TWI601880B - 幫浦 - Google Patents

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TWI601880B
TWI601880B TW101102294A TW101102294A TWI601880B TW I601880 B TWI601880 B TW I601880B TW 101102294 A TW101102294 A TW 101102294A TW 101102294 A TW101102294 A TW 101102294A TW I601880 B TWI601880 B TW I601880B
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史蒂芬 艾德華 當翰
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大衛 保羅 曼森
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Description

幫浦
本發明係關於一種真空幫浦及一種用於一真空幫浦之定子配置。
可藉由諸如魯式幫浦、爪式幫浦、螺桿幫浦之正位移幫浦形成一真空幫浦。此等幫浦包括一定子配置，該定子配置界定藉由一轉子配置掃掠以使氣體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體。在使用時藉由經泵送之氣體之壓縮及藉由機械及電組件之無效率而產生熱。
真空幫浦中之熱之產生可降低可靠性及效能。例如，真空幫浦可歸因於基於金屬之半導體前驅體之沈積而被占用，該沈積在較高溫度下增加並導致定子與轉子組件之間之間隙減小。歸因於諸如氟氣之氣體與幫浦組件之表面之反應之腐蝕亦在較高溫度下導致間隙之一減小。亦注意幫浦潤滑劑可被降級或蒸發。
通常，藉由冷卻板總成或水套冷卻幫浦。在前者中，可將鋁冷卻板固縛至一幫浦定子之一表面。管被按壓至該等板之表面中以輸送一液體冷卻劑，該液體冷卻劑通常為水。熱係跨三個熱介面傳送至水。該第一介面係該幫浦定子至該等鋁板之介面。該第二介面係自該等板至該等管，且最後的介面係自該等管至水。水中之熱接著被承載遠離該系統。雖然此冷卻方法已隨時間予以最佳化，但是其仍非一特別有效的冷卻方式。上方可施加該等冷卻板總成之 表面積之量限制可被消除之熱之量級。亦可能將一冷卻板僅固縛至該定子之表面之一者或至少並非該定子之表面之全部，因為其他組件可需要附接至該幫浦並阻斷冷卻之存取。
在水套中，該幫浦定子為中空，且輸送水通過該幫浦定子以消除來自該系統之熱。此方法比該冷卻板總成途徑更為熱有效，但存在實際缺陷。該水套冷卻方法通常依兩種方式之一者實施：直接或間接。直接冷卻涉及使水直接通過該幫浦定子之核心，且因此腐蝕成為一憂慮，因為許多幫浦由鑄鐵構造。間接冷卻意謂藉由水在受限於腐蝕抑制劑之情況下運轉之一封閉系統提供該冷卻水。此一系統係複雜且昂貴的，因為需要一幫浦來使水循環且需要一熱交換器來冷卻該冷卻水。
本發明提供一種改良式真空幫浦，其具有經組態以容許有效冷卻之一定子配置。
在一第一態樣中，本發明提供一種真空幫浦，該真空幫浦包括一轉子配置及一定子配置，該定子配置包括由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體；及由一熱傳導材料製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分，該第二部分於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之 至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子配置。
在一第二態樣中，本發明提供一種定子片，其包括由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由一轉子配置掃掠以使流體自該定子片之一入口泵送至一出口之一容體；及由一熱傳導材料製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得在使用中該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分，此處該第二部分已形成在使用中用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子片。
在一第三態樣中，本發明亦提供一種定子配置，其包括形成一層壓式幫浦結構之複數個定子片，該等定子片之至少一者包括由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由一轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體；及由一熱傳導材料製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分，該第二部分中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子配置。
在一第四態樣中，本發明提供一種製造用於一層壓式幫浦結構之一定子配置之一定子片之方法，該方法包括以下步驟： 形成由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分包括一入口及一出口並界定在使用中藉由一轉子配置掃掠以使流體自該定子片之一入口泵送至一出口之一容體；鑄造在該第一部分周圍由一熱傳導材料製成之一第二部分以包封該第一部分並在該第一部分與該第二部分之間形成一緊密介面表面，使得在使用中可將該第一部分中產生之熱在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分；及在該第二部分中形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得在使用中可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子片。
為可充分瞭解本發明，現在將參考圖式描述僅以實例方式給定之本發明之一些實施例。
圖1展示先前技術中已知且在W02007/088103號中予以描述之一魯氏幫浦10之一截面圖。該幫浦包括藉由一定子主體14界定之一泵送或掃掠之容體12。包括一對的對轉相互嚙合多葉形轉子16、18之一轉子配置經配置以圍繞各自水平軸20及22旋轉。圖1中之幫浦在每一轉子上具有兩個葉片，且該等葉片之尖端部分24及26經配置以配合該定子之一弧形內表面24，藉此截留該轉子與該定子14之間之一氣體容體28。氣體藉由該等轉子之反轉運動自一入口30泵送至一出口32。
參考圖2，展示一螺桿幫浦34，其包含具有一頂板38及一底板40之一定子36。在該頂板38中形成一流體入口42， 且在該底板40中形成一流體出口44。該幫浦34進一步包含一第一軸件46及與該第一軸件46隔開並與其平行之一第二軸件48，其等具有實質上正交於該頂板38及該底板40之縱軸。該等軸件46、48經調適在該定子內在一對轉方向上圍繞其等之縱軸旋轉。
在該第一軸件46上安裝一第一轉子50以在該定子36內旋轉運動，且在該第二軸件48上類似地安裝一第二轉子52。該兩個轉子之各者之根部具有自該流體出口44朝該流體入口42呈錐形之一形狀，且每一轉子具有分別形成於其外表面上之一螺旋葉輪或螺紋54、56使得該等螺紋如圖解般相互嚙合。
該定子36界定一泵送或掃掠之容體58，其朝該出口44呈錐形，且與該等轉子50、52及該等螺紋54、56一起形成經截留容體60，其等在使用中容體朝該出口逐漸降低，藉此壓縮該入口與該出口之間之氣體。
圖3中展示具體實施本發明之一魯氏幫浦62。幫浦62包括一轉子配置64及一定子配置66，該定子配置包括由一抗腐蝕材料製成之一第一部分68。該定子配置之第一部分界定在使用中藉由轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口72泵送至一出口74之容體70。該定子配置之一第二部分76由一熱傳導材料製成，該第二部分76包封該第一部分68，隨之形成一緊密接觸表面78，使得第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面78處被傳送至該第二部分。如圖3中所示，該第二部分包圍該第一部分且至少在 圖3中展示之截面之平面中與該第一部分一般而言共同延伸以在跨其可傳送熱之介面處提供一大表面積。該第一部分與該第二部分形成至掃掠之容體之入口及出口。該第二部分亦較佳地包圍該第一部分之軸端並一般而言與其共同延伸，使得該第一部分藉由該第二部分完全包封。該第一部分周圍之第二部分之鑄造提供容許有效熱傳送之一緊密接觸表面78。該第二部分76於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道80，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子配置。
圖4中展示具體實施本發明之一螺桿幫浦82。幫浦82包括一轉子配置84及一定子配置86，該定子配置包括由一抗腐蝕材料製成之一第一部分88。該定子配置之第一部分界定在使用中藉由轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口92泵送至一出口94之容體90。該定子配置之一第二部分96由一熱傳導材料製成，該第二部分96包封該第一部分88並與其形成一緊密接觸表面98，使得第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面98處被傳送至該第二部分。如圖4中所示，該第二部分包圍該第一部分且至少在圖4中展示之截面之平面中與該第一部分一般而言共同延伸以在跨其可傳送熱之介面處提供一大表面積。該第一部分與該第二部分形成至掃掠之容體之入口及出口。該第二部分亦較佳地包圍該第一部分之軸端並與其一般而言共同延伸，使得該第一部分藉由該第二部分完全包封。該第二部分96於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部 分之至少一管道100，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子配置。
在圖3及圖4中展示之實施例之兩者中，該第二部分76、96係形成於該第一部分68、88周圍之一鑄件以在該第一部分與該第二部分或定子元件部分之間提供緊密接觸以改良熱自該第一部分至該第二部分之傳送或傳導。藉由抗腐蝕之一熱傳導材料製成之一或多個管在該第二部分中形成該(該等)管道80、100以供該冷卻液體通過其等。該第二部分係該(該等)管道周圍之一鑄件以在該第二部分與該(該等)管道之間提供緊密接觸以改良該第二部分與該(該等)管道之間之熱之傳送或傳導。
該等幫浦62、82可形成一開放式真空泵送系統之部分，該系統包括一冷卻液體源102及用於收集或處置已通過該等管道之已加熱之液體冷卻劑之一廢棄物或處置單元104。較佳地，該液體冷卻劑係水，因為水豐富且便宜。不需要回收該液體，且因此不同於已知封閉系統，不需要用於冷卻該液體之一熱交換器。
圖3及圖4中展示延伸穿過該等定子配置之第二部分並在該第一部分周圍延伸之一管道80、100。雖然該管道可或不一定在該第一部分周圍完全延伸，但是較佳地該管道在該第一部分周圍延伸若干次，形成複數個包覆或環路。若方便，可提供一個以上管道，且每一管道可形成分支。較佳地，該管道或該等管道位於該第一部分與該第二部分之間之介面表面附近，使得跨該介面傳送之熱在藉由與該等 管道中之冷卻劑之互動冷卻前無需顯著距離傳導。更佳地，該等管道一般而言包圍該介面表面，使得可發生該第一部分之一般而言均勻冷卻。
該管道連接可較佳地經組態以提供該定子之均等冷卻，藉此防止熱點及冷點引起差動熱膨脹或收縮。將注意冷卻板特別在僅固定至一定子之一表面時提供差動冷卻。可進一步較佳地定位實質上更多管道連接或至少更多表面積用於在該幫浦之使用期間易於較高溫度上升之定子之區域中之冷卻。
該第一部分較佳地由球狀石墨(SG)鑄鐵、延性鑄鐵或抗蝕鎳鑄鐵製成，其等二者抗諸如氟氣之氣體及在半導體組件之真空處理中使用之其他類型氣體之腐蝕。該等第一部分66、68之寬度或厚度(圖3及圖4中分別標記為A)較佳地大於1cm以保證該第一部分或定子元件部分在使用中能夠耐受該幫浦內產生之壓力。
該第二部分較佳地由鋁製成，鋁具有一相對較高熱傳導率。形成該管道或該等管道之管較佳地由不鏽鋼製成，其經選擇以抗液體冷卻劑(通常為水)之腐蝕。
參考圖5，展示一幫浦110，其包括複數個泵送級112、114、116、118。該等泵送級之各者包括用於使流體自每一級之一入口泵送至一出口之一轉子配置(未展示)及一定子配置120、122、124、126。一泵送級之出口與鄰近下游級之一入口流體連通，使得藉由該幫浦達成之壓縮係該等級之各者之累積。中間級配置128、130、132插入鄰近泵 送級。該等中間級配置分離鄰近泵送級之泵送腔並使流體自一上游泵送級之出口輸送至一下游泵送級之入口。在泵送堆疊之每一端處定位兩個頭板134、136。該等頭板分別使最上游及最下游泵送級之泵送腔與該幫浦之其他組件(諸如齒輪及馬達)分離，並使流體輸送至第一泵送級之入口中，且自最後的泵送級之出口輸送流體。因此，該幫浦由一起層壓以形成該幫浦之複數個離散層製造。層壓可適當地藉由通過該等層之各者中之孔徑之一或多個錨桿達成，且用諸如螺栓之緊固件緊固。
雖然在圖5中未展示，但是通常被稱為一定子片之每一泵送級之定子配置可形成具有如本文所述之鑄件冷卻系統。即，每一定子片包括由一抗腐蝕材料形成之一第一部分、由一熱傳導材料形成之一第二部分。該第二部分於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得熱可自該第二部分傳送至液體冷卻劑用於冷卻該定子片。
該幫浦中之定子片之各者可包括發明之冷卻配置或替代地該等片之一或多者(但並非全部)可包括該冷卻配置。例如，在該幫浦之較高壓力級處產生更多熱，且因此僅可在該等高壓力級之一或多個中(例如僅在圖5中之泵送級118中)提供該冷卻配置。該層壓式配置亦允許將具有該發明之冷卻系統之一或多個定子片加裝至一存在之層壓式幫浦中。
10‧‧‧魯氏幫浦
12‧‧‧泵送或掃掠之容體
14‧‧‧定子/定子主體
16‧‧‧多葉形轉子
18‧‧‧多葉形轉子
20‧‧‧水平軸
22‧‧‧水平軸
24‧‧‧葉片之尖端部分/弧形內表面
26‧‧‧葉片之尖端部分
28‧‧‧氣體容體
30‧‧‧入口
32‧‧‧出口
34‧‧‧螺桿幫浦
36‧‧‧定子
38‧‧‧頂板
40‧‧‧底板
42‧‧‧流體入口
44‧‧‧流體出口
46‧‧‧第一軸件
48‧‧‧第二軸件
50‧‧‧第一轉子
52‧‧‧第二轉子
54‧‧‧螺旋葉輪或螺紋
56‧‧‧螺旋葉輪或螺紋
58‧‧‧泵送或掃掠之容體
60‧‧‧經截留容體
62‧‧‧魯氏幫浦
64‧‧‧轉子配置
66‧‧‧定子配置
68‧‧‧第一部分
70‧‧‧容體
72‧‧‧定子配置之入口
74‧‧‧定子配置之出口
76‧‧‧第二部分
78‧‧‧介面表面/緊密接觸表面
80‧‧‧管道
82‧‧‧螺桿幫浦
84‧‧‧轉子配置
86‧‧‧定子配置
88‧‧‧第一部分
90‧‧‧容體
92‧‧‧定子配置之入口
94‧‧‧定子配置之出口
96‧‧‧第二部分
98‧‧‧緊密接觸表面
100‧‧‧管道
102‧‧‧冷卻液體源
104‧‧‧處置單元
112‧‧‧泵送級
114‧‧‧泵送級
116‧‧‧泵送級
118‧‧‧泵送級
120‧‧‧定子配置
122‧‧‧定子配置
124‧‧‧定子配置
126‧‧‧定子配置
128‧‧‧中間級配置
130‧‧‧中間級配置
132‧‧‧中間級配置
134‧‧‧頭板
136‧‧‧頭板
圖1係一魯氏幫浦之一截面圖；圖2係一螺桿幫浦之一截面圖；圖3係具體實施本發明之一魯氏幫浦之一截面圖；圖4係具體實施本發明之一螺桿幫浦之一截面圖；及圖5係具體實施本發明之層壓式幫浦之一示意圖。
62‧‧‧魯氏幫浦
64‧‧‧轉子配置
66‧‧‧定子配置
68‧‧‧第一部分
70‧‧‧容體
72‧‧‧定子配置之入口
74‧‧‧定子配置之出口
76‧‧‧第二部分
78‧‧‧介面表面/緊密接觸表面
80‧‧‧管道
102‧‧‧冷卻液體源
104‧‧‧處置單元

Claims (9)

  1. 一種真空幫浦，其包括一轉子配置及一定子配置，該定子配置包括由具有大於1cm之一厚度的SG鑄鐵、延性鑄鐵或抗蝕鎳鑄鐵製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由該轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體；及由鋁製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分，該第二部分於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑以用於冷卻該定子配置，其中該第二部分係形成於該第一部分周圍之一鋁鑄件以在該第一部分與該第二部分之間提供緊密接觸以改良熱自該第一部分至該第二部分之傳送或傳導。
  2. 如請求項1之幫浦，其中該至少一管道藉由抗該液體冷卻劑腐蝕之一熱傳導材料製成之一或多個管形成於該第二部分中，且該第二部分係在該管周圍之一鑄件以在該第一部分與該第二部分之間提供緊密接觸以改良該第二部分與該管之間之熱之該傳送。
  3. 如請求項1之幫浦，其中該至少一管道在該第一部分周圍延伸且圍繞複數次以形成複數個環路。
  4. 如請求項2之幫浦，其中該管由不鏽鋼製成。
  5. 一種真空泵送系統，其包括如請求項1之一幫浦、經連接以使液體冷卻劑輸送至該定子配置以供冷卻之一液體 冷卻劑源及連接用於處置已被輸送通過該定子配置之液體冷卻劑之一液體廢棄物單元。
  6. 一種用於一幫浦之定子配置，包含：由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由該幫浦之一轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體；及由一熱傳導材料製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介面表面處傳送至該第二部分，該第二部分於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑以用於冷卻該定子配置。
  7. 如請求項6之定子配置，其包括形成一層壓式幫浦結構之複數個定子片，該等定子片之至少一者包括由具有大於1cm之一厚度的SG鑄鐵、延性鑄鐵或抗蝕鎳鑄鐵製成之該第一部分，，及由鋁製成之該第二部分，其中該第二部分係形成於該第一部分周圍之一鋁鑄件以在該第一部分與該第二部分之間提供緊密接觸以改良熱自該第一部分至該第二部分之傳送或傳導。
  8. 一種用於一層壓式幫浦結構之一定子配置之定子片，包含：由一抗腐蝕材料製成之一第一部分，該第一部分界定在使用中藉由該幫浦結構之一轉子配置掃掠以使流體自該定子配置之一入口泵送至一出口之一容體；及由一熱傳導材料製成之一第二部分，該第二部分包封該第一部分使得該第一部分中產生之熱可在該兩部分之間之介 面表面處傳送至該第二部分，該第二部分於其中已形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得可將熱自該第二部分傳送至液體冷卻劑以用於冷卻該定子配置。
  9. 一種製造用於一層壓式幫浦結構之一定子配置之一定子片之方法，其包括以下步驟：形成由一具有大於1cm之一厚度的SG鑄鐵、延性鑄鐵或抗蝕鎳鑄鐵製成之該定子片之一第一部分，其包括一入口及一出口並界定在使用中藉由該層壓幫浦結構之一轉子配置掃掠以使流體自該定子元件之一入口泵送至一出口之一容體；鑄造在該第一部分周圍由鋁製成之一第二部分以包封該第一部分並在該第一部分與該第二部分之間形成一緊密介面表面，使得在使用中可將該第一部分中產生之熱在該第一部分及該第二部分之間之該介面表面處傳送至該第二部分；及在該第二部分中形成用於輸送一液體冷卻劑通過該第二部分之至少一管道，使得在使用中可將熱自該第二部分傳送至該液體冷卻劑用於冷卻該定子片；其中該第二部分係形成於該第一部分周圍之鋁鑄件以在該第一部分與該第二部分之間提供緊密接觸以改良熱自該第一部分至該第二部分之傳送或傳導。
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