TWI696760B - 用於產生真空的泵送系統及利用此泵送系統的泵送方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於產生真空的泵送系統(SP)，其包含主真空泵，主真空泵是具有氣體抽吸入口(2)及氣體排放出口(4)之爪式泵(3)，氣體抽吸入口被連接至真空室(1)，氣體排放出口在泵送系統的外部的氣體排氣出口(8)之方向上導向至氣體排空管道(5)中。泵送系統包含止回閥(6)及輔助真空泵(7)，止回閥被定位於氣體排放出口(4)與氣體排氣出口(8)之間，輔助真空泵被並聯連接至止回閥。在利用此泵送系統(SP)之泵送方法中，主真空泵(3)被啟動，以便泵送真空室(1)中所容納的氣體，及將這些氣體排放通過它的氣體排放出口(4)，同時，輔助真空泵(7)被啟動。此外，輔助真空泵(7)繼續來在主真空泵(3)泵送真空室(1)中所容納的氣體時一直泵送，及/或在主真空泵(3)維持真空室(1)中的界定的壓力時一直泵送。

Description

用於產生真空的泵送系統及利用此泵送系統的泵送方法
本發明關於真空技術領域。更精確地，它關於包含至少一個爪式泵(claw pump)的泵送系統、以及利用此泵送系統的泵送方法。
在像是化學工業、製藥工業、真空沉積工業、半導體工業等的工業中，增加真空泵的效能、降低安裝成本及能源消耗之一般目的就效能、能源節約、龐大性、驅動器中等而言已導致顯著的發展。
目前技術水準顯示為了改善最終真空，補充階段必須在多階段羅茨(Roots)式或多階段爪式的真空泵中被增加。對於螺桿式的乾真空泵，螺桿的額外旋轉必須被提供及/或內部壓縮率被增加。
泵的轉速藉由在真空室的排空過程中的不同接續階段期間界定泵的操作而扮演非常重要的角色。利用市場上可 得的泵的內部壓縮率(例如，其數量級介於2與20之間)，當抽吸端處的壓力介於大氣壓力與大約100毫巴之間時(亦即，在強大的質量流率操作期間)，如果泵的轉速不能被降低，初始泵送階段中所需的電力將是非常高。
通常的解決方案是使用可變速度驅動器(其使得可能有速度及因而功率之降低或增加)而為類型壓力、最大電流、限制扭矩、溫度等的不同基準之函數。但是，在降低轉速的操作時期期間，高壓下的流率減少，流率與轉速成比例。藉由可變速度驅動器的速度變化導致額外的成本及更大的龐大性。
另一個通常的解決方案是在羅茨式或爪式的多階段式真空泵中的某些階段中、或是在螺桿式的乾真空泵中於沿著螺桿的某些良好界定的位置處使用旁通式的閥。此解決方案需要許多部件且呈現可靠度的問題。
旨在改善最終真空及改善流率之關於泵送系統的目前技術水準亦包含被配置在主乾泵的上游之羅茨式的加壓泵。此類型的系統是龐大的，且利用呈現可靠度問題的旁通閥、或是藉由運用測量、控制、調整或伺服控制之手段來操作。然而，控制、調整或伺服控制之這些手段必須以主動的方式來被控制，這必然導致系統的組件的數目、其複雜度、及其成本之增加。
本發明的目的在於允許獲得較單一個爪式泵能夠在真 空室中產生的真空更佳的真空(0.0001毫巴的數量)。
本發明的目的亦在於在泵送期間獲得在低壓下較以單一個爪式泵的協助所能獲得的洩流或排空率為更大的洩流或排空率，以在真空室中達成真空。
本發明的目的同樣地在於允許排空真空室及維持真空所需的電能之降低，及達成排出氣體的溫度之降低。
本發明的這些目的以用於產生真空的泵送系統的協助而被達成，此泵送系統包含主真空泵，主真空泵是具有氣體抽吸入口(gas suction inlet)及氣體排放出口(gas discharge outlet)之爪式泵，氣體抽吸入口被連接至真空室，氣體排放出口在泵送系統的外部的氣體排氣出口(gas exhaust outlet)之方向上導向至氣體排空管道(gas evacuation conduit)中。泵送系統還包含- 止回閥(non-return valve)，其被定位於氣體排放出口與氣體排氣出口之間，及- 輔助真空泵，其被並聯連接至止回閥。
輔助真空泵能為不同的類型，尤其為另一個爪式泵、螺桿式的乾泵、多階段羅茨式的泵、隔膜泵(diaphragm pump)、乾旋轉輪葉泵(dry rotary vane pump)、潤滑旋轉輪葉泵(lubricated rotary vane pump)、或亦為氣體噴射器(gas ejector)。
本發明同樣地具有利用如先前所界定的泵送系統之泵送方法標的。此方法包含以下步驟：- 主真空泵被啟動，以便泵送真空室中所容納的氣 體，及將這些氣體排放通過它的氣體排放出口；- 同時，輔助真空泵被啟動；及- 輔助真空泵繼續來在主真空泵泵送真空室中所容納的氣體時一直泵送，及/或在主真空泵維持真空室中的界定的壓力時一直泵送。
在根據本發明的方法中，輔助泵在主爪式真空泵排空真空室時一直被連續地操作，但亦在主爪式真空泵藉由通過它的排放端排空氣體來維持真空室中的界定的壓力(例如，最終真空)時一直被連續地操作。
由於根據本發明的方法，主爪式真空泵與輔助泵的耦接在不需要確切的手段或裝置(例如，壓力、溫度、電流等的感測器)、伺服控制、或資料管理且不需要計算的情形下能被施行。結果，適合於施作根據本發明的泵送方法之泵送系統能僅包含最小數量的組件、能具有優秀的簡單性、且相較於既有系統能花費相當地少。
由於根據本發明的方法，主爪式真空泵能根據其自身的操作模式以單一恆定速度、電力網來操作、或是以可變速度旋轉。結果，適合於施作根據本發明的泵送方法之泵送系統的複雜度及成本能降低更多。
藉由其本質，被整合於泵送系統中的輔助泵總是能根據本發明的泵送方法操作而沒有遭受損壞。它的尺寸藉由供裝置操作的最小能源消耗而被調適。它的標稱流率被選擇為主爪式真空泵與止回閥之間的氣體排空管道的體積之函數。此流率能有利地為從主爪式真空泵的標稱流率的 1/500至1/20，但亦能為少於或大於這些值，尤其是從主真空泵的標稱流率的1/500至1/10、或甚至從1/500至1/5。
被放置於主爪式真空泵的下游的管道中之止回閥例如能為標準商業上可得的元件，但同樣地能想像的是去設計專用於確切應用之元件。它根據主爪式真空泵的標稱流率來決定大小。尤其地，預見的是，當主爪式真空泵的抽吸端處的壓力介於500絕對毫巴與最終真空(例如，100毫巴)之間時，止回閥關閉。
根據又另一變型，輔助泵能具有對半導體工業中所普遍使用物質及氣體的高化學抵抗性。
輔助泵較佳地是小尺寸。
較佳地，根據施行根據本發明的泵送系統之泵送方法，輔助真空泵總是在主爪式真空泵的氣體排放出口與止回閥之間的體積中泵送。
根據本發明的方法的另一變型，為了實現確切的需要，輔助真空泵的致動以“全或無”的方式來被控制。控制包含測量一個或更多的參數，及遵照某些規則來致動輔助真空泵或將它停止。由適合的感測器所提供的參數為，例如主爪式真空泵的馬達的電流、其排氣端處(亦即，在排空管道中的止回閥的上游的空間中)的氣體的壓力或溫度、或這些參數的組合。
輔助真空泵的尺寸旨在達成其馬達的最小能源消耗。它的標稱流率被選擇為主爪式真空泵的流率之函數，但亦 考量氣體排空管道在主真空泵與止回閥之間限定的體積。此流率能為從主爪式真空泵的標稱流率的1/500至1/20，但亦能為少於或大於這些值。
從室的排空的循環開始，那裏的壓力是高的，例如等於大氣壓力。考量主爪式真空泵中的壓縮，在其出口處所排放的氣體的壓力高於大氣壓力(如果主泵的出口處的氣體被直接排放至大氣中)或高於下游所連接的另一設備的入口處的壓力。這造成止回閥的開啟。
當此止回閥開啟時，由於在其抽吸端處的壓力幾乎等於其排放端處的壓力，感受到非常微少的輔助真空泵的作動。另一方面，當止回閥在某壓力下關閉時(因為室中的壓力已同時下降)，輔助真空泵的作動造成真空室與閥的上游的排空管道之間的壓力差異逐漸降低。
主爪式真空泵的出口處的壓力變成輔助真空泵的入口處的壓力，其出口處的壓力總是為止回閥後的管道中的壓力。輔助真空閥泵送越多，主爪式真空泵的出口處(在由關閉的止回閥所限定的空間中)的壓力下降越多，結果，室與主爪式真空泵的出口之間的壓力差異減少。此微少的差異降低主爪式真空泵中的內部滲漏且造成室中的壓力地降低，這改善了最終真空。
此外，主爪式真空泵消耗更少的壓縮用的能源，且產生更少的壓縮熱。
另一方面，亦為明顯的是，機械概念的研究尋求降低主爪式真空泵的氣體排放出口與止回閥之間的空間，其目 標在於能夠更迅速地降低那裏的壓力。
1‧‧‧室
2‧‧‧抽吸端
3‧‧‧爪式泵，主爪式真空泵
4‧‧‧體積，空間
5‧‧‧排空管道
6‧‧‧止回閥
7‧‧‧輔助真空泵
8‧‧‧氣體排出管道
11‧‧‧感測器
12‧‧‧感測器
13‧‧‧感測器
SP‧‧‧泵送系統
SPP‧‧‧泵送系統
本發明的特徵及優點將在說明的本文內顯出更多細節，說明伴隨參照隨附圖式的以圖示及非限制性的方式所提出的範例實施例：- 圖1以示意方式表示適合於根據本發明的第一實施例的泵送方法的施作之泵送系統；及- 圖2以示意方式表示適合於根據本發明的第二實施例的泵送方法的施作之泵送系統。
圖1顯示用於產生真空的泵送系統SP，其適合施作根據本發明的第一實施例的泵送方法。
此泵送系統SP包含室1，室1被連接至由爪式泵3所構成的主真空泵的抽吸端2。主爪式真空泵3的氣體排放出口被連接至排空管道5。止回閥6被放置於排空管道5中，排空管道5在此止回閥後繼續進入氣體排出管道(gas exit conduit)8中。止回閥6當其關閉時允許主真空泵3的氣體排放出口與其自身之間所容納的體積4的形成。
泵送系統SP亦包含輔助真空泵7，輔助真空泵7被並聯連接至止回閥6。輔助真空泵的抽吸端被連接至排空管道5的空間4，且其排放端被連接至管道8。
已經利用主爪式真空泵3的致動，輔助真空泵7本身被致動。主爪式真空泵3通過被連接於其入口的管道2抽吸室1中的氣體，且將它們壓縮以便後續地通過止回閥6在排空管道5的其出口處排放它們。當達到止回閥6的關閉壓力時，它關閉。從此時開始，輔助真空泵7的泵送使得空間4中的壓力逐漸地下降至其壓力限制的值。同時，由主爪式泵3所消耗的功率逐漸地降低。這發生在短時間區間中，例如5至10秒的某循環中，作為體積4與輔助真空泵7的標稱流率之間的關係之函數，但亦能持續更久。
利用輔助真空泵7的流率的巧妙調整及止回閥6的關閉壓力的巧妙調整作為主爪式真空泵3的流率及室1的體積之函數，更加可能相對於排空循環的持續期間去降低止回閥6的關閉以前的時間，且因而降低在輔助真空泵7的此操作時間期間所消耗的能源量，而具有簡單性及系統的可靠度之優點。
根據組合的不同可能性，輔助真空泵7能為另一個爪式泵、螺桿式的乾泵、多階段式羅茨泵、隔膜泵、乾旋轉輪葉泵、潤滑旋轉輪葉泵或甚至為噴射器。在最後的案例中，噴射器能就它的驅動氣體的流率來自工業場地的分配網路之意義而為“簡單”噴射器、或是能被裝配有提供其操作所需的壓力下的驅動氣體流給噴射器之壓縮機。更確切地，此壓縮機能藉由主泵而被驅動、或是替代地或額外地獨立於主泵以自發方式而被驅動。此壓縮機能在止回閥 後的氣體排出管道中抽吸大氣空氣或氣體。這樣的壓縮機的出現造成泵的系統獨立於壓縮氣體來源，這可符合某些工業環境的需求。
圖2顯示泵送系統SPP，其適合施作根據本發明的第二實施例的泵送方法。
相對於圖1中所示的系統，圖2中所示的系統顯示受控制的泵送系統SPP，其另包含適合的感測器11、12、13，其檢查主爪式真空泵3的馬達的電流(感測器11)、或主爪式真空泵的排出管道的空間(由止回閥6所限制)中的氣體的壓力(感測器13)、或主爪式真空泵的出口處的排出管道的空間(由止回閥6所限制)中的氣體的溫度(感測器12)、或這些參數的組合。實際上，當主爪式真空泵3開始泵送真空室1的氣體時，像是其馬達的電流、排出管道的空間4中的氣體的溫度及壓力之參數開始改變並達到感測器所偵測之閾值。在時間延遲以後，這造成輔助真空泵7的啟動。當這些參數回復到起始範圍(在設定值以外)時，輔助真空泵以時間延遲而被停止。
在圖2的發明的第二實施例中，輔助真空泵亦能為爪式、乾螺桿式、多階段羅茨式、隔膜式、乾旋轉輪葉式、潤滑旋轉輪葉式、或噴射器(在壓縮機有提供或無提供它的驅動氣體的情形下)，如在圖1的發明的第一實施例中。
雖然已描述多樣的實施例，將充分了解的是，徹底地 識別所有可能實施例是無法想像到的。當然，以等效手段來替換所述的手段在沒有背離本發明的範疇下能被設想。所有這些修改形成真空技術領域中的技術人士的通常知識的一部分。
1‧‧‧室
2‧‧‧抽吸端
3‧‧‧爪式泵，主爪式真空泵
4‧‧‧體積，空間
5‧‧‧排空管道
6‧‧‧止回閥
7‧‧‧輔助真空泵
8‧‧‧氣體排出管道
SP‧‧‧泵送系統

Claims (12)

  1. 一種泵送系統，其用於產生真空，該泵送系統包含：主真空泵，該主真空泵是具有氣體抽吸入口(2)及氣體排放出口(4)之爪式泵(3)，該氣體抽吸入口(2)被連接至真空室(1)，該氣體排放出口(4)在該泵送系統的外部的氣體排氣出口(8)之方向上導向至氣體排空管道(5)中；止回閥(6)，其被定位於該氣體排放出口(4)與該氣體排氣出口(8)之間；及噴射器，其被並聯連接至該止回閥，其中該噴射器的操作所需的壓力下之氣體流由該主真空泵(3)所驅動的壓縮機來提供。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的泵送系統，其中該噴射器的工作流體是壓縮的空氣或氮氣。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該噴射器被設計成能夠在該主真空泵(3)泵送該真空室(1)中所容納的氣體時一直泵送，及/或在該主真空泵(3)維持該真空室(1)中的界定的壓力時一直泵送。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該噴射器包含排放端，該排放端在該止回閥(6)的下游處被連接至氣體排出管道，該氣體排空管道(5)在該止回閥(6)後繼續進入該氣體排出管道中。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統， 其中該噴射器的標稱流率被選擇為該氣體排空管道(5)在該主真空泵(3)與該止回閥(6)之間限定的體積之函數。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該噴射器的標稱流率是該主真空泵(3)的標稱流率的1/500至1/5。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該噴射器是單階段式或多階段式。
  8. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該止回閥(6)被建構成當該主真空泵(3)的抽吸端處的壓力少於500絕對毫巴時關閉。
  9. 根據申請專利範圍第1或2項所述的泵送系統，其中該噴射器是由具有對半導體工業中所普遍使用的物質及氣體高化學抵抗性之材料所製成。
  10. 一種利用根據申請專利範圍第1至9項中任一項所述的泵送系統之泵送方法，包含該主真空泵(3)被啟動，以便泵送該真空室(1)中所容納的氣體，及將這些氣體排放通過它的氣體排放出口(4)；該噴射器與該主真空泵(3)同時被啟動，其中該噴射器的操作所需的壓力下之氣體流由該主真空泵(3)所驅動的壓縮機來提供；及該噴射器繼續在該主真空泵(3)泵送該真空室(1)中所容納的氣體時且在該主真空泵(3)維持該真空室 (1)中的界定的壓力時一直泵送。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的泵送方法，其中該噴射器以該主真空泵(3)的標稱流率的1/500至1/20之流率泵送。
  12. 根據申請專利範圍第10或11項所述的泵送方法，其中當該主真空泵(3)的抽吸端處的壓力少於500絕對毫巴時，該止回閥(6)關閉。
TW104131478A 2014-10-02 2015-09-23 用於產生真空的泵送系統及利用此泵送系統的泵送方法 TWI696760B (zh)

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