TW201433693A - 吸氣泵 - Google Patents

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Abstract

吸氣泵包括殼體(21、21')，其形狀為一設有迴轉軸線(24)之迴轉體，及複數被安裝在該吸氣泵殼體(21、21')內的吸氣匣體(22、23)，每一匣體(22、23)包括一線性中心支撐件(221、231)及被安裝在該線性中心支撐件(221、231)上之隔開的吸氣元件，含有線性中心支撐件(221、231)及平行於該迴轉軸線(24)的平面界定吸氣匣體定向平面，且正交於該迴轉軸線(24)及與線性中心支撐件(221、231)的中點相交之平面界定吸氣匣體定位平面(222、232)，藉由該定位平面(222、232)與該線性中心支撐件(221、231)所形成之角度(α、α')係等於或少於30°。

Description

吸氣泵
本發明有關包括複數個吸氣匣體之改良的吸氣泵。
獨自使用或與其他型式泵一起結合使用的吸氣泵被廣泛地使用及了解，且被以該申請人之名字敘述在各種文件中、諸如國際專利申請案WO 9858173、WO 2010/105944及WO 2009/118398。
即使吸氣泵與其他型式真空泵之組合在某些應用、諸如表面科學系統及在真空之下操作的分析器中提供不同的優點，當有不允許用於此組合使用的限制時，尤其當活性氣體、諸如H2、CO、CO2係該主要氣體來源且惰性氣體之泵吸不是問題時，獨立的吸氣泵之使用係較佳的。
使用吸氣材料的被安裝在中心支撐件上之複數個盤片的特別型式之吸氣泵以該申請人的名字被敘述於EP 0742370及EP 0753663兩者中，而含有複數個此等元件之泵以該申請人的名字被敘述於US 6149392中，其教導及內容係在此以引用的方式併入本文中。
於US 6149392中，其被認知對於一些應用，具有高氣體吸附速度而非高氣體吸附能力係更重要及具決定性的，一典型範例係粒子加速器之案例，在此有複數個被安裝在該加速器的不同區段中之真空泵，以遍及該整個長度提供適當的真空位準。
該等發明人已進一步調查此問題，並已發現一能夠進一步改善該泵吸速率之交替及不同的組構。於其第一態樣中，本發明在於一吸氣泵，其包括殼體，該殼體之形狀為迴轉體；及複數個吸氣匣體，被安裝在該吸氣泵殼體內，每一匣體包括一線性中心支撐件及被安裝在該線性中心支撐件上之隔開的吸氣元件。含有線性中心支撐件及平行於該迴轉軸線的平面界定吸氣匣體“定向平面”，且正交於該殼體軸線及與線性中心支撐件的中點相交之平面界定吸氣匣體“定位平面”，該泵的特徵為藉由該定位平面與該線性中心支撐件所形成之角度等於或少於30°、較佳地等於或少於10°。
該“迴轉體(solid of revolution)”一詞係意欲包括所有那些藉由繞著在於相同平面中的給定軸線迴轉該平面區域所獲得之立體形，亦被界定為“迴轉軸線”。在用於本發明之其普通及最有用的實施例中，該迴轉體為圓柱體，而其他有用的形狀為圓錐體或截頭圓錐體或其組合。再者，為著本發明之目的，考慮該迴轉體係一理想之形狀， 且該泵殼體代替係一實物，與該理想幾何迴轉形狀的微小偏差係仍然在其寬度及範圍內。
在該最佳實施例中，由於該迴轉體為圓柱體之事實，於以下範例中，將特別參考此用於該吸氣泵殼體的形狀，但這僅只被視為迴轉體之較廣泛概念的非限制性實施例，當作用於該吸氣泵外部殼體之合適的幾何形狀。
10‧‧‧吸氣匣體
11‧‧‧中心軸桿
12‧‧‧吸氣元件
12'‧‧‧吸氣元件
12n‧‧‧吸氣元件
20‧‧‧吸氣泵部份
21‧‧‧側壁
21’‧‧‧側壁
22‧‧‧吸氣匣體
23‧‧‧吸氣匣體
24‧‧‧迴轉軸線
30‧‧‧吸氣泵
31‧‧‧殼體
32‧‧‧吸氣匣體
33‧‧‧吸氣匣體
34‧‧‧吸氣匣體
100‧‧‧吸氣匣體
221‧‧‧匣體支撐件
222‧‧‧定位平面
231‧‧‧匣體支撐件
232‧‧‧定位平面
300‧‧‧吸氣泵
320‧‧‧吸氣匣體
330‧‧‧匣體
340‧‧‧匣體
本發明將由以下圖示之幫助被進一步說明，在此：圖1顯示根據該先前技術的吸氣匣體之概要代表圖，且在此中被用作根據本發明的吸氣泵中之構成元件；圖1A顯示根據該先前技術的吸氣匣體之變動的概要代表圖；圖2顯示根據本發明的吸氣泵之一實施例的截面視圖；圖3顯示根據本發明的吸氣泵之實施例的頂部平面圖；圖3A顯示圖3中所描述之實施例的變動之頂部平面圖。
於該圖示中，該元件之尺寸及尺寸比率可能未校正，且譬如於一些案例中，諸如於圖1中，相對於該中心軸桿直徑，呈盤片形式之隔開的吸氣元件之直徑已被變更，以 便改善該圖示可瞭解性。
根據本發明的吸氣泵設想複數個吸氣匣體之存在，諸如在圖1中所概要地表示者，每一吸氣匣體10具有一作用為支撐件的中心軸桿11、及複數個典型及最好是具有盤片形狀之隔開的吸氣元件12、12',...12n。於圖1中，將該吸氣盤片固定至該中心軸桿的機構未被顯示，因為它們對於本發明之理解不需要及在熟諳此技術者的知識內。
如在圖1A所示，適合被使用在根據本發明的吸氣泵中之交替的吸氣匣體100可具有吸氣盤片，該吸氣盤片不只同樣地隔開，同時在該盤片堆疊之末端或在該盤片堆疊內可有一些間隙/空隙。如果有藉由例如該匣體本身或其他元件、諸如電源供給電纜或請入裝置所給與之妨礙被考慮，那些空間係有用的。因此具有複數個本質上同樣地隔開的吸氣元件之吸氣匣體僅只係被使用在根據本發明的泵中之合適的吸氣匣體之較佳及非限制性範例。
該吸氣匣體之特徵及特性將不被更為詳細地敘述，因為此知識係熟諳此技術者所擁有，無論如何一些細節及資訊係存在於該業已論及是EP 0742370及EP 0753663中。在本發明中，對於用作吸氣元件之支撐件的軸桿11為線性係需要的，諸如在EP 0742370、EP 0753663及US 6149392中之圖1中所示，同時諸如於WO 9858173所顯示之組構將為不合適的。用於該線性軸桿/支撐件之最有用的形狀係圓柱形。
亦應注意的是本發明不被限制於特定的吸氣材料，但 用於本發明之範圍及目的，能夠吸附氣體及藉著熱處理而恢復活動的任何合適之材料可被採用及落在吸氣材料之界定內。對於熟諳此技術者，此材料之知識及特徵係可用的，並可譬如輕易地被由各種來源所回復、諸如上述的EP 0742370。特別有利的是吸氣金屬或合金，包括鈦、鋯、釔的一或多個之至少30%。
於嘗試使用複數個吸氣匣體來進一步改善吸氣泵之速率中，該等發明人已發現特定組構，其相對於US 6149392中所敘述者提供改良。
特別地是，圖2顯示根據本發明的吸氣泵之一部份的縱向截面視圖。該吸氣泵部份20具有藉由二側壁21及21'所界定之圓柱形殼體，且其幾何形狀係進一步藉由迴轉軸線24所界定。二吸氣匣體22及23被裝在該殼體內，每一吸氣匣體使其自身之定位平面222及232正交於該迴轉軸線24，並與該匣體支撐件221及231的中點相交。藉由每一定位平面與每一吸氣匣體線性支撐件221及231所形成之角度係分別以α及α'指示。用於根據本發明的吸氣泵，那些角度不高於30度及最好是少於10度係需要的。
圖2所示吸氣泵具有二不同定位平面的二吸氣匣體、亦即具有其距離係大於1,5公分之定位平面；既然由於它們係彼此平行的定義，該等定位平面之距離係可輕易地決定。
其定位平面具有比1,5公分較小的距離之吸氣匣體係 考慮吸氣匣體本質上位在相同平面中，其將被界定為一吸氣“次組件平面”，且係與本質上位在該相同平面中之吸氣匣體的最低定位平面(亦即相對於該流動方向的上游之平面)一致。
於圖2中，將該吸氣匣體連接至該殼體的手段未被顯示，因為它們譬如係傳統的及對於熟諳此技術者普遍得知、諸如軟焊。關於此點，其重要的是強調該線性中心支撐件之末端部分盡可能可被彎曲，以易於其固定至該殼體上，藉此該中心支撐件至少於固持該吸氣盤片之部份中必需為線性的。
相對於適合被使用在根據本發明的吸氣泵結構中之吸氣匣體，那些具有其長度被包括於4及30公分之間的線性中心支撐件者，於該盤片固持部份中每公分固持2及7個吸氣盤片之間。
再者，於該吸氣泵外部的額外元件、諸如電源供給及控制元件未被顯示，因為它們係傳統的。其目的典型係供給電流至該吸氣匣體之線性中心支撐件，以致該吸氣盤片係藉由加熱該支撐件而恢復活動。相對於加熱，這可藉由加熱該吸氣泵之殼體的外部來源所另一選擇地提供，此來源可能業已存在於安裝該吸氣泵之系統中，因為該系統通常設想烘烤系統之存在，其於一些案例中亦可有利地被使用於加熱及作動該吸氣泵。
相對於最好是圓柱形的殼體，有二較佳實施例。於該第一實施例中，該殼體係在一端部藉由通常以與該側壁相 同之材料所製成的金屬基底被關上，且在該另一端部藉由標準之真空凸緣被關上。
於第二較佳實施例中，該殼體僅只係藉由該側壁所界定，在此組構中，該吸氣泵具有一開放末端殼體，以致氣體分子能行進越過該吸氣泵。當該泵可被譬如同軸向地直接整合於系統中而非是一額外元件時，例如於可被以根據本發明之吸氣泵替代的粒子加速器之壁面區段的案例中，此組構係有用的，而具有根據該第二較佳實施例所製成之殼體。該吸氣泵組構允許在該粒子加速器之主要區段內側分配大的吸附速度及能力，而不會與運動經過其中之任何粒子或電子束干涉。
即使根據本發明的吸氣泵係大部份適合用作獨立之泵，它們亦可被使用於譬如與其他型式之泵、諸如渦輪分子泵、濺射離子泵(SIP)、冷凍泵、或其他NEG(非蒸發式吸氣)泵耦接的泵吸系統中。
具有吸氣匣體的吸氣泵之頂部平面圖被顯示於圖3中，該等吸氣匣體係在相同的吸氣次組件平面中。該吸氣泵30具有一個圓柱形殼體31，及於設有三角形配置之相同的吸氣次組件平面中之三個吸氣匣體32、33、34。用於匣體32及33的吸氣匣體定向平面形成一角度β，對於匣體32及34形成一角度β'，且對於匣體33及34形成一角度β"。於圖3所示實施例中，大約β=β'=β"=60°。
其將被注意到圖3係僅只代表性的，因為該三角可不等邊的。這亦應用至位在相同的吸氣次組件平面中之匣體 的尺寸及數目，譬如其長度可不同，並造成不同的幾何多邊形，而具有藉由該吸氣匣體定向平面之所有可能的交點所界定之頂點。此多邊形實踐該較佳條件，即藉由用於位在相同次組件平面中之吸氣匣體的定向平面所形成之所有角度係少於130°、甚至更佳地是等於或少於90°。
圖3所示實施例之感興趣的變動被描述於圖3A中，顯示以二匣體330、340所製成之吸氣泵300的頂部平面圖，在此一些吸氣盤片係不存在(那些係圖1A中所顯示之匣體)，及一標準的吸氣匣體320，其中該盤片本質上係同樣地/均勻地隔開的。
藉由使用相同數目之匣體來比較諸系統，這將相對於標準之匣體導致減少的能力及速率。但以放置該吸氣匣體之觀點，該優點在於有更多彈性的事實，而允許考慮殼體或幾何形狀限制，且因此允許在該泵中放置較高數目之匣體，最終導致該泵技術特徵中之整個改良。
於根據本發明的吸氣泵中，在複數個吸氣次組件平面中具有複數個匣體係特別有用的。吸氣次組件平面之數目係藉由該吸氣泵殼體的長度所決定，此數目最好是被包括於每米40及80個之間，據此按比例用於其長度係少於1米的殼體。
每一次組件平面可具有根據不同組構所配置的不同數目之吸氣匣體。於此案例中，其較佳的是在不同吸氣次組件平面中之鄰接多邊形頂點係未平行於該迴轉軸線對齊，反之連接位於不同次組件平面中的鄰接多邊形頂點之線與 該次組件平面本身(其係彼此平行)形成等於或少於80°、最好是少於60°的角度。
本發明將以下文的非限制性範例之幫助來進一步作說明。
範例1
一組吸氣匣體被製備，每一匣體包括39塊具有1,3毫米間距的盤片。被使用於該盤片之吸氣材料係Zr(82wt%)-V(14,8wt%)-Fe(3,2wt%)合金，並藉由該申請人在該商標名稱“St 172”之下所行銷。該盤片具有1毫米厚度及25,4毫米的直徑。在該匣體之末端部分係有24,8毫米無吸氣元件，藉此該線性支撐件的全長係140毫米。
根據本發明之泵的泵吸速率之評估被作成，該泵包括一具有140毫米的高度及160毫米之直徑的圓柱形殼體，並在一端部藉由基底及在該相反端部藉由真空凸緣所關上。六個匣體被配置進入二不同的次組件平面，且在其間具有3公分的距離，用於相同次組件平面中之匣體的吸氣匣體定向平面形成一等邊三角形，而藉由連接位於不同吸氣次組件平面中的鄰接多邊形頂點之線所形成的角度係約23°。該評估結果給與一高於2500 l/s之泵吸速率。
範例2(比較的)
來自範例1之同一組的其他吸氣匣體被使用於評估根據該先前技術的吸氣泵之泵吸速率。該關閉的吸氣泵殼體 具有與於範例1中相同之直徑及高度，但以使藉由該定位平面與該線性中心支撐件所形成之角度為90°的方式來安裝該匣體，亦即該線性支撐件係平行於該殼體之壁面，且該匣體被設置環繞該殼體的周邊及在彼此中同樣地隔開。於此案例中，該評估之結果提供一低於2200 l/s的泵吸速率。
20‧‧‧吸氣泵部份
21‧‧‧側壁
21’‧‧‧側壁
22‧‧‧吸氣匣體
23‧‧‧吸氣匣體
24‧‧‧迴轉軸線
221‧‧‧匣體支撐件
222‧‧‧定位平面
231‧‧‧匣體支撐件
232‧‧‧定位平面

Claims (14)

  1. 一種吸氣泵，包括殼體(21、21'；31)，其形狀為一設有迴轉軸線(24)之迴轉體，及複數個吸氣匣體(10；22、23；32、33、34；320、330、340)，被安裝在該吸氣泵殼體(21、21'；31)內，每一匣體包括一線性中心支撐件(11；221、231)及被安裝在該線性中心支撐件(11；221、231)上之隔開的吸氣元件(12、12'、...、12n)，含有線性中心支撐件(11；221、231)及平行於該迴轉軸線(24)的平面界定吸氣匣體定向平面，且正交於該迴轉軸線(24)及與線性中心支撐件(11；221、231)的中點相交之平面界定吸氣匣體定位平面(222、232)，其特徵為藉由該定位平面(222、232)與該線性中心支撐件(11；221、231)所形成之角度(α、α')等於或少於30°、較佳地等於或少於10°。
  2. 如申請專利範圍第1項之吸氣泵，其中該迴轉體選自於由圓柱體、圓錐體、截頭圓錐體所組成的群組。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該隔開的吸氣元件(12、12'、...、12n)是以金屬或包括鈦、鋯、釔的一或多種之至少30%的合金所製成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該線性中心支撐件(11；221、231)具有被包括於4至30公分之間的長度，且最好是每公分承載2至7個之間的吸氣元件(12、12'、...、12n)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該殼體(31)係在一端部藉由基座及在該相反端部藉由真空凸緣所封閉。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該殼體(21、21'；31)係末端開口的。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中至少二個吸氣匣體的定位平面具有一小於1.5公分之距離，藉此該二吸氣匣體大致上安置在該相同的定位平面中，而被界定為吸氣次組件平面。
  8. 如申請專利範圍第7項之吸氣泵，其中用於位在相同吸氣次組件平面中之吸氣匣體，在藉由該定向平面所形成之多邊形的頂點之角度(β、β'、β")等於或少於130°、最好是等於或少於90°。
  9. 如申請專利範圍第8項之吸氣泵，其中相同的吸氣次組件平面包含被配置在三角形組構中之三個吸氣匣體(32、33、34)。
  10. 如申請專利範圍第8項之吸氣泵，其中相同的吸氣次組件平面包含被配置在正方形組構中之四個吸氣匣體。
  11. 如申請專利範圍第8項之吸氣泵，其中連接位在不同吸氣次組件平面中之鄰接多邊形頂點的線與該次組件平面本身形成等於或少於80°、最好是少於60°之角度。
  12. 如申請專利範圍第7項之吸氣泵，其中該泵殼體(31)的每米長度之吸氣次組件平面的數目被包括於40至 80個之間。
  13. 一種如申請專利範圍第1項之吸氣泵在包括不同型式真空泵的泵吸系統中之應用。
  14. 如申請專利範圍第1項之吸氣泵在如申請專利範圍第13項的泵吸系統中之應用，其中該真空泵包括選自於由濺射離子泵、渦輪分子泵、冷凍泵、非蒸發式吸氣泵所組成的群組之真空泵。
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