TWI660125B

TWI660125B - 吸氣泵

Info

Publication number: TWI660125B
Application number: TW104108930A
Authority: TW
Inventors: 保努西安東尼歐; 曼尼尼保羅; 寇特安卓亞; 菲亞勒路卡
Original assignee: 義大利商沙斯格特斯公司
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2019-05-21
Also published as: TW201538855A; EP2989327A1; US20160069337A1; RU2016143194A3; KR20160142299A; RU2673834C2; US9541078B2; KR101887292B1; RU2016143194A; CN106133314A; CN106133314B; JP6317471B2; EP2989327B1; JP2017510748A; WO2015150974A1; ES2604969T3

Abstract

吸氣泵，其包含形狀為具有一旋轉軸(26)之一旋轉體的一套管(21、21')，及安裝於該吸氣泵套管(21、21')內之複數個吸氣濾筒(22、23、24、25)，每一濾筒(22、23、24、25)包含一線性中心支架(221、231、241、251)及安裝於該線性中心支架(221、231、241、251)上之間隔開的吸氣元件，正交於該旋轉軸(26)且與一線性中心支架(221、231、241、251)之中點相交之一平面，經定義為一吸氣濾筒定位平面(222、232、242、252)，且藉由該等定位平面(222、232、242、252)與該等線性中心支架(221、231、241、251)形成之角度(α、α'、α"、α''')包含在35°與75°之間。

Description

吸氣泵

本發明係關於包含複數個吸氣濾筒之改良吸氣泵。

吸氣泵(單獨使用或與其他類型之泵組合使用)被廣泛使用及認可，且被描述於諸如在申請人姓名下的國際專利申請案WO 9858173、WO 2010/105944及WO 2009/118398之各種文件中。

即使吸氣泵與其他類型之真空泵的組合提供某些應用(諸如於真空中操作的表面科學系統及分析儀)中之明顯優勢，在存在不允許此組合使用的約束時，尤其是在諸如H₂、CO、CO₂之活性氣體為主要氣體源且惰性氣體的抽汲並不成問題時，使用獨立吸氣泵仍係較佳的。

使用安裝於中心支架上之吸氣材料的複數個盤的特定類型之吸氣泵被描述於在申請人姓名下的EP 0742370及EP 0753663兩者中，而含有複數個此等元件之泵被描述於在申請人姓名下的US 6149392中；其教示及內容以引用之方式併入於本文中。

在US 6149392中認識到，對於一些應用，具有高氣體吸附速度而非高氣體吸附容量係更重要及關鍵的，一典型實例為粒子加速器的狀況，其中存在安裝於加速器的不同區段中的複數個真空泵，從而提供貫穿全長的適當真空度。

本發明者已進一步研究本問題，且已發現能夠進一步改良抽汲速度之替代及不同組態，如在申請人姓名下的仍未公開之國際申請案編號PCT/IB2013/058802中所描述。

在進一步開發及研究吸氣泵之替代幾何形狀及濾筒配置的問題時，本發明者已發現在特定情況下提供相對於前述申請案PCT/IB2013/058802中所描述之組態的優勢之不同解決方案。特別是，本發明為一吸氣泵，其包含形狀為具有旋轉軸的旋轉體之套管，及安裝於該等吸氣泵套管內之複數個吸氣濾筒，每一濾筒包含線性中心支架及安裝於該等線性中心支架上之間隔開的吸氣元件。正交於旋轉軸且與線性中心支架的中點相交之平面經定義為吸氣濾筒「定位平面」，且泵之特徵在於藉由該等定位平面與線性中心支架形成之角度包含在35°與75°之間(較佳地在40°與70°之間)。

表達式「旋轉體」意欲包含藉由使平面區域繞位於相同平面中的特定軸(亦被定義為「旋轉軸」)旋轉而獲得之所有彼等立體圖形。在本發明之其常見及最有用具體實例中，旋轉體為截頭錐，而其他有用形狀為圓錐或圓柱形或其組合。此外，出於本發明之目的，考慮旋轉體為理想形狀，且泵套管替代地為實物，與理想幾何旋轉形狀的微小偏差仍在其寬度及範圍內。

10‧‧‧吸氣濾筒

11‧‧‧中心軸桿

12/12'…12ⁿ‧‧‧吸氣元件

20‧‧‧吸氣泵部分

21‧‧‧側壁

21'‧‧‧側壁

22‧‧‧吸氣濾筒

23‧‧‧吸氣濾筒

24‧‧‧吸氣濾筒

25‧‧‧吸氣濾筒

26‧‧‧旋轉軸

27‧‧‧中心垂直元件/內部支撐元件

40‧‧‧吸氣泵

41‧‧‧側壁

41'‧‧‧側壁

42‧‧‧吸氣濾筒

43‧‧‧吸氣濾筒

44‧‧‧開口

45‧‧‧開口

46‧‧‧旋轉軸

100‧‧‧吸氣濾筒

221‧‧‧線性支架/線性中心支架

222‧‧‧定位平面

231‧‧‧線性支架/線性中心支架

232‧‧‧定位平面

241‧‧‧線性支架/線性中心支架

242‧‧‧定位平面

251‧‧‧線性支架/線性中心支架

252‧‧‧定位平面

310‧‧‧吸氣泵

311‧‧‧套管

312‧‧‧開口

314‧‧‧吸氣濾筒

315‧‧‧吸氣濾筒

316‧‧‧子套管/外部支架

317‧‧‧內部支架

320‧‧‧泵

411‧‧‧套管

421‧‧‧吸氣濾筒線性支架/線性中心支架

422‧‧‧吸氣濾筒定位平面

431‧‧‧吸氣濾筒線性支架/線性中心支架

432‧‧‧吸氣濾筒定位平面

α‧‧‧角度

α'‧‧‧角度

α"‧‧‧角度

α'''‧‧‧角度

β‧‧‧角度

β'‧‧‧角度

藉助於下圖將進一步說明本發明，其中：‧圖1展示根據先前技術且在本文中用作根據本發明的吸氣泵中之構成元件之吸氣濾筒的示意性表示；‧圖1A展示根據先前技術之吸氣濾筒之變化的示意性表示；‧圖2展示根據本發明之吸氣泵之具體實例的截面圖；‧圖3A及3B展示根據本發明之吸氣泵之替代及彼此類似的具體實例的截面圖；‧圖4展示根據本發明之吸氣泵之另一替代具體實例的截面圖。

在圖中，元件的尺寸及尺寸比率可能不正確，且在一些狀況下，諸如在圖1中，呈盤之形式的間隔開的吸氣元件之直徑相對於中心軸桿直徑已變更，以便改良圖的可理解性。

根據本發明之吸氣泵設想存在複數個吸氣濾筒(諸如在圖1中示意性地表示之情形)，每一吸氣濾筒10具有充當支架之中心軸桿11，及通常且最佳地具有盤的形狀之複數個間隔開的吸氣元件12、12'、......、12n。在圖1中，尚未展示將吸氣盤固定至中心軸桿之手段，因為對於理解本發明而言，該等手段並非必要的，且為熟習此項技術者所瞭解。

如圖1A中所示，適合用於根據本發明之吸氣泵中的替代吸氣濾筒100可具有並非等間隔的吸氣盤，而是可存在在末端處或在盤堆疊內的一些間隙/空隙，及/或其可具有一些具有減小直徑及/或偏心配置以促進吸氣濾筒插入/連接的盤，通常為最上方及最下方的盤。

彼等空間在考慮由濾筒自身或諸如電源供應器電纜或進料槽之其他元件給予的障礙物的狀況下係有用的。

因此，具有基本上等間隔的複數個吸氣元件之吸氣濾筒僅為用於根據本發明之泵中的合適吸氣濾筒之較佳及非限制性實例。

在此將不會更詳細描述吸氣濾筒之特徵及特性，因為本知識為熟習此項技術者所擁有，在任何狀況下，一些細節及資訊存在於已經提到之EP 0742370及EP 0753663中。在本發明中，對於充當吸氣元件之支架的軸桿11而言，有必要為線性的，諸如圖1中、EP 0742370中、EP 0753663中及US 6149392中所示，而諸如WO 9858173中所示的組態之組態將不合適。線性軸桿/支架之最有用形狀為圓柱形。而且，本發明涵蓋在一些狀況下可存在的額外元件(諸如額外隔熱罩)。

亦應注意本發明不限於特定吸氣材料，而是可使用能夠借助於熱處理吸收氣體之任何合適的材料，且其屬於本發明的範圍及目的之吸氣材料的定義。此等材料之知識及特性可由熟習此項技術者獲得，且可容易自各種源(諸如上文所提及之EP 0742370)擷取。特別有利的是包含鈦、鋯、釔中的一或多者的至少30%之吸氣金屬或合金。

試圖使用複數個吸氣濾筒進一步改良吸氣泵之速度的本發明者已發現提供相對於US 6149392中所描述之組態的改良之特定組態。

特別是，圖2展示根據本發明之吸氣泵的一部分的縱向截面圖。吸氣泵部分20具有由兩個側壁21及21'界定之圓柱形套管，且其幾何形狀進一步由旋轉軸26界定。在含有四個吸氣濾筒22、23、24、25之套管內，該等吸氣濾筒各自具有正交於旋轉軸26且與濾筒線性支架221、231、241、251的中點相交之其自身定位平面222、232、242、252。藉由每一定位平面222、232、242、252與每一吸氣濾筒線性支架221、231、241、251形成之角度分別用α、α'、α"及α'''指示。對於根據本發明之吸氣泵，彼等角度有必要皆包含在35°與75°之間，較佳地，此等角度皆包含在40°與70°之間。在圖2中示意性地表示之具體實例中，所有濾筒22、23、24、25連接至套管壁21、21'及連接至中心垂直元件27，較佳地與旋轉軸26同軸，該旋轉軸提供機械支撐，且亦可用以建立與套管壁21、21'之電壓差，從而使得能夠在線性濾筒支架221、231、241、251中通過電流以用於其在再生期間的加熱。

圖2中所示之具體實例具有兩種類型之濾筒：22及23具有相等直徑之盤，而24及25具有更靠近套管之側壁21、21'及連接中心垂直元件27之盤，該中心垂直元件具有減小直徑及/或偏心地配置以便實現可用空間之更佳利用。此僅為合適替代方案之範例，因為一般而言，即使不是必選的，所有吸氣濾筒彼此相同仍係更方便的。

在圖2中所示之具體實例中強調所有角度彼此相等，並且在此狀況下此僅為最方便的具體實例中之一，且該條件並非必選的，亦即即使滿足包含在35°與75°之間的主要限制，角度α、α'、α"及α'''中之一或多者的值仍可能彼此不同。此外，所有濾筒22、23、24及25連接至相同中心元件27，但在最一般的狀況下，該等濾筒可連接至不同內部支撐元件。

在圖2中，並未展示將吸氣濾筒連接至套管及中心元件之手段，因為該等手段為習知的且為熟習此項技術者所廣泛熟知，諸如焊接。就此而言，強調線性中心支架之終端部分有可能彎曲從而使其容易固定至套管及中心元件上係重要的，其中中心支架至少在固持吸氣盤的部分中必須為線性的。

可借助於整合至具有旋轉體之形狀的套管中之子裝配件製成根據本發明之吸氣泵。圖3A及3B之截面圖中概述了此解決方案。在圖3A中，吸氣泵310具有套管311，該套管具有開口312，該開口含有由含於子套管316中之兩個吸氣濾筒314、315製成的上部子裝配件，該子套管充當用於吸氣濾筒之外部支架，該等吸氣濾筒亦附接至內部支架317。外部支架316可附接至套管311及僅藉由幾何約束受套管311約束。在圖3A中，堆疊具有相同定向之兩個相同子裝配件，而圖3B之泵320展示具有上下顛倒之第二子裝配件的替代配置。在圖3A及3B中，並未進一步描述具有相同圖形表示及含義之元件。

應強調圖3A及3B中所示之具體實例為關於如何將較多吸氣濾筒子裝配件整合至根據本發明之吸氣泵中的非限制性實例。

關於適合用於根據本發明之吸氣泵結構中的吸氣濾筒，此等吸氣濾筒具有線性中心支架，該線性中心支架之長度較佳地包含在4cm與30cm之間，在盤固持部分中每一公分較佳地固持在2個與7個之間的吸氣盤。

放置在每一泵中之吸氣濾筒的數目可有益地包含在2與100之間，更佳地在4與25之間。

此外，並未展示在吸氣泵外部之額外元件(諸如電源供應器及控制元件)，因為該等額外元件為習知的。其目的通常為將電流供應至吸氣濾筒之線性中心支架，以使得藉由加熱支架來再次啟動吸氣盤。關於加熱，此可替代地藉由加熱吸氣泵之套管的外部源提供，此等源可能已經存在於其中安裝吸氣泵之系統中，因為系統常常設想存在烘烤系統，其在一些狀況下亦可有利地用以加熱及啟動吸氣泵，或更一般而言，藉由任何其他合適的部件以受控制方式加熱吸氣濾筒。

關於套管，存在兩個較佳具體實例。在第一具體實例中，套管的一端由通常為與側壁之相同材料製成的金屬基底封閉，且其另一端由標準真空法蘭封閉；在此組態中，較佳具體實例設想存在內部連接元件，該內部連接元件較佳地放置在中心(亦即與旋轉軸同軸)。

在第二較佳具體實例中，套管僅由側壁界定，在此組態中，吸氣泵具有開放式套管，以使得氣體分子可行進跨越吸氣泵。此組態在泵可直接整合於系統中(例如同軸地)而非額外元件時係有用的，如例如在可用根據本發明之吸氣泵代替的粒子加速器之壁區段的狀況下，該等吸氣泵具有根據第二較佳具體實例製成之套管。此吸氣泵組態實現在粒子加速器之主要區段內部的大吸附速度及容量之分配而不干擾移動穿過其之任何粒子或電子束。

在此狀況下，最佳套管幾何形狀為截頭錐，其中吸氣濾筒遵循圓錐傾斜，亦即吸氣濾筒之線性支撐元件平行於截頭錐壁。在圖4之示意性截面圖中展示了吸氣泵40之此具體實例。吸氣濾筒42及43經安置成其線性支架421、431處於平行於側壁41、41'。套管具有用於氣流的兩個開口44及45及旋轉軸46。而且，在此狀況下，藉由定位平面422、432與吸氣濾筒線性支架421、431形成的角度β、β'包含在35°與75°之間。此特定具體實例具有力求藉由鄰近套管壁之隔熱動作更好地(更快及更有效)加熱吸氣濾筒之優勢。

藉由吸氣定位平面與濾筒之線性中心支架形成的角度總是意欲為由此等兩個元件形成的銳角，亦如在圖2(α、α'、α"、α''')及圖 4(β、β')中所表示。

即使根據本發明之吸氣泵最適當地被用作獨立泵，其亦可以用於與其他類型之真空泵耦接之抽汲系統中，該等真空泵諸如渦輪分子泵、濺射離子泵(SIP)、低溫泵或其他NEG(非可蒸發吸氣劑)泵。

Claims

一種吸氣泵，其包含形狀為具有一旋轉軸(26；46)之一旋轉體的一吸氣泵套管(21、21'；311；411)，且包含安裝於該吸氣泵套管(21、21'；311；411)內之複數個吸氣濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315；42、43)，每一濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315；42、43)包含一線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)及安裝於該線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)上之間隔開的吸氣元件(12、12'、......、12n)，正交於該旋轉軸(26；46)且與該線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)之中點相交的一平面經定義為一吸氣濾筒定位平面(222、232、242、252；422、432)，其特徵在於藉由該等定位平面(222、232、242、252；422、432)與該等線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)形成之角度(α、α'、α"、α'''；β、β')包含在35°與75°之間。
如申請專利範圍第1項之吸氣泵，其中，藉由該等定位平面(222、232、242、252；422、432)與該等線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)形成之角度(α、α'、α"、α'''；β、β')包含在40°與70°之間。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中藉由該等定位平面(222、232、242、252；422、432)與該等線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)形成之該等角度(α、α'、α"、α'''；β、β')中之至少一者不同於其他角度中之一或多者。
如申請專利範圍第1項或第2項之吸氣泵，其中該等旋轉體為一截頭錐。
如申請專利範圍第4項之吸氣泵，其中該等吸氣濾筒(42、43)之該等線性中心支架(421、431)平行於截頭錐套管(411)之壁(41、41')。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中每一濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315；42、43)之該線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)的至少一第一端與該套管(21、21'；311；411)接觸。
如申請專利範圍第6項之吸氣泵，其中至少一個濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315)之該線性中心支架(11；221、231、241、251)的一第二端與一內部支撐元件(27)接觸。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中每一濾筒(314、315)具有連接至一內部支撐元件(27)之一第一端及連接至一外部支撐元件(316)之一第二端。
如申請專利範圍第7項之吸氣泵，其中該內部支撐元件(27)與該旋轉軸(26)同軸。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該等間隔開的吸氣元件(12、12'、......、12n)係由包含鈦、鋯、釔中之一或多者的至少30%之金屬或合金製成。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該線性中心支架(11；221、231、241、251；421、431)具有包含在4cm與30cm之間的一長度，且較佳地每一公分承載2個至7個之間的吸氣元件(12、12'、......、12n)。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該套管(311)的一端由一基底封閉，且相反端由一真空法蘭封閉。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中該套管(21、21'；411)為開放式的。
如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵，其中吸氣濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315；42、43)的數目包含在2與100之間。
如申請專利範圍第14項之吸氣泵，其中吸氣濾筒(10、100；22、23、24、25；314、315；42、43)的數目包含在4與25之間。
一種在一抽汲系統中使用如申請專利範圍第1或2項之吸氣泵的用法，該抽汲系統包含不同類型之真空泵。
如申請專利範圍第16項之吸氣泵的用法，其中該等真空泵包含選自濺射離子泵、渦輪分子泵、低溫泵、NEG泵的群組之一真空泵。