dépôt d’espèces condensables.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé peut en outre comporter un régulateur de débit, par exemple manuel, pour régler le débit du gaz de purge, ainsi qu’un dispositif de mesure de débit configuré pour mesurer le débit de gaz de purge injecté.
La sortie du dispositif de mesure de débit peut en outre être reliée au contrôleur qui peut par exemple couper l’alimentation du chauffage s’il constate une absence de flux ou un flux de gaz de purge trop faible.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé peut être configuré pour que la portion du flux de gaz de purge chauffée soit par exemple comprise entre 10% et 100% du gaz de purge injecté dans le conduit. Un mélange entre d’une part, un gaz de purge non chauffé (entre 0 et 90%) et d’autre part, un gaz de purge chauffé (entre 10 et 100%) est ainsi injecté dans le conduit.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé peut être configuré pour que le débit du gaz de purge chauffé soit par exemple supérieur à 33,8 Pa.m3/s.
Le dispositif de chauffage peut être configuré pour chauffer le gaz de purge à une température inférieure à 200°C.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de chauffage comporte une cartouche chauffante comprenant des éléments résistifs chauffants agencés dans un tube entre une entrée et une sortie du tube dans lequel un gaz de purge est destiné à circuler pour être chauffé. La cartouche chauffante est avantageusement placée au plus près de l’orifice d’entrée du conduit par exemple au moyen d’une canalisation isolée thermiquement
La pompe à vide peut comporter un circuit refroidisseur au moins partiellement intégré dans le stator et entourant le conduit. Ainsi, le stator n’est pas surchauffé du fait de l’injection du gaz de purge chaud notamment car il peut être contrôlé en température au moyen du circuit refroidisseur. La pompe à vide peut comporter en outre un conduit de purge de palier formé dans le stator, destiné à être relié à une source de gaz de purge, et débouchant dans au moins un palier de la pompe à vide.
La pompe à vide peut comporter en outre au moins un conduit de purge d’étage formé dans le stator, destiné à être relié à une source de gaz de purge, et débouchant dans un canal inter-étages raccordant la sortie d’un étage de pompage à une entrée de l'étage de pompage qui suit.
Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide comporte un distributeur destiné à être raccordé d’une part, à une source de gaz de purge et d’autre part, au conduit de purge de palier, au(x) conduit(s) de purge d’étage, au conduit et à une canalisation reliée à une sortie du dispositif de chauffage.
La pompe à vide peut en outre comporter un dispositif de chauffage additionnel configuré pour chauffer au moins une partie du gaz de purge distribué par le distributeur.
Présentation des dessins
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1] représente une vue schématique de côté d’une coupe longitudinale verticale d’éléments d’une pompe à vide sèche selon l’invention.
[Fig. 2] montre une vue en coupe transversale des éléments de la pompe à vide de la Figure 1 au niveau d’un étage de pompage.
[Fig. 3] montre une vue schématique de dessus d’une coupe longitudinale horizontale des éléments de la pompe à vide de la Figure 1.
[Fig. 4] montre une vue en coupe transversale des éléments de la pompe à vide de la Figure 1 au niveau d’un premier support de la pompe à vide.
[Fig. 5] montre une vue schématique d’un dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé.
[Fig.6] montre une vue schématique en coupe longitudinale d’un dispositif de chauffage du dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé.
[Fig.7] montre une autre représentation schématique de la pompe à vide.
Sur ces Figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
On définit par pompe à vide primaire, une pompe à vide volumétrique, qui est configurée pour, à l’aide de deux rotors, aspirer, transférer, puis refouler le gaz à pomper à la pression atmosphérique. Les rotors sont portés par deux arbres entraînés en rotation par un moteur de la pompe à vide primaire. La pompe à vide primaire peut être mise en route dès la pression atmosphérique.
On entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper, l’élément situé en amont dans la direction de pompage des gaz étant à une pression plus basse que l’élément situé en aval.
La pompe à vide 1 primaire de type sèche comporte un stator 2 comportant au moins deux étages de pompage 3a-3e montés en série entre une aspiration 4 et un refoulement 5 et deux rotors 6 agencés dans les au moins deux étages de pompage 3a-3e (Figure 1).
Le stator 2 est défini par l’ensemble des pièces statiques de la pompe à vide 1 formant notamment les chambres des étages de pompage 3a-3e.
Les rotors 6 sont portés par des arbres 7 configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entraîner un gaz à pomper entre l’aspiration 4 et le refoulement 5. Les arbres 7 sont entraînés par un moteur 8 de la pompe à vide 1.
Les rotors 6 présentent par exemple des lobes de profils identiques, par exemple de type « Roots » (Figure 2) ou de type « Claw » ou sont de type à vis ou d’un autre principe similaire de pompe à vide volumétrique.
La pompe à vide 1 comporte par exemple cinq étages de pompage 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, dans lesquels un gaz à pomper peut circuler. Chaque étage de pompage 3a, 3b, 3c, 3d, 3e est formé par une chambre recevant les rotors 6, les chambres comprenant une entrée et une sortie respectives. Lors de la rotation, le gaz aspiré depuis l’entrée est emprisonné dans le volume engendré par les rotors 6 et le stator 2, puis est entraîné par les rotors 6 vers l’étage suivant. Les étages de pompage successifs 3a-3e sont raccordés en série les uns à la suite des autres par des canaux inter-étages 9 respectifs raccordant la sortie de l'étage de pompage 3a-3d qui précède à l'entrée de l'étage de pompage 3b-3e qui suit. L’entrée du premier étage de pompage 3a (également appelé étage de pompage basse pression) communique avec l’aspiration 4 de la pompe à vide 1. La sortie du dernier étage de pompage 3e (également appelé étage de pompage haute pression ou étage de pompage de refoulement), communique avec le refoulement 5. Les étages de pompage 3b-3c-3d interposés entre l’étage de pompage 3e haute pression et l’étage de pompage 3a basse pression sont appelés étages de pompage intermédiaires.
La pompe à vide 1 est une pompe à vide primaire pouvant être mise en route à pression atmosphérique et configurée pour refouler les gaz pompés à pression atmosphérique.
Le moteur 8 entraînant les arbres 7 est par exemple situé à une extrémité de la pompe à vide 1 , par exemple du côté du dernier étage de pompage 3e.
La pompe à vide 1 peut comporter au moins un carter de lubrifiant 10. Le lubrifiant, tel que la graisse et/ou de l’huile, permet de lubrifier notamment les roulements des paliers 11 supportant les arbres 7 des rotors 6 et les engrenages 12 de synchronisation des arbres 7 (Figure 3). La pompe à vide 1 comporte par exemple un carter de lubrifiant 10 agencé entre le moteur 8 et le premier ou le dernier étage de pompage 3a ou 3e. Les paliers 11 des arbres 7 peuvent être lubrifiés par de la graisse à l’autre extrémité de la pompe à vide 1 ou par un second carter de lubrifiant.
Au moins un dispositif d’étanchéité 13a, 13b aux lubrifiants peut être interposé entre un palier 11 lubrifié et un étage de pompage 3e, 3a pour étanchéifier un passage d’arbre 14a, 14b. Les dispositifs d’étanchéité 13a, 13b créent une conductance très faible dans les passages d’arbre 14a, 14b, autour des arbres 7 rotatifs, permettant de limiter fortement le passage des fluides lubrifiants notamment depuis le carter de lubrifiant 10 vers les étages de pompage 3a-3e secs tout en permettant aux arbres 7 de tourner. Chaque dispositif d’étanchéité 13a, 13b comporte par exemple au moins un joint d’étanchéité, tel que deux, entourant un arbre 7 (Figure 3). Le joint d’étanchéité est par exemple un joint frottant dit à lèvres, un joint labyrinthe ou une chicane ou une combinaison de ces réalisations. Comme on peut le voir sur les Figures 3, 4 et 5, la pompe à vide 1 comporte en outre un dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 et un conduit 16.
Le conduit 16 est formé dans le stator 2. Un orifice d’entrée 16a du conduit 16 est destiné à être relié à au moins une source de gaz de purge. Le conduit 16 présente au moins un orifice de sortie 16b, 16c, qui communique avec le dernier étage de pompage 3e qui communique avec le refoulement 5, pour injecter un gaz de purge, tel que de l’azote, dans l’étage de pompage 3e de refoulement.
L’orifice de sortie du conduit débouche du stator 2 par exemple directement dans le dernier étage de pompage 3e, dans le logement recevant les rotors 6 (non représenté).
Selon un autre exemple de réalisation, l’orifice de sortie 16b, 16c du conduit 16 communique avec au moins un passage d’arbre 14a, 14b, communiquant avec le dernier étage de pompage 3e via un jeu entre l’arbre 7 et le passage d’arbre 14a, 14b du stator 2. Le conduit 16 traverse ainsi le stator 2 pour acheminer le gaz de purge dans l’étage de pompage 3e à travers le au moins un passage d’arbre 14a, 14b. Le gaz de purge est ainsi diffusé autour du au moins un arbre 7 dans l’étage de pompage 3e.
Le conduit 16 communique avec le au moins passage d’arbre 14a, 14b, entre le dispositif d’étanchéité 13a, 13b et l’étage de pompage 3e. Le gaz de purge ainsi injecté devant les dispositifs d’étanchéité 13a, 13b permet de former une barrière entre les gaz pompés et les dispositifs d’étanchéité 13a, 13b, ce qui permet d’augmenter la durée de vie de ces derniers.
Plus précisément, le conduit 16 peut être réalisé dans un premier support 17 (ou support haute pression) du stator 2 agencé contre l’étage de pompage 3e haute pression (Figures 1 et 3). Le conduit 16 communique par exemple avec les deux passages d’arbre 14a, 14b de l’étage de pompage 3e (Figure 4).
Selon un exemple de réalisation, le conduit 16 est réalisé par usinage. Il présente par exemple une portion linéaire 18 reliée à l’orifice d’entrée 16a. La portion linéaire 18 est perpendiculaire à l’axe des arbres 7 et interposée entre les deux arbres 7. La portion linéaire 18 communique avec deux cavités 20a, 20b, ici en forme de croissant de lune. Le diamètre de la lune est sensiblement inférieur à celui du passage d’arbre 14a, 14b. Les croissants de lune sont reliés dos à dos par la portion linéaire 18. Chaque cavité 20a, 20b communique avec un passage d’arbre 14a, 14b respectif au niveau des orifices de sortie 16a, 16b du conduit 16. Le gaz de purge est ainsi diffusé dans l’étage de pompage 3e, autour des arbres 7, par les cavités 20a, 20b en forme de croissant de lune, devant les dispositifs d’étanchéité 13a, 13b.
L’orifice d’entrée 16a de la portion linéaire 18 débouchant à l’extérieur du stator 2 est par exemple raccordé par au moins une canalisation 21a, 21 b, telle que flexible, à un raccord 22, par exemple monté sur un châssis de la pompe à vide 1 et destiné à être raccordé à une source de gaz de purge, externe à la pompe à vide 1.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 comporte un dispositif de chauffage 24 configuré pour chauffer au moins en partie le gaz de purge injecté dans le conduit 16, à une température supérieure à 40°C. La température de chauffage est par exemple inférieure à 200°C.
On prévoit par exemple une consigne de température de chauffage du gaz de purge de 100°C.
La portion du flux de gaz de purge chauffée injectée dans le conduit 16 est par exemple comprise entre 10% et 100%.
Le débit du gaz de purge chauffé est par exemple supérieur à 20slm (soit 33,8Pa.m3/s) et par exemple inférieur à 200slm (soit 338Pa.m3/s), tel que 120slm (soit 202,7Pa.m3/s).
Un mélange de gaz de purge chauffé et de gaz de purge non chauffé peut ainsi être injecté dans le conduit 16.
Par exemple, pour un débit du gaz de purge de 120slm et une portion du flux de gaz de purge chauffée de 50%, le débit du gaz de purge chauffé est de 60slm (soit 101 ,35Pa.m3/s) et le débit du gaz de purge non chauffé est également de 60slm.
On peut aussi chauffer tout le gaz de purge qui est injecté dans le conduit 16 (100%).
Le chauffage d’une partie du flux du gaz de purge injecté dans l’étage de pompage 3e de refoulement permet d’augmenter le flux du gaz de purge injecté de manière importante, sans modifier l’équilibre thermique de la pompe à vide 1. Le mélange du gaz de purge potentiellement non chauffé et du gaz de purge chauffé, injecté au niveau du au moins un passage d’arbre 14a, 14b permet d’augmenter le flux du gaz de purge de manière significative pour diluer de manière efficace les gaz pompés, notamment les gaz potentiellement explosifs et/ou inflammables tel que H2, SiH4, TEOS ou les gaz condensables, tels que les sous-produits de réaction. La dilution réalisée au niveau de l’étage de pompage 3e de refoulement permet de diluer les gaz directement dans la pompe à vide 1 , au plus près du refoulement 5.
L’injection d’une grande quantité de gaz de purge directement dans le dernier étage de pompage 3e permet de supprimer les zones froides ou trop peu diluées, entre la pompe à vide 1 et un point d’injection de gaz de purge de l’art antérieur, en aval de la pompe à vide. On évite que les gaz pompés se condensent dans les canalisations situées en aval de la pompe à vide 1 ou dans les systèmes de traitement des gaz et dans la pompe à vide 1.
La durée de vie de la pompe à vide peut être allongée.
De plus, le gaz de purge injecté directement dans la pompe à vide 1 est plus chaud lorsqu’il atteint les canalisations situées en aval que s’il avait été chauffé avec la même énergie et injecté directement dans ces canalisations en aval. La consommation électrique de chauffage du gaz de purge peut donc être réduite par rapport à une solution de chauffage externe, en aval de la pompe à vide 1.
Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide 1 comporte un circuit refroidisseur 25 pour refroidir le stator 2 (Figure 4). Le circuit refroidisseur 25 comporte par exemple un circuit hydraulique permettant la circulation d’eau, par exemple à température ambiante. Le circuit refroidisseur 25 est par exemple au moins partiellement intégré dans le stator 2, par exemple dans le premier support 17 dans lequel le conduit 16 est ménagé. Il présente par exemple une forme en « U » entourant le conduit 16. Ainsi, le stator 2 n’est pas surchauffé du fait de l’injection du gaz de purge chaud notamment car il peut être contrôlé en température au moyen du circuit refroidisseur 25.
Selon un exemple de réalisation que l’on peut voir sur la Figure 6, le dispositif de chauffage 24 comporte une cartouche chauffante comprenant des éléments résistifs chauffants 26 agencés dans un tube 27 entre une entrée 27a et une sortie 27b du tube 27 dans lequel un gaz de purge est destiné à circuler pour être chauffé. La cartouche chauffante est avantageusement placée au plus près de l’orifice d’entrée 16a du conduit 16.
La canalisation 21b reliant la sortie 27b du tube 27 de la cartouche chauffante au conduit 16 de la pompe à vide 1 est par exemple isolée thermiquement.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 comporte en outre une sonde de température 28 en communication fluidique avec le gaz de purge chauffé par le dispositif de chauffage 24 et un contrôleur 30, tel qu’une carte électronique, relié à une alimentation du dispositif de chauffage 24 et à la sonde de température 28. Le contrôleur 30 est configuré pour contrôler la température de chauffage du gaz de purge.
La sonde de température 28, telle qu’un thermocouple, est par exemple agencée à une extrémité du tube 27 du côté de la sortie 27b et l’alimentation des éléments résistifs chauffants 26, par exemple en courant, passe par l’autre extrémité du tube 27 du côté de l’entrée 27a, au travers d’un passage étanche 31.
L’alimentation peut ainsi être contrôlée à une consigne de température donnée, en fonction de la mesure de température réalisée par la sonde de température 28. La puissance du chauffage du gaz de purge dans la cartouche chauffante peut ainsi s’adapter automatiquement en fonction du débit du gaz de purge et de la consigne de température demandée.
Le contrôleur 30 peut en outre couper l’injection d’un gaz de purge par le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 s’il constate un défaut de température. Il est en effet préférable de ne pas sur-diluer si le gaz de purge en surplus ne peut pas être chauffé car celui-ci modifierait l’équilibre thermique de la pompe à vide 1 , ce qui risquerait de permettre par exemple le dépôt d’espèces condensables.
Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 peut en outre comporter un régulateur de débit 32, par exemple manuel, pour régler le débit du gaz de purge, ainsi qu’un dispositif de mesure de débit 33 configuré pour mesurer le débit de gaz de purge injecté.
La sortie du dispositif de mesure de débit 33 peut en outre être reliée au contrôleur 30 qui peut par exemple couper l’alimentation du chauffage s’il constate une absence de flux ou un flux de purge trop faible.
Le régulateur de débit 32 et le dispositif de mesure de débit 33 sont par exemple agencés en amont du dispositif de chauffage 24 dans le sens d’écoulement du gaz de purge allant de la source de gaz de purge vers le dispositif de chauffage 24 (voir les flèches sur la Figure 5). Une vanne d’isolation 34 peut être agencée en amont du dispositif de chauffage 24, par exemple entre le régulateur de débit 32 et le dispositif de mesure de débit 33. Le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15 est par exemple monté sur le châssis de la pompe à vide 1 supportant le stator 2. La pompe à vide 1 peut également comporter un conduit de purge de palier 35 formé dans le stator 2, et débouchant dans au moins un palier 11 de la pompe à vide 1 et/ou au moins un conduit de purge d’étage 36, formé dans le stator 2, et débouchant dans un canal inter-étages 9 raccordant la sortie d’un étage de pompage 3a-3d à une entrée de l'étage de pompage 3b-3e qui suit, pour distribuer un gaz de purge dans tout ou partie des canaux inter-étages 9 (Figure 1).
Le conduit de purge de palier 35 traverse le stator 2 pour acheminer le gaz de purge dans le au moins un palier 11 recevant les roulements.
Plus précisément, par exemple, le conduit de purge de palier 35 est ménagé dans un second support 37 (ou support basse pression) du stator 2 dans lequel les paliers 11 sont montés (Figures 1 et 3). Le second support 37 est agencé contre l’étage de pompage 3a basse pression.
Le conduit de purge de palier 35 communique par exemple avec les deux paliers 11. Selon un exemple de réalisation, le conduit de purge de palier 35 présente une première portion linéaire, perpendiculaire à l’axe des arbres 7 et interposée entre les deux arbres 7. La première portion linéaire communique avec une seconde portion linéaire dont les extrémités communiquent avec un palier 11 respectif (Figure 3).
Le conduit de purge d’étage 36 traverse le stator 2 pour acheminer le gaz de purge au niveau d’au moins un canal inter-étages 9. La pompe à vide 1 comporte par exemple trois conduits de purge d’étage 36 débouchant dans un canal inter-étages 9 respectif, par exemple à proximité de la sortie de l’étage de pompage 3b-3d.
Le conduit de purge de palier 35, les conduits de purge d’étage 36, le conduit 16 et la canalisation 21b reliée à la sortie 27b du dispositif de chauffage 24 sont destinés à être reliés à une source de gaz de purge, externe à la pompe à vide 1 , via par exemple un distributeur 38 (Figure 7).
Selon un exemple de réalisation, le distributeur 38 comporte un tronc commun 38a relié à une première et une deuxième branche 38b, 38c. La première branche 38b relie le tronc commun 38a au conduit de purge de palier 35 ménagé dans le second support 37 du stator 2. La deuxième branche 38c est reliée par des conduites 38d, 38e aux conduits de purge d’étage 36 et au conduit 16.
L’entrée du tronc commun 38a est destinée à être raccordée à une source de gaz de purge, tel que de l’azote. Une première vanne d’isolation et un détendeur sont par exemple agencés sur le tronc commun 38a, une deuxième vanne d’isolation peut être agencée sur la première branche 38b et une troisième vanne d’isolation peut être agencée sur la deuxième branche 38c. Il est ainsi possible d’assurer une purge adaptée à la nature des gaz pompés. Par exemple, seuls les paliers 11 sont purgés dans le cas de pompage de gaz non condensables et/ou non inflammables.
La première branche 38b et les trois conduites 38d reliées aux conduits de purge d’étage 36 sont par exemple pourvues de buses d’injection ou gicleurs permettant de définir un débit de flux de purge dans le conduit de purge de palier 35 et dans chaque conduit de purge d’étage 36. La conduite 38e reliée au conduit 16 peut comporter également une buse d’injection ou gicleur, agencé en amont de l’intersection de la conduite 38e avec la canalisation 21b reliée à la sortie du dispositif de chauffage 24 dans le sens de circulation du gaz de purge.
Le gaz de purge injecté dans le distributeur 38 via la conduite 38e, le conduit de purge de palier 35 et les conduits de purge d’étage 36 peut ne pas être chauffé. Toutefois, la pompe à vide 1 peut comporter un dispositif de chauffage additionnel 39 configuré pour chauffer au moins en partie le gaz de purge distribué par le distributeur 38, dans la première et/ou la deuxième branche 38b, 38c et/ou dans la conduite 38e reliée au conduit 16 et à la canalisation 21 b. Le dispositif de chauffage additionnel 39 est par exemple agencé sur la deuxième branche 38c reliée aux conduites 38d, 38e.
Ce chauffage peut être indépendant du chauffage du gaz de purge par le dispositif de chauffage 24. Le débit et/ou la température peuvent être contrôlés indépendamment pour chaque étage de pompage 3b-3e et pour les paliers 11 du second support 37, ou du moins indépendamment du débit et de la température du gaz de purge injectée au moyen du dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé 15.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pompe à vide (1) primaire de type sèche comportant :
un stator (2) comportant au moins deux étages de pompage (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) montés en série entre une aspiration (4) et un refoulement (5) de la pompe à vide (1),
deux rotors (6) agencés dans les au moins deux étages de pompage (3a-3e), les rotors (6) étant portés par des arbres (7) configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse pour entraîner un gaz à pomper entre l’aspiration (4) et le refoulement (5),
caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre :
un conduit (16) formé dans le stator (2) dont un orifice d’entrée (16a) est destiné à être relié à au moins une source de gaz de purge et dont au moins un orifice de sortie (16b, 16b) communique avec le dernier étage de pompage (3e) communiquant avec le refoulement (5), et un dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé (15) comportant un dispositif de chauffage (24) configuré pour chauffer au moins en partie le gaz de purge injecté dans le conduit (16) à une température supérieure à 40°C.
2. Pompe à vide (1) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l’orifice de sortie (16b, 16c) du conduit (16) communique avec au moins un passage d’arbre (14a, 14b) du stator (2), communiquant avec le dernier étage de pompage (3e) via un jeu entre l’arbre (7) et le passage d’arbre (14a, 14b).
3. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit (16) communique avec les deux passages d’arbre (14a, 14b) de l’étage de pompage (3e).
4. Pompe à vide (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le conduit (16) présente une portion linéaire (18) reliée à l’orifice d’entrée (16a), la portion linéaire (18) étant interposée entre les deux arbres (7) et communiquant avec deux cavités (20a, 20b) en forme de croissants de lune, chaque cavité (20a, 20b) communiquant avec un passage d’arbre (14a, 14b) respectif.
5. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 2 à 4, comportant au moins un dispositif d’étanchéité (13a, 13b) interposé entre un palier (11) lubrifié de la pompe à vide (1) et l’étage de pompage (3e) pour étanchéifier un passage d’arbre (14a, 14b), caractérisée en ce que le conduit (16) communique avec le passage d’arbre (14a, 14b), entre le dispositif d’étanchéité (13a, 13b) et l’étage de pompage (3e).
6. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé (15) comporte en outre :
une sonde de température (28) en communication fluidique avec le gaz de purge chauffé par le dispositif de chauffage (24), et
un contrôleur (30) relié à une alimentation du dispositif de chauffage (24) et à la sonde de température (28), pour contrôler la température du gaz de purge.
7. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (24) comporte une cartouche chauffante comprenant des éléments résistifs chauffants (26) agencés dans un tube (27) entre une entrée (27a) et une sortie (27b) du tube (27) dans lequel un gaz de purge est destiné à circuler pour être chauffé.
8. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé (15) est configuré pour que la portion du flux de gaz de purge chauffée soit comprise entre 10% et 100% du gaz de purge injecté dans le conduit (16).
9. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d’injection d’un gaz de purge chauffé (15) est configuré pour que le débit du gaz de purge chauffé soit supérieur à 33,8 Pa.m3/s.
10. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (24) est configuré pour chauffer le gaz de purge à une température inférieure à 200°C.
11. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un circuit refroidisseur (25) au moins partiellement intégré dans le stator (2) et entourant le conduit (16).
12. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un conduit de purge de palier (35) formé dans le stator (2), destiné à être relié à une source de gaz de purge, et débouchant dans au moins un palier (11) de la pompe à vide (1).
13. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre au moins un conduit de purge d’étage (36) formé dans le stator (2), destiné à être relié à une source de gaz de purge, et débouchant dans un canal inter-étages (9) raccordant la sortie d’un étage de pompage à une entrée de l'étage de pompage qui suit.
14. Pompe à vide (1) selon les revendications 12 et 13, caractérisée en ce qu’elle comporte un distributeur (38) destiné à être raccordé d’une part, à une source de gaz de purge et d’autre part, au conduit de purge de palier (35), au(x) conduit(s) de purge d’étage (36), au conduit (16) et à une canalisation (21 b) reliée à une sortie (27b) du dispositif de chauffage (24).
15. Pompe à vide (1) selon la revendication 14, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de chauffage additionnel (39) configuré pour chauffer au moins une partie du gaz de purge distribué par le distributeur (38).
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