TWI609131B

TWI609131B - 用於排空腔室的真空泵系統及用於控制真空泵系統的方法

Info

Publication number: TWI609131B
Application number: TW102140082A
Authority: TW
Inventors: 德克史屈勒; 丹尼爾屈奈登貝屈; 湯瑪斯德萊費特; 馬格納斯賈尼奇
Original assignee: 藍伯德股份有限公司
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN104822943B; CN104822943A; EP2844878B1; DE102012220442A1; WO2014072276A1; EP2844878A1; KR102141077B1; KR20150082519A; TW201430219A

Description

用於排空腔室的真空泵系統及用於控制真空泵系統的方法

對照參考相關申請案

本發明請求2012年11月9日提出之德國專利申請案第DE 10 2012 220 442.3號之優先權，其揭示內容以參考方式併提於本文。

本發明係有關一種用於排空腔室或用於保持腔室在特別是低於10毫巴之預定真空之真空泵系統，以及用於控制此種真空泵系統之方法。

真空泵系統包括複數個真空泵。在這方面，已知提供具一種有一個或複數個真空泵之主泵系統，其由輔助泵系統支承。通常，沿輸送方向觀看，輔助泵系統被配置在主泵系統下游，或者其與主泵系統之出口連接。輔助泵系統抵抗大氣壓力泵出氣體，並減少在主泵系統之出口區域中的壓力，以使主泵系統無須抵抗大氣壓力泵出氣體。藉此，可實現待排空之腔室或容器中非常低的端壓。此種真空泵系統例如說明在WO 03/ 023229、US 5,709,537或WO 03/093678中。

本發明之目的在於提高用於排空腔室之真空泵系統的能量效率。

此目的藉如於申請專利範圍第1項中所界定之真空泵系統以及如於申請專利範圍第8項中所界定之用於控制真空泵系統之方法，予以實現。

本案用於排空腔室或容器的真空泵系統包括主泵系統，其特別是直接與該腔室連接。主泵系統可包括一個，特別是複數個泵。較佳地，設於主泵系統中之真空泵係螺桿式真空泵或羅茨泵。特別是，具有高內壓縮之泵用在主泵系統中。內壓縮說明在壓縮前於泵入口之量與壓縮後於泵出口之量之比。例如1：10之高內壓縮比使得可泵出大量氣體。在開始排氣時，這些短時間泵出大量氣體之泵很有用。在達到腔室中的端壓時，此種大量泵之操作須繼續以高能量消耗來進行，保持腔室中的低壓，以維持真空或低端壓。由於主泵系統特別是在端壓範圍內，僅須泵出小量氣體，因此，輔助泵系統設在主泵系統下游，其與主泵系統之出口連接。

根據本發明，輔助泵系統包含噴射泵。特別是當真空系統在端壓範圍內操作時，噴射泵的優點在於，其能以較低的能量消耗泵送剩餘的相當小量的氣體。根據本發明，這提供不可或缺的優點在於，藉由設置噴射泵在輔助泵系統中，可在端壓範圍內，減小主泵系統之至少一個泵的旋轉速度。因此，主泵系統之該泵的能量消耗顯著減少。藉由設置噴射泵於輔助泵系統中，可從而顯著增高能量效率。

噴射泵可為液體或氣體噴射泵。依使用領域而定，可有利地在泵送氣體時，設置氣體噴射泵，而液體噴射泵的優點則在於，液體可以簡單方式，與被泵送的氣體分離。

使用本發明之真空泵系統，可以高的有效泵速，實現和維持低的入口壓力。尤佳係使用真空泵系統，以在腔室已排空後，亦即腔室已例如從大氣壓力排空到特別是小於10毫巴之低壓後，維持低壓達延長之處理時間。

在真空泵系統之尤佳實施例中，閥手段與噴射泵並聯設置。在此，閥手段可包括可切換閥或例如彈簧加載的回流閥。設置此種閥手段有利之處在於，特別是在泵送大量氣體期間的排空開始時刻，主泵系統抗大氣壓力，泵送待立即輸送之介質。這特別是在排空開始時可行，因為，差壓仍然相對較低。經由閥手段泵送的優點在於，可泵送因有限輸送速率而無法藉噴射泵泵送之大量氣體。

又較佳係特別配置壓力感測器於主泵系統的出口區域。因此，可例如當達到壓力極限，特別是接近預定端壓時，減少主泵系統之至少一個泵的旋轉速度。特別是當相當低的壓力已普遍存在於主泵系統之出口區域時，待泵送之氣體量相對較小。因此，氣體量可藉主泵系統的至少一個泵，即使在低旋轉速度下泵送，這特別是因為該氣體量可藉噴射泵，以簡單的方式泵送。目前可降低主泵系統之至少一個泵之旋轉速度以導致顯著的能源節省。在這種情況下，有利的是，即使在低旋轉速度下，仍不會發生被泵送介質的回流。

本真空泵系統之不可或缺之優點係，藉由設置噴射泵，減小於主泵系統之出口區域的壓力。這造成主泵系統之至少一個泵之入口與出口間之差壓，藉此，改進泵的緊密性。特別是改進對應泵之密封間隙的緊密性。

在另一較佳實施例中，設置差壓計，以測量輔助泵系統和閥手段間的差壓。因此，當差壓掉到低於預定值時，可完全地或部分地切斷輔助泵系統。這在排空開始時特別有利，其原因在於，此時尚無需輔助泵系統，且可藉由切斷輔助泵系統，減少整個系統的能量消耗。根據本發明，因此較佳係僅在超過某一差壓時，接通輔助泵系統，以可進一步增進能量效率。

取代於主泵系統之出口區域設置壓力感測器，亦可設置壓力感測器於主泵系統的入口部分。這特別有利的是和可切換閥的組合，該可切換閥與噴射泵並聯設置。於閥開啟狀態下，在主泵系統之出口區域之壓力降低，使在該區域的壓力測量僅具很小的參考價值。因此，若設置可切換閥，較佳即係依在主泵系統之入口區域或主泵系統之諸泵之一之入口區域中的壓力，控制閥的切換。

在一個尤佳實施例中設有控制手段，其較佳地係共同中央控制手段，主泵系統和輔助泵系統的所有泵藉其控制。又，若設置該控制手段，即用其來控制可切換閥。特別地，該控制手段依至少一個壓力感測器測得的壓力，控制主泵系統之至少一個泵的旋轉速度。

本發明又有關一種用於控制用於排空腔室之泵系統之方法。這種泵系統包括與該腔室連接的主泵系統。主泵系統的出口與輔助泵系統連接。

如上述，真空泵系統較佳地以有利方式實施，然而，根據本發明之方法之實施在輔助泵系統中無需並噴射泵。

根據本發明之方法，判定在主泵系統之出口及/或入口區域的壓力。替代測量到的壓力，控制主泵系統的至少一個泵的轉速。為能進行這些方法之步驟，較佳的是，該泵系統在出口區域及/或入口區域具壓力感測器。特別地，本方法使得當真空泵系統在端範圍內操作時，能增加能量效率。在端範圍內僅非常小量的氣體必須被泵送，俾能減小主泵系統之至少一個泵的轉動速度。待泵送氣體亦特別是藉輔助泵泵送，輔助泵之能量消耗遠低於主泵系統之能量消耗。

較佳地，主泵系統之至少一個泵的旋轉速度在壓力下掉到低於預定極限值時即降低。又可在壓力進一步降低時，進一步限定更低壓力極限值，在此極限值下，旋轉速度再次降低。特別是，主泵系統之至少一個泵之旋轉速度之變化亦可以無段方式來進行。

為了對壓力變化及/或壓力感測器之不準確補償，例如，較佳的是，只在預定期間後降低旋轉速度。

在本方法之一較佳實施例中，判定輔助泵系統和配置成與該輔助泵系統並聯之閥手段間的差壓。依差壓而定，輔助泵系統的至少一個泵被接通和切斷。特別是當差壓掉到低於限制值時，輔助泵系統被切斷。這時輔助泵系統不支持主泵系統，或只作很小程度支持之範圍，因此，輔助泵系統之功率消耗可藉由將其切斷來節省。

由於提供特別是根據本發明控制之輔助泵系統，因此，可在本方法的另一較佳實施例中控制冷卻水流(coolant water flow)。此乃因為輔助泵系統之提供所造成在主泵系統之出口區域中的壓力減低使得能減低主泵系統之壓縮性能。這導致機械摩擦的減少，從而導致所產生的熱量減少。藉此，對冷卻劑(coolant)，例如冷卻液的加熱可顯著的較少。因此，真空泵系統所加熱之冷卻劑(例如冷卻液)較佳的在回流到冷卻系統之前冷卻的較少。這已經導致能源之節省。又，冷卻流體可例如經由冷卻系統以較低速度泵送，這是因為由於產生的熱量低，故仍有足夠的熱量是由冷卻液所排出。這也導致顯著之能源節省。具體言之，本發明可依據主泵系統之溫度來控制冷卻劑流(coolant flow)。

10‧‧‧容器

12‧‧‧羅茨泵

14‧‧‧螺旋型泵

16‧‧‧出口

18‧‧‧導管

20‧‧‧輔助泵

22‧‧‧止回閥

24‧‧‧導管

26‧‧‧導管

28‧‧‧導管

30‧‧‧壓力感測器

32‧‧‧控制手段

48‧‧‧差壓計

50‧‧‧入口/入口區域

52‧‧‧壓力感測器

54‧‧‧切換閥

56‧‧‧控制裝置

在以下說明中，對包含最佳模式，使本技藝中普通技術人士能實施本發明之本發明的完整和能實現的揭示內容，包含對附圖之參考，更詳細加以說明，其中：第1圖係真空泵系統之第一實施例之示意圖。

第2圖顯示真空泵系統之可能控制之流程圖。

第3圖係真空泵系統之第二實施例的示意圖。

第4圖係真空泵系統之第三實施例的示意圖。

圖式意圖說明結構的一般方式，且其未必按比例繪製。於詳細說明和圖式中顯示並在此詳細說明具體例示性例子。然而，須知，圖式和詳細說明並不意圖限制本發明於所揭示之特定形式，其僅是說明性，且意圖教示普通技術人士如何製造及/或使用本文中請求專利之發明。

在第1圖所示之實施例中，腔室或容器10與羅茨泵12，並接著與螺旋型泵14串聯。在這種情況下，兩個泵形成主泵系統。在所示實施例中係氣體噴射泵之輔助泵20經由導管18，與螺旋型泵14的出口16或主泵系統連接。在所示實施例中，形式為止回閥22之閥手段與輔助泵20並聯設置。與噴射泵20之出口以及止回閥22連接之導管24、26組合成導管28，其例如連接到大氣中。當然，亦可設置用於回收噴射氣體等之手段。

壓力感測器30被設置在主泵系統的出口16區域。壓力感測器30與控制手段32連接。兩個特別是頻率轉換器的控制手段32用於控制兩個泵12、14，特別是控制這兩個泵的旋轉速度。

在第1圖所示之實施例中，控制主泵系統14之二泵12、14之至少一者的旋轉速度，以實施根據本發明的方法。這依壓力感測器30在出口區域16所測得的壓力來進行。藉此，可特別是當達到腔室10中之端壓或接近端壓之壓力時，減少兩個泵12、14之至少一者的旋轉速度。這可在此操作狀態中進行，因為只有小量的氣體被從腔室10泵出。這種小量氣體可藉噴射泵20泵送。如果壓力感測器30所測得的壓力再次超過極限值，這便是因為待泵氣體量增加，且不能完全由噴射泵20輸送。在本發明的控制中，這將導致主泵系統之特別是二泵12、14之至少一者的旋轉速度再次增高。

此種控制示意顯示在第2圖中。在此，“pex”係指由壓力感測器30在主泵系統之出口16測得的壓力。在步驟34中，判定該壓力是否<800毫巴。只要不是，即再次例如隔固定計時間間隔判定壓力。在出口16的壓力“pex”一掉到低於800毫巴時，計時器36首先例如設定為60秒。於步驟38中，檢查60s的期間是否已經過去。只有在這之後，再度於步驟40中檢查於出口16的壓力。藉由設置計時器，可保證不會在微小壓力變化下已完成泵之旋轉速度的改變。如果在出口16的壓力仍然<800毫巴，即在步驟42中，藉頻率變換器32減小特別是二泵12、14的旋轉速度。如果在出口的壓力再次增至高於800毫巴，即從步驟34重新開始整個查詢循環。於步驟44中，再次判定在出口16的壓力。如果它超過例如900毫巴的上限，即於步驟46中，再次增加泵12、14的旋轉速度。只要壓力低於900毫巴，即保持降低泵12、14的旋轉速度。在旋轉速度業已於步驟46中增加之後，即如在步驟34中所提供，再次檢查壓力。

在顯示替代方案之第3圖和第4圖中，根據本發明之裝置之又一較佳實施例及本發明之對應方法以相同原件符號標示類似及/或相同的組件。

在第3圖所示之實施例中，除了在第1圖所示之實施例中設置之組件外，又設置差壓計48。使用差壓計，測量輔助泵20和止回閥22間之差壓。當差壓超過預定極限值時，切斷噴射泵20。當大量氣體從腔室10泵出時，特別是在程序一開始普遍存在高差壓。此種大量氣體不能由噴射泵20泵送，而是直接經由止回閥22輸送。這是可行地，此乃因為主泵系統的差壓仍然相對較小。在操作開始時，主泵系統的泵14仍然可抗大氣泵送。只有當止回閥22與噴射泵20間的差壓適當地低時，方啟動噴射泵20，此乃因為在那一刻，所輸送氣體的至少主要部分由噴射泵20泵送。

在第4圖所示之又一實施例中，設置與主泵系統的入口50連接的壓力感測器52，以替代與出口16連接的壓力感測器20。更進一步代替止回閥22，設置可切換閥54。由於設置可切換閥54不再透過於出口16區域之壓力進行控制，此乃因為，異於止回閥，可切換閥不產生反壓力。在第4圖所示之實施例中，經由與壓力感測器52和切換閥54兩者連接的中間控制裝置56進行控制。又，控制裝置56與噴射泵20連接，以便依操作條件，將其接通或切斷。又，使用控制裝置56來經由頻率轉換器32控制兩個泵12、14的旋轉速度。

雖然本發明業已參考具體的例示性實施例說明和圖示，但並不意味本發明限於這些例示性實施例。熟於本技藝人士當知，在不悖離以下申請專利範圍所界定之真實範圍下，可作變更和修改。因此，意圖將後附申請專利範圍及其均等物之範疇內的所有這些變更和修納入本發明中。