FR3101115A1 - Procédé de chauffage d’un stator et pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire - Google Patents
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Abstract
Procédé de chauffage d’un stator (2) d’une pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire, ladite pompe à vide (1) comportant un dispositif de chauffage (14) comprenant au moins une résistance chauffante (15) et au moins une couche isolante (16) thermique et électrique, interposée entre une surface interne du stator (2) et la au moins une résistance chauffante (15), la au moins une résistance chauffante (15) étant alimentée par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance (P1) avec des périodes d’alimentation à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation (P2). Figure d’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne un procédé de chauffage d’un stator d’une pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire. L’invention concerne également une pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire mettant en œuvre ledit procédé de chauffage.
La génération d’un vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes à vide de type turbomoléculaire ou moléculaire, composées d'un stator dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de trente mille tours par minute.
En fonctionnement, le rotor est chauffé par la chaleur dégagée par le moteur et par la friction des gaz pompés contre le rotor en rotation rapide. L’augmentation du flux de gaz pompé engendre une augmentation de la température du rotor.
Certains procédés, tels que les procédés de fabrication de composants semi-conducteurs, nécessitent en plus un moyen de chauffage électrique du stator pour éviter la condensation de produits de réaction dans la pompe.
La température du moyen de chauffage du stator est cependant limitée, généralement à des valeurs de l’ordre de 120°C-150°C, pour éviter l’échauffement du rotor au-delà de températures admissibles risquant d’entrainer un fluage de celui-ci.
L’augmentation de la température du chauffage implique ainsi nécessairement un abaissement du flux de gaz maximum pouvant être pompé pour conserver une température du rotor compatible avec ses caractéristiques de fonctionnement.
Ces contraintes sur la température de chauffage du stator et sur le flux de gaz pompé sont cependant contradictoires avec les attentes de production. On cherche en effet à augmenter le plus possible la température de chauffage du stator pour limiter la formation de dépôt et ainsi augmenter la durée de vie des pompes mais on cherche également à augmenter au maximum les flux de gaz pompés pour augmenter les cadences de production.
En outre, la limitation de température en-deçà des températures admissibles par le rotor permet de réduire la formation de dépôts dans la pompe sans toutefois l’empêcher totalement. L’agglomération de produits de réaction peut lui-même entrainer une croissance rapide du dépôt du fait de la restriction de conductance qu’elle engendre dans le flux des gaz pompés. Cette restriction de jeu entre le stator et le rotor peut réduire la durée de vie de la pompe à vide et entrainer un contact rotor/stator qui, aux vitesses de rotation en jeu, peut conduire à l’explosion de la pompe à vide turbomoléculaire.
Des maintenances régulières doivent donc être programmées pour nettoyer fréquemment la pompe à vide. Ces maintenances sont également contraires aux impératifs de cadence de production.
Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de chauffage du stator de la pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire et une pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire qui résolvent au moins en partie les problèmes de l’état de la technique.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de chauffage d’un stator d’une pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire, ladite pompe à vide comportant :
- un stator,
- un rotor configuré pour tourner dans le stator,
- un dispositif de chauffage agencé dans un étage moléculaire de la pompe à vide,
caractérisé en ce que le dispositif de chauffage comporte au moins une résistance chauffante et au moins une couche isolante thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator et la au moins une résistance chauffante, la au moins une résistance chauffante étant alimentée par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
- un stator,
- un rotor configuré pour tourner dans le stator,
- un dispositif de chauffage agencé dans un étage moléculaire de la pompe à vide,
caractérisé en ce que le dispositif de chauffage comporte au moins une résistance chauffante et au moins une couche isolante thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator et la au moins une résistance chauffante, la au moins une résistance chauffante étant alimentée par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
L’alimentation de la au moins une résistance chauffante par des impulsions de courant électrique, c’est-à-dire de façon discontinue, permet de chauffer directement les éventuels dépôts de produits de réaction, tel que de type PTFE (polytétrafluoroéthylène), qui se déposent sur le dispositif de chauffage. Ces dépôts peuvent alors être chauffés à des températures bien plus élevées que les températures admissibles pour le stator, tel qu’à plus de 150°C dans l’étage moléculaire, comme par exemple à 200°C, c’est à dire au-delà de la température d’évaporation des dépôts de type PTFE, ceux-ci fusionnant d’abord succinctement en phase liquide avant de s’évaporer.
Les dépôts peuvent ainsi être évaporés par le chauffage à très haute température sans que le matériau du stator, isolé par la couche isolante, n’ait le temps de s’échauffer au-delà de sa température admissible. Cela est également rendu possible par le fait que le stator présente une très bonne conductibilité thermique, de l’ordre de 140 W/m/K pour l’aluminium et une haute inertie thermique. Cette très bonne conductibilité thermique permet au stator d’évacuer rapidement la puissance calorifique apportée ponctuellement par la au moins une résistance chauffante.
Il est ainsi possible d’atteindre des températures supérieures aux températures d’évaporation dans les dépôts de produits de réaction, telles que des températures supérieures à 150°C, tout en restant à une température admissible pour le matériau du rotor de la pompe à vide. La température du rotor de la pompe à vide peut par exemple être maintenue égale ou inférieure à 150°C, telle qu’inférieure à 120°C.
La pompe à vide peut ainsi s’auto-nettoyer et les durées entre maintenances peuvent être espacées, la pompe à vide étant plus robuste.
Le procédé de chauffage peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
Les périodes d’alimentation à une deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation peuvent être de quinze à vingt-cinq fois plus longues que les périodes d’alimentation à une première puissance.
Les périodes d’alimentation à la première puissance sont par exemple inférieures à 1 seconde, telles que comprises entre 0,2 et 0,7 secondes.
Les périodes d’alimentation à la deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation sont par exemple comprises entre 6 et 14 secondes.
La différence entre la première puissance et la deuxième puissance basse ou nulle est par exemple supérieure à 50% de la première puissance.
La différence entre la première puissance et la deuxième puissance basse ou nulle est par exemple comprise entre 100W et 1000W, telle que 500W.
La valeur maximale de la première puissance est par exemple de 1500W.
L’épaisseur de la au moins une couche isolante interposée entre le stator et la au moins une résistance chauffante est par exemple égale ou supérieure à 0,015mm, telle que égale ou supérieure à 0,05mm, telle que comprise entre 0,05mm et 0,15mm, telle que 0,1mm.
L’invention a aussi pour objet une pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire comportant :
- un stator,
- un rotor configuré pour tourner dans le stator,
- un dispositif de chauffage agencé dans un étage moléculaire de la pompe à vide,
caractérisée en ce que le dispositif de chauffage comporte au moins une résistance chauffante et au moins une couche isolante thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator et la au moins une résistance chauffante, la pompe à vide comportant en outre une unité de contrôle configurée pour soumettre la au moins une résistance chauffante à un procédé de chauffage tel que décrit précédemment.
- un stator,
- un rotor configuré pour tourner dans le stator,
- un dispositif de chauffage agencé dans un étage moléculaire de la pompe à vide,
caractérisée en ce que le dispositif de chauffage comporte au moins une résistance chauffante et au moins une couche isolante thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator et la au moins une résistance chauffante, la pompe à vide comportant en outre une unité de contrôle configurée pour soumettre la au moins une résistance chauffante à un procédé de chauffage tel que décrit précédemment.
La pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
La au moins une couche isolante présente par exemple une conductibilité thermique comprise entre 0,1 et 0,4 W/m/K.
La au moins une résistance chauffante est par exemple réalisée par un fil électrique résistif encapsulé dans une couche isolante, réalisée par un film isolant, par exemple de polyimide.
La conductibilité thermique de la au moins une résistance chauffante est par exemple comprise entre 5 W/m/K et 15 W/m/K.
L’épaisseur de la résistance chauffante est par exemple comprise entre 0,1mm et 0,3mm.
Le stator est par exemple en matériau aluminium.
Le rotor peut comporter une jupe Holweck qui tourne en regard de rainures hélicoïdales du stator dans l’étage moléculaire.
La surface interne du stator est celle communiquant avec les gaz pompés.
Ainsi, le dispositif de chauffage peut recouvrir des parois inter-filets du stator communiquant avec les gaz pompés, situées en regard de la jupe Holweck dans les rainures hélicoïdales du stator.
Le dispositif de chauffage peut recouvrir une paroi de refoulement du stator située en aval du rotor et en amont de l’orifice de refoulement dans l’étage moléculaire dans la direction de circulation des gaz pompés.
La pompe à vide peut comporter un refroidisseur configuré pour refroidir le stator au niveau de l’étage moléculaire.
La pompe à vide peut être dépourvue de moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator. Le chauffage du stator par alimentation électrique est alors uniquement réalisé par le dispositif de chauffage de la surface interne du stator. La température du rotor peut ainsi être abaissée de manière significative, ce qui permet d’augmenter le flux de gaz maximum pouvant être pompé.
Le rotor peut comporter en outre un ou plusieurs étages de pales radiales qui tournent en regard de pales radiales fixes du stator dans un étage turbomoléculaire de la pompe à vide situé en amont de l’étage moléculaire dans la direction de circulation des gaz pompés, le rotor étant réalisé d’une seule pièce.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels:
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.
La Figure 1 illustre un exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 turbomoléculaire.
Une pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte de façon connue en soi, un stator 2 dans lequel tourne à grande vitesse un rotor 3 en rotation axiale, par exemple une rotation supérieure à vingt mille tours par minute, telle que comprise entre vingt et quatre-vingt-dix mille tours par minute.
La pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte un étage turbomoléculaire 4 et un étage moléculaire 5 situé en aval de l’étage turbomoléculaire 4 dans la direction de circulation des gaz pompés (représentée par les flèches F1). Les gaz pompés s’écoulent d’abord dans l’étage turbomoléculaire 4, puis dans l’étage moléculaire 5, pour être ensuite évacués par un orifice de refoulement 8 de la pompe à vide 1.
L’orifice d’aspiration 6 de la pompe à vide 1 turbomoléculaire par lequel pénètrent les gaz pompés est situé à l’entrée de l’étage turbomoléculaire 4. Une bride annulaire d’entrée 7 entoure par exemple l’orifice d’aspiration 6 pour raccorder la pompe à vide 1 à une enceinte.
Le rotor 3 comporte ici d’une part, un ou plusieurs étages de pales radiales 9a qui tournent en regard de pales radiales 9b fixes du stator 2 dans l’étage turbomoléculaire 4 et d’autre part, une jupe Holweck 10 qui tourne en regard de rainures hélicoïdales 11 du stator 2 dans l’étage moléculaire 5 (Figure 3).
Les pales radiales 9a, 9b du rotor 3 et du stator 2 sont inclinées pour guider les molécules de gaz pompés vers l’étage moléculaire 5.
La jupe Holweck 10 est formée par un cylindre lisse. Les rainures hélicoïdales 11 du stator 2 permettent de comprimer et guider les gaz pompés vers l’orifice de refoulement 8 (Figure 1).
Le rotor 3 est entraîné en rotation dans le stator 2 par un moteur interne 12 par exemple agencé sous la jupe Holweck 10. Un gaz de purge peut être injecté dans la pompe à vide 1 pour purger et refroidir le refoulement et/ou le moteur interne 12 (Flèche F2). Le rotor 3 est guidé latéralement et axialement par des paliers 13 magnétiques ou mécaniques. La pompe à vide 1 peut également comporter des roulements de secours 21.
Le rotor 3 est réalisé d’une seule pièce (monobloc), par exemple en matériau aluminium. Le stator 2 est par exemple en matériau aluminium.
La pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte en outre un dispositif de chauffage 14 agencé dans l’étage moléculaire 5.
Le dispositif de chauffage 14 comporte au moins une résistance chauffante 15 et au moins une couche isolante 16 interposée entre une surface interne du stator 2 et la au moins une résistance chauffante 15 (Figure 2).
La au moins une couche isolante 16 est un isolant thermique et électrique. La au moins une couche isolante 16 présente par exemple une conductibilité thermique comprise entre 0,1 et 0,4 W/m/K, comme par exemple 0,25 W/m/K.
L’épaisseur de la au moins une couche isolante 16 interposée entre le stator 2 et la au moins une résistance chauffante 15, est par exemple égale ou supérieure à 0,015mm, telle que égale ou supérieure à 0,05mm, telle que comprise entre 0,05mm et 0,15mm, telle que 0,1mm.
Le dispositif de chauffage 14 peut recouvrir des parois du stator 2 communiquant avec les gaz pompés et qui sont en regard du rotor 3 dans l’étage moléculaire 5, c’est-à-dire en regard de la jupe Holweck 10 du rotor 3 (Figure 1). Plus précisément par exemple, le dispositif de chauffage 14 peut recouvrir des parois inter-filets 17 situées dans les fonds des rainures hélicoïdales 11 du stator 2 (Figure 3).
On peut aussi prévoir que le dispositif de chauffage 14 recouvre une paroi de refoulement 18 du stator 2 située en aval du rotor 3 et en amont de l’orifice de refoulement 8 dans l’étage moléculaire 5 (Figure 1).
La au moins une résistance chauffante 15 est par exemple formée par un fil électrique résistif, par exemple disposé en bobinage ou serpentin sur ou dans la couche isolante 16 de manière à former une « nappe chauffante ». Selon un exemple de réalisation, la au moins une résistance chauffante 15 est réalisée par un fil électrique résistif encapsulé dans une couche isolante 16 réalisée par un film isolant, tel qu’un film de polyimide (polymère à base d’imide), comme le Kapton ®.
Cette réalisation en feuilles minces du dispositif de chauffage 14 lui permet de s’adapter aux formes éventuellement complexes du stator 2. En outre, le film de polyimide peut rester stable dans une plage étendue de température, jusqu’à 300 à 600°C du fait de ses très bonnes qualités diélectriques. Il présente également un très faible taux de dégazage et de bonnes propriétés de résistance face à de nombreuses espèces chimiques lui permettant d’être utilisé dans des environnements à très haut vide et sous atmosphère agressive. On dispose ainsi d’un dispositif de chauffage 14 souple, disponible dans le commerce et qui est particulièrement adapté au pompage à très haut vide, y compris d’espèces gazeuses issues de procédés de fabrication de composants semi-conducteurs.
La conductibilité thermique de la au moins une résistance chauffante est par exemple comprise entre 5 W/m/K et 15 W/m/K, comme par exemple 10 W/m/K.
L’épaisseur de la résistance chauffante est par exemple comprise entre 0,1mm et 0,3mm, comme par exemple 0,2mm.
La pompe à vide 1 turbomoléculaire peut en outre comporter un refroidisseur 19 configuré pour refroidir le stator 2 au niveau de l’étage moléculaire 5 (Figure 1) et/ou un moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator 2 configuré pour chauffer le stator 2 dans la masse par exemple au niveau de l’étage moléculaire 5 (non représenté).
Le refroidisseur 19 est par exemple formé par un serpentin de circulation d’un fluide refroidisseur, tel que de l’eau, par exemple à température ambiante. Le serpentin entoure par exemple au moins en partie l’étage moléculaire 5 du stator 2. Le serpentin peut être disposé à l’extérieur du stator 2 ou peut être formé directement dans le stator 2. La circulation du fluide refroidisseur peut être permanente ou peut être contrôlée notamment en fonction d’un capteur de température du stator 2.
Le moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator 2 comporte par exemple une couverture chauffante externe entourant par exemple au moins en partie l’étage moléculaire 5 du stator 2. Selon un autre exemple, le moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse comporte une cartouche chauffante intégrée dans le corps du stator 2.
La pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte en outre une unité de contrôle 20 comportant un ou plusieurs contrôleurs ou microcontrôleurs ou ordinateurs ou processeurs et mémoires (Figure 4). L’unité de contrôle 20 est configurée pour mettre en œuvre un procédé de chauffage du stator 2 tel que décrit ci-après.
Au cours du procédé de chauffage du stator 2, la au moins une résistance chauffante 15 est alimentée par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance P1 avec des périodes d’alimentation à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation P2 où on coupe l’alimentation de la au moins une résistance chauffante (Figure 5).
La différence entre la première puissance et la deuxième puissance basse ou nulle est par exemple supérieure à 50% de la première puissance. Cette différence est par exemple comprise entre 100W et 1000W. Elle est par exemple de 500W.
La valeur maximale de la première puissance est par exemple de 1500W.
Les impulsions de courant électrique sont par exemple réalisées par des signaux en créneaux. D’autres formes de réalisation sont possibles comme des signaux en demi-sinus ou triangulaires.
Les périodes d’alimentation à la deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation P2 sont par exemple de quinze à vingt-cinq fois plus longues que les périodes d’alimentation à une première puissance P1, tel que vingt fois. Les périodes d’alimentation à une première puissance P1 sont par exemple inférieures à 1 seconde, telles que comprises entre 0,2 et 0,7 secondes. Les périodes d’alimentation à une deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation P2 sont par exemple comprises entre 6 et 14 secondes.
L’alimentation de la au moins une résistance chauffante 15 par des impulsions de courant électrique, c’est-à-dire de façon discontinue, permet de chauffer directement les éventuels dépôts de produits de réaction, tel que le PTFE (polytétrafluoroéthylène), qui se déposent sur le dispositif de chauffage 14. Ces dépôts peuvent alors être chauffés à des températures bien plus élevées que les températures admissibles pour le stator 2, tel qu’à plus de 150°C dans l’étage moléculaire 5, comme par exemple à 200°C, c’est à dire au-delà de la température d’évaporation des dépôts de type PTFE, ceux-ci fusionnant d’abord succinctement en phase liquide avant de s’évaporer.
Les dépôts peuvent ainsi être évaporés par le chauffage à très haute température sans que le matériau du stator 2 isolé par la couche isolante 16 n’ait le temps de s’échauffer au-delà de sa température admissible. Cela est également rendu possible par le fait que le stator 2 présente une très bonne conductibilité thermique, de l’ordre de 140 W/m/K pour l’aluminium et une haute inertie thermique. Cette très bonne conductibilité thermique permet au stator 2 d’évacuer rapidement la puissance calorifique apportée ponctuellement par la au moins une résistance chauffante 15, notamment au moyen du refroidisseur 19.
Il est ainsi possible d’atteindre des températures supérieures aux températures d’évaporation dans les dépôts de produits de réaction, telles que des températures supérieures à 150°C, tout en restant à une température admissible pour le matériau de la pompe à vide 1. La température du rotor 3 de la pompe à vide 1 est par exemple maintenue égale ou inférieure à 150°C, telle qu’inférieure à 120°C.
La pompe à vide peut être dépourvue de moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator 2. Le chauffage du stator 2 par alimentation électrique est alors uniquement réalisé par le dispositif de chauffage 14 de la surface interne du stator 2. La température du rotor 3 peut ainsi être abaissée de manière significative, ce qui permet d’augmenter le flux de gaz maximum pouvant être pompé. Sans apport de chaleur par un moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator, il est notamment possible de multiplier par deux le flux de gaz maximum pouvant être pompé par une pompe à vide 1 d’orifice d’aspiration 6 de 320mm par rapport à une pompe à vide 1 de même diamètre mais dont la température de consigne du moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse serait de 70°C.
La pompe à vide 1 peut ainsi s’auto-nettoyer et les durées entre maintenances peuvent être espacées, la pompe à vide 1 étant plus robuste. La durée de vie de la pompe à vide 1 peut ainsi être augmentée.
Ceci peut être mieux compris en référence aux exemples des graphiques des Figures 6A et 6B.
La Figure 6A montre des résultats d’une simulation numérique de la température de la au moins une résistance chauffante 15 (courbe A) et de la température au niveau des dépôts de produits de réaction pour trois épaisseurs de couche isolante 16 entre le stator 2 et la au moins une résistance chauffante 15 (courbe B : 0,015mm, courbe C : 0,05mm et courbe D : 0.1mm).
La figure 6B montre des quantités (en mg) de produits de réaction évaporés en fonction du temps (en seconde) pour les températures et épaisseurs de la au moins une couche isolante 16 de la Figure 6A.
Dans cet exemple, pour la couche isolante 16 d’épaisseur 0,015mm, les périodes d’alimentation à une première puissance P1 durent 0,4 secondes et les périodes de non-alimentation P2 durent 8 secondes (courbe B, Figure 6A). Pour la couche isolante 16 d’épaisseur 0,05mm, les périodes d’alimentation à une première puissance P1 durent 0,5 secondes et les périodes de non-alimentation P2 durent 10 secondes (courbe C). Pour la couche isolante 16 d’épaisseur 0,1mm, les périodes d’alimentation à une première puissance P1 durent 0,6 secondes et les périodes de non-alimentation P2 durent 11 secondes.
On constate sur ces figures que l’alimentation par impulsions de courant électrique permet de conserver une température du stator 2 stable à 150°C (courbe A). La barrière thermique formée par la au moins une couche isolante 16 et le chauffage par impulsions permettent d’empêcher le chauffage du stator 2 au-delà de cette température. Le refroidisseur 19 permet en outre l’évacuation de la chaleur dans le stator 2 ayant tout de même franchi la barrière thermique.
Les périodes d’alimentation à une première puissance P1 comprises entre 0,4 et 0,6 secondes se traduisent par des augmentations de la température dans les dépôts de produits de réaction au-delà de 150°C sur des durées comprises entre 3 et 6 secondes.
Par ailleurs, pour des valeurs de premières puissances élevées identiques, ici de 500W, on constate que la température, et donc l’évaporation des dépôts de produits de réaction, est plus importante avec une épaisseur de la au moins une couche isolante 16 plus élevée. La température dans le dépôt de produits de réaction d’une couche isolante 16 de 0,1mm d’épaisseur atteint ainsi plus de 240°C, ce qui permet une très bonne évaporation du dépôt (courbe D, Figures 6A et 6B). Avec une couche isolante 16 d’épaisseur moindre, la température atteinte dans le dépôt de produits de réaction est moins élevée (environ 200°C pour une épaisseur de 0,05mm et environ 175°C pour une épaisseur de 0,015mm).
Il est donc possible d’améliorer l’évacuation des dépôts par exemple en augmentant l’amplitude ou les périodes d’alimentation à une première puissance P1 élevée et/ou l’épaisseur de la au moins une couche isolante 16 et/ou le coefficient d’échange thermique du fluide refroidisseur.
Bien que les figures illustrent un exemple de réalisation d’une pompe à vide 1 turbomoléculaire, l’invention s’applique également pour une pompe à vide moléculaire, la différence étant que la pompe à vide moléculaire ne présente pas d’étage turbomoléculaire, le rotor 3 comportant uniquement une jupe Holweck 10 qui tourne en regard de rainures hélicoïdales 11 du stator 2.
Claims (21)
- Procédé de chauffage d’un stator (2) d’une pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire, ladite pompe à vide (1) comportant un stator (2), un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) et un dispositif de chauffage (14) agencé dans un étage moléculaire (5) de la pompe à vide (1), caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (14) comporte au moins une résistance chauffante (15) et au moins une couche isolante (16) thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator (2) et la au moins une résistance chauffante (15), la au moins une résistance chauffante (15) étant alimentée par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance (P1) avec des périodes d’alimentation à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation (P2).
- Procédé de chauffage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les périodes d’alimentation à une deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation (P2) sont de quinze à vingt-cinq fois plus longues que les périodes d’alimentation à une première puissance (P1).
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les périodes d’alimentation à une première puissance (P1) sont inférieures à 1 seconde, telles que comprises entre 0,2 et 0,7 secondes.
- Procédé de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les périodes d’alimentation à une deuxième puissance ou les périodes de non-alimentation (P2) sont comprises entre 6 et 14 secondes.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence entre la première puissance et la deuxième puissance basse ou nulle, est supérieure à 50% de la première puissance.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence entre la première puissance et la deuxième puissance basse ou nulle, est comprise entre 100W et 1000W, telle que 500W.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur maximale de la première puissance est de 1500W.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’épaisseur de la au moins une couche isolante (16) interposée entre le stator (2) et la au moins une résistance chauffante (15) est égale ou supérieure à 0,015mm, telle que égale ou supérieure à 0,05mm, telle que comprise entre 0,05mm et 0,15mm, telle que 0,1mm.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du rotor (3) de la pompe à vide (1) est maintenue égale ou inférieure à 150°C, telle qu’inférieure à 120°C.
- Procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage du stator (2) par alimentation électrique est uniquement réalisé par le dispositif de chauffage (14).
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire comportant un stator (2), un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2) et un dispositif de chauffage (14) agencé dans un étage moléculaire (5) de la pompe à vide (1), caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (14) comporte au moins une résistance chauffante (15) et au moins une couche isolante (16) thermiquement et électriquement, interposée entre une surface interne du stator (2) et la au moins une résistance chauffante (15), la pompe à vide (1) comportant en outre une unité de contrôle (20) configurée pour soumettre la au moins une résistance chauffante (15) à un procédé de chauffage selon l’une des revendications précédentes.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la au moins une couche isolante (16) présente une conductibilité thermique comprise entre 0,1 W/m/K et 0,4 W/m/K.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que la au moins une résistance chauffante (15) est réalisée par un fil électrique résistif encapsulé dans une couche isolante (16) en film de polyimide.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que la conductibilité thermique de la au moins une résistance chauffante (15) est comprise entre 5 W/m/K et 15 W/m/K et son épaisseur est comprise entre 0,1mm et 0,3mm.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que le stator (2) est en matériau aluminium.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 15, caractérisée en ce que le rotor (3) comporte une jupe Holweck (10) qui tourne en regard de rainures hélicoïdales (11) du stator (2) dans l’étage moléculaire (5).
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (14) recouvre des parois inter-filets (17) du stator (2) communiquant avec les gaz pompés, situées en regard de la jupe Holweck (10) dans les rainures hélicoïdales (11) du stator (2).
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 17, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (14) recouvre une paroi de refoulement (18) du stator (2) située en aval du rotor (3) et en amont de l’orifice de refoulement (8) dans l’étage moléculaire (5) dans la direction de circulation des gaz pompés.
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 18, caractérisée en ce qu’elle comporte un refroidisseur (19) configuré pour refroidir le stator (2) au niveau de l’étage moléculaire (5).
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire ou moléculaire selon l’une des revendications 11 à 19, caractérisée en ce qu’elle est dépourvue de moyen de chauffage d’alimentation électrique de masse du stator (2).
- Pompe à vide (1) turbomoléculaire selon l’une des revendications 11 à 20, caractérisée en ce que le rotor (3) comporte en outre un ou plusieurs étages de pales radiales (9a) qui tournent en regard de pales radiales (9b) fixes du stator (2) dans un étage turbomoléculaire (4) de la pompe à vide (1) situé en amont de l’étage moléculaire (5) dans la direction de circulation des gaz pompés, le rotor (3) étant réalisé d’une seule pièce.
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2019
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|---|---|---|---|---|
| US20190285090A1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | Lam Research Corporation | Turbomolecular pump deposition control and particle management |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023046712A1 (fr) | 2021-09-24 | 2023-03-30 | Pfeiffer Vacuum | Pompe à vide turbomoléculaire |
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