ES2604969T3

ES2604969T3 - Bomba getter

Info

Publication number: ES2604969T3
Application number: ES15715853.6T
Authority: ES
Inventors: Antonio Bonucci; Paolo Manini; Andrea Conte; Luca Viale
Original assignee: SAES Getters SpA
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2017-03-10
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: EP2989327A1; JP2017510748A; US20160069337A1; WO2015150974A1; EP2989327B1; KR20160142299A; US9541078B2; CN106133314A; RU2016143194A3; JP6317471B2; TW201538855A; KR101887292B1; CN106133314B; RU2016143194A; TWI660125B; RU2673834C2

Abstract

Bomba getter que comprende una carcasa (21, 21'; 311; 411), cuya forma es un sólido de revolución con un eje de revolución (26; 46), y que comprende una serie de cartuchos getter (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) montados en el interior de dicha carcasa (21, 21'; 311; 411) de la bomba getter, comprendiendo cada cartucho (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) un soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431) y elementos getter separados (12, 12', ..., 12n) montados en dicho soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431), definiéndose un plano ortogonal al eje de revolución (26; 46) y que cruza el punto medio de un soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431) como un plano de posicionamiento (222, 232, 242, 252; 422, 432) del cartucho getter, caracterizada porque los ángulos (α, α', α'', α'''; β, β') formados por dichos planos de posicionamiento (222, 232, 242, 252; 422, 432) con los soportes centrales lineales (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431) están comprendidos entre 35° y 75°, preferentemente entre 40° y 70°.

Description

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DESCRIPCION

Bomba getter

La presente invencion se refiere a una bomba getter mejorada que comprende una serie de cartuchos getter.

Las bombas getter, utilizadas individualmente o en combinacion con otros tipos de bombas, son ampliamente utilizadas y apreciadas, y se describen en diversos documentos, tales como las solicitudes de patente internacional WO 9858173, WO 2010/105944 y WO 2009/118398 a nombre del solicitante.

Aunque la combinacion de bombas getter con otros tipos de bombas de vacio proporciona diferentes ventajas en ciertas aplicaciones, tales como sistemas de ciencia de superficies y analizadores que funcionan en vacio, la utilizacion de bombas getter autonomas es preferible cuando hay limitaciones que no permiten el uso combinado, en particular cuando los gases activos tales como H2, CO, CO2 son la fuente principal de gas y el bombeo de gases nobles no es un problema.

Se describe un tipo particular de bomba getter que utiliza una serie de discos de material getter montados en un soporte central en las Patentes EP 0742370 y EP 0753663, ambas a nombre del solicitante, mientras que se describe una bomba que contiene una serie de dichos elementos en la Patente U.S.A. 6149392 a nombre del solicitante, cuyas explicaciones y contenidos se incorporan como referencia a la presente memoria.

En la Patente U.S.A. 6149392 se reconoce que para ciertas aplicaciones es mas importante y crucial tener una velocidad elevada de sorcion de gas, que una capacidad elevada de sorcion de gas, siendo un ejemplo tipico el caso de los aceleradores de particulas, en los que hay una serie de bombas de vacio instaladas en diferentes secciones del acelerador para proporcionar un nivel de vacio adecuado a lo largo de toda la longitud.

Los inventores han investigado mas este problema y han descubierto una configuration alternativa y diferente que puede mejorar mas la velocidad de bombeo que se describe en la solicitud de Patente internacional numero PCT/IB2013/058802, aun no publicada, a nombre del solicitante.

Desarrollando y estudiando mas el problema de las geometrias alternativas y los elementos de cartucho de una bomba getter, los inventores han descubierto una solution diferente que en situaciones especificas proporciona ventajas con respecto a las configuraciones descritas en la solicitud de Patente PCT/IB2013/058802 mencionada anteriormente. En particular, la presente invencion es una bomba getter que comprende una carcasa, cuya forma es un solido de revolution con un eje de revolution, y una serie de cartuchos getter montados en el interior de dicha carcasa de la bomba getter, comprendiendo cada cartucho un soporte central lineal y elementos getter separados montados en dicho soporte central lineal. Un plano ortogonal al eje de revolucion y que cruza el punto medio del soporte central lineal se define como un "plano de posicionamiento" de cartuchos getter, y la bomba se caracteriza porque los angulos formados por dichos planos de posicionamiento con los soportes centrales lineales estan comprendidos entre 35° y 75°, preferentemente entre 40° y 70°.

La expresion "solido de revolucion" esta destinada a comprender todos aquellos cuerpos geometricos obtenidos mediante la revolucion de un area plana alrededor de un eje determinado que esta situado en el mismo plano, definido asimismo como "eje de revolucion". En su realization comun y mas util para la presente invencion, el solido de revolucion es un cono truncado, siendo otras formas utiles conos o cilindros, o combinaciones de los mismos. Ademas, para los propositos de la presente invencion, teniendo en cuenta que el solido de revolucion es una forma ideal y que en cambio la carcasa de la bomba es un objeto real, estan dentro de su extension y alcance las desviaciones menores respecto de la forma de revolucion geometrica ideal.

La invencion se mostrara ademas con la ayuda de las siguientes figuras, en las que:

• la figura 1 muestra una representation esquematica de un cartucho getter segun la tecnica anterior, y utilizado en la presente memoria como elemento constitutivo en la bomba getter segun la presente invencion;

• la figura 1A muestra una representacion esquematica de una variation del cartucho getter segun la tecnica anterior;

• la figura 2 muestra una vista, en section transversal, de una realizacion de una bomba getter segun la presente invencion;

• las figuras 3A y 3B muestran vistas, en seccion transversal, de realizaciones alternativas y similares entre si de una bomba getter segun la presente invencion;

• la figura 4 muestra una vista, en seccion transversal, de otra realizacion alternativa de una bomba getter segun la presente invencion.

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En las figuras, las dimensiones y las relaciones dimensionales de los elementos pueden no ser correctas y en algunos casos, tal como por ejemplo en la figura 1, los diametros de los elementos getter separados en forma de discos con respecto al diametro de la barra central, se han alterado para mejorar la compresibilidad de la figura.

La bomba getter, segun la presente invencion, contempla la presencia de una serie de cartuchos getter, tal como el que se representa esquematicamente en la figura 1, teniendo cada cartucho getter -10- una barra central -11- que actua como soporte y una serie de elementos getter separados -12-, -12'-,...-12n- que tienen, habitualmente y en el caso mas preferente, forma de discos. En la figura 1, los medios que fijan los discos getter a la barra central no se han mostrado dado que no son necesarios para la comprension de la invencion y estan dentro del conocimiento de un experto en la materia.

Tal como se muestra en la figura 1A, un cartucho getter alternativo -100- adecuado para ser utilizado en bombas getter, segun la presente invencion, puede tener discos getter que no estan equidistantes sino que puede haber algunos intersticios/vacios en las extremidades o en el interior de la pila de discos, y/o esta puede tener algunos discos, habitualmente los superiores y los inferiores, que tienen un diametro reducido y/o una disposicion excentrica para facilitar la introduccion/conexion del cartucho getter.

Estos espacios son utiles en caso de que haya que tener en cuenta obstaculos proporcionados por los propios cartuchos o por otros elementos, tales como por ejemplo cables de suministro electrico o canales de alimentacion.

Por lo tanto, un cartucho getter que tiene una serie de elementos getter esencialmente equidistantes es tan solo un ejemplo preferente y no limitativo de un cartucho getter adecuado para ser utilizado en las bombas segun la presente invencion.

Los aspectos y las caracteristicas de los cartuchos getter no se describiran en mayor detalle dado que este conocimiento esta en posesion de un experto en la materia, estando presentes en cualquier caso algunos detalles e informacion en las Patentes EP 0742370 y EP 0753663 ya mencionadas. En la presente invencion, para que la barra -11- actue como soporte de los elementos getter es necesario que sea lineal, tal como se muestra en la figura 1, en la Patente EP 0742370, en la Patente EP 0753663 y en la Patente U.S.A. 6149392, mientras que no seria adecuada una configuration tal como la mostrada en la Patente WO 9858173. La forma mas util para el soporte/barra lineal es cilindrica. Asimismo, los elementos adicionales que pueden estar presentes en algunos casos, tales como pantallas termicas adicionales, estan comprendidos por la presente invencion.

Se debe observar asimismo que la invencion no se limita a un material getter especifico, sino que se puede utilizar cualquier material adecuado que pueda sorber gases por medio de un tratamiento termico, y estos caen dentro de la definicion de materiales getter para el alcance y los propositos de la presente invencion. El conocimiento y las caracteristicas de dichos materiales estan disponibles para un experto en la materia y se pueden recuperar facilmente de varias fuentes tales como, por ejemplo, la Patente EP 0742370 mencionada anteriormente. Son particularmente ventajosas las aleaciones o metales getter que comprenden por lo menos un 30 % de uno o varios de titanio, zirconio e itrio.

Los inventores, al intentar mejorar adicionalmente la velocidad de una bomba getter que utiliza una serie de cartuchos getter, han descubierto configuraciones especificas que proporcionan mejoras con respecto a las descritas en la Patente U.S.A. 6149392.

En particular, la figura 2 muestra una vista longitudinal, en section transversal, de una parte de una bomba getter segun la presente invencion. La parte -20- de bomba getter tiene una carcasa cilindrica definido por dos paredes laterales -21- y -21'-, y su geometria esta definida ademas por un eje de revolution -26-. Dentro de la carcasa estan contenidos cuatro cartuchos getter -22-, -23-, -24-, -25-, cada uno con su propio plano de posicionamiento -222-, -232-, -242-, -252- ortogonal al eje de revolucion -26- y que cruza el punto medio de los soportes lineales -221-, -231-, -241-, -251- de los cartuchos. Los angulos formados por cada plano de posicionamiento -222-, -232-, -242-, -252- con cada soporte lineal -221-, -231-, -241-, -251- de cartucho getter estan indicados respectivamente con -a-, -a'-, -a''- y -a'''-. Para las bombas getter, segun la presente invencion, es necesario que dichos angulos esten todos comprendidos entre 35° y 75°, preferentemente que dichos angulos esten todos comprendidos entre 40° y 70°. En la realization representada esquematicamente en la figura 2, todos los cartuchos -22-, -23-, -24-, -25- estan conectados a las paredes -21-, -21'- de la carcasa y a un elemento vertical central -27-, preferentemente coaxial con el eje de revolucion -26-, que proporciona soporte mecanico y se podria utilizar asimismo para establecer una diferencia de tension con las paredes -21-, -21'- de la carcasa, con el fin de permitir el paso de corriente en los soportes lineales -221-, -231-, -241-, -251- de los cartuchos para su calentamiento durante la regeneration.

La realizacion mostrada en la figura 2 tiene dos tipos de cartuchos, -22- y -23- tienen discos de igual diametro mientras que -24- y -25- tienen los discos mas proximos a las paredes laterales -21-, -21'- de la carcasa y al elemento vertical central de conexion -27- de diametro reducido y/o dispuestos excentricamente, para permitir una mejor aprovechamiento del espacio disponible. Esto es tan solo un ejemplo de una alternativa adecuada, dado que en general es mas adecuado, aunque no obligatorio, que todos los cartuchos getter sean iguales entre si.

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Se debe entender que en la realizacion mostrada en la figura 2 todos los angulos son iguales entre si, pero tambien en este caso, se trata tan solo de las realizaciones mas convenientes y dicha condicion no es obligatoria, es decir, uno o varios de los angulos -a-, -a1-, -a"- y -a1"-, incluso si satisfacen la limitacion principal de estar comprendidos entre 35° y 75°, pueden tener un valor diferente a los otros. Ademas, todos los cartuchos -22-, -23-, -24- y -25- estan conectados a un mismo elemento central -27-, pero en el caso mas general pueden estar conectados a diferentes elementos interiores de soporte.

En la figura 2, los medios que conectan los cartuchos getter a la carcasa y el elemento central no se han mostrado, dado que son convencionales y bien conocidos por un experto en la materia, tales como por ejemplo la soldadura. A este respecto, es importante destacar que las partes terminales del soporte central lineal pueden posiblemente estar curvadas para facilitar su fijacion sobre la carcasa y el elemento central, con lo que el soporte central tiene que ser lineal, por lo menos en la parte que contiene los discos getter.

La bomba getter, segun la presente invencion, puede estar fabricada por medio de subconjuntos integrados en una carcasa con forma de un solido de revolucion. Esta solucion esta perfilada en las vistas, en seccion transversal, de las figuras 3A y 3B. En la figura 3A, la bomba getter -310- tiene una carcasa -311- con una abertura -312-, conteniendo un subconjunto superior compuesto de dos cartuchos getter -314-, -315- contenidos en un cuerpo envolvente secundario -316- que actua como soporte exterior para los cartuchos getter que estan fijados asimismo a un soporte interior -317-. El soporte exterior -316- puede estar fijado a la carcasa -311- y retenido en el mismo mediante solamente restricciones geometricas. En la figura 3A, dos subconjuntos identicos estan apilados con la misma orientacion, mientras que la bomba -320- en la figura 3B muestra una disposicion alternativa con el segundo subconjunto invertido. En las figuras 3A y 3B no se han descrito adicionalmente los elementos que tienen la misma representacion grafica y el mismo significado.

Se debe destacar que las realizaciones mostradas en las figuras 3A y 3B son ejemplos no limitativos sobre como integrar mas subconjuntos de cartuchos getter en una bomba getter segun la presente invencion.

En relacion con los cartuchos getter adecuados para ser utilizados en la estructura de bomba getter, segun la presente invencion, estos tienen un soporte central lineal cuya longitud esta comprendida preferentemente entre 4 y 30 cm, conteniendo preferentemente entre 2 y 7 discos getter por centimetro en la parte de contention de discos.

El numero de cartuchos getter situados en cada bomba puede estar comprendido provechosamente entre 2 y 100, mas preferentemente entre 4 y 25.

Ademas, los elementos adicionales externos a la bomba getter, tal como una fuente de alimentacion y elementos de control, no se han mostrado dado que son convencionales. Habitualmente su proposito es suministrar corriente a los soportes centrales lineales de los cartuchos getter, de tal modo que los discos getter son reactivados calentando los soportes. Con respecto al calentamiento, este se puede proporcionar alternativamente mediante fuentes externas que calientan la carcasa de la bomba getter, posiblemente estando dichas fuentes ya presentes en el sistema en que esta instalada la bomba getter, dado que el sistema contempla a menudo la presencia de sistemas de coccion que en algunos casos pueden asimismo utilizarse ventajosamente para calentar y activar la bomba getter, o mas en general mediante cualesquiera otros medios adecuados para calentar de manera controlada los cartuchos getter.

En relation con la carcasa, hay dos realizaciones preferentes. En la primera, la carcasa esta cerrada en un extremo por una base metalica, normalmente fabricada del mismo material de la pared lateral, y en el otro extremo por una brida de vacio estandar; en esta configuration, la realizacion preferente contempla la presencia de un elemento de conexion interior, preferentemente situado en el centro (es decir, coaxial con el eje de revolucion).

En una segunda realizacion preferente, la carcasa esta definida solamente por la pared lateral, teniendo en esta configuracion la bomba getter una carcasa de extremos abiertos, de tal modo que las moleculas de gas se pueden desplazar a traves de la bomba getter. Esta configuracion es util cuando la bomba puede estar directamente integrada en sistemas, por ejemplo coaxialmente, en lugar de ser un elemento adicional, tal como por ejemplo en el caso de secciones de pared de aceleradores de particulas, que se pueden sustituir con bombas getter segun la presente invencion, con una carcasa fabricada segun la segunda realizacion preferente. Esta configuracion de bomba getter permite la distribution de una velocidad y de una capacidad de sorcion grandes en el interior de la seccion principal de un acelerador de particulas, sin interferir con ningun haz de particulas o de electrones que se desplace a traves del mismo.

En este caso, la geometria mas preferente de la carcasa es el cono truncado, siguiendo los cartuchos getter la inclinacion del cono, es decir, el elemento de soporte lineal de los cartuchos getter es paralelo a las paredes del cono truncado. Esta realizacion de la bomba getter -40- se muestra en la vista esquematica, en seccion transversal, de la figura 4. Los cartuchos getter -42- y -43- estan dispuestos con sus soportes lineales -421-, -431- discurriendo en paralelo con las paredes laterales -41-, -41'-. La carcasa tiene dos aberturas, -44- y -45- para el flujo de gas, y un eje de revolucion -46-. Tambien en este caso, los angulos -P-, -P'- que los planos de posicionamiento -422-, -432- forman con los soportes lineales -421-, -431- del cartucho getter estan comprendidos entre 35° y 75°. Esta

realizacion especifica tiene la ventaja de asegurar un calentamiento mejor (mas rapido y mas eficiente) del cartucho getter mediante la accion del blindaje termico de las paredes adyacentes a la carcasa.

Los angulos que los planos de posicionamiento de los getter forman con los soportes centrales lineales de los 5 cartuchos estan siempre previstos como el angulo agudo formado por estos dos elementos, tal como se representa asimismo en la figura 2 (-a-, -a1-, -a"-, -a1"-) y en la figura 4 (-P-, -P'-).

Aunque las bombas getter, segun la presente invencion, se utilizan mas adecuadamente como bombas independientes, pueden ser utilizadas asimismo en sistemas de bombeo acoplados con otros tipos de bombas de 10 vacio, tal como por ejemplo, bombas turbomoleculares, bombas de pulverizacion de iones (SIP, sputter ion pumps), bombas criogenicas u otras bombas NEG (Non-Evaporable Getter, getter no evaporable).

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REIVINDICACIONES

1. Bomba getter que comprende una carcasa (21, 21'; 311; 411), cuya forma es un solido de revolution con un eje de revolucion (26; 46), y que comprende una serie de cartuchos getter (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) montados en el interior de dicha carcasa (21, 21'; 311; 411) de la bomba getter, comprendiendo cada cartucho (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) un soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421,431) y elementos getter separados (12, 12', ..., 12n) montados en dicho soporte central lineal (11; 221, 231,241,251; 421, 431), definiendose un plano ortogonal al eje de revolucion (26; 46) y que cruza el punto medio de un soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431) como un plano de posicionamiento (222, 232, 242, 252; 422, 432) del cartucho getter, caracterizada porque los angulos (a, a', a", a"'; p, P') formados por dichos planos de posicionamiento (222, 232, 242, 252; 422, 432) con los soportes centrales lineales (11; 221, 231,241,251; 421,431) estan comprendidos entre 35° y 75°, preferentemente entre 40° y 70°.
2. Bomba getter, segun la reivindicacion 1, en la que por lo menos uno de dichos angulos (a, a', a", a"'; p, P') formados por los planos de posicionamiento (222, 232, 242, 252; 422, 432) con los soportes centrales lineales (11; 221,231,241,251; 421,431) es diferente de uno o varios de los otros angulos.
3. Bomba getter, segun la reivindicacion 1 o 2, en la que dicho solido de revolucion es un cono truncado.
4. Bomba getter, segun la reivindicacion 3, en la que los soportes centrales lineales (421, 431) de los cartuchos getter (42, 43) son paralelos a las paredes (41,41') de la carcasa de cono truncado (411).
5. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que por lo menos un primer extremo del soporte central lineal (11; 221,231, 241, 251; 421,431) de cada cartucho (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) esta en contacto con la carcasa (21,21'; 311; 411).
6. Bomba getter, segun la reivindicacion 5, en la que un segundo extremo del soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251) de por lo menos un cartucho (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315) esta en contacto con un elemento de soporte interior (27).
7. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que cada cartucho (314, 315) tiene un primer extremo conectado a un elemento de soporte interior (27) y un segundo extremo conectado a un elemento de soporte exterior (316).
8. Bomba getter, segun la reivindicacion 6 o 7, en la que dicho elemento de soporte interior (27) es coaxial con el eje de revolucion (26).
9. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las que dichos elementos getter separados (12, 12', ..., 12n) estan fabricados con metales o aleaciones que comprenden por lo menos el 30 % de uno o varios de titanio, zirconio e itrio.
10. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las que dicho soporte central lineal (11; 221, 231, 241, 251; 421, 431) tiene una longitud comprendida entre 4 y 30 cm y lleva preferentemente entre 2 y 7 elementos getter (12, 12', ..., 12n) por cm.
11. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho cuerpo envolvente (311) esta cerrado en un extremo por una base y en el extremo opuesto por una brida de vaclo.
12. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que dicho cuerpo envolvente (21, 21'; 411) esta abierto en los extremos.
13. Bomba getter, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las que el numero de cartuchos getter (10, 100; 22, 23, 24, 25; 314, 315; 42, 43) esta comprendido entre 2 y 100, preferentemente entre 4 y 25.
14. Utilization de una bomba getter, segun la reivindicacion 1, en un sistema de bombeo que comprende diferentes tipos de bombas de vaclo.
15. Utilizacion de una bomba getter, segun la reivindicacion 1, en un sistema, segun la reivindicacion 14, donde dichas bombas de vaclo comprenden una bomba de vaclo elegida del grupo de una bomba de pulverization de iones, una bomba turbomolecular, una bomba criogenica y una bomba NEG.