[发明专利]用于排空腔室的泵装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于排空腔室的泵装置和方法。连接到腔室的泵装置包括增压泵和下游前置泵。

背景技术

在许多技术应用中，如今需要在短时间内将腔室排空为预定的真空。一个示例为通过其将产品引入到真空室的闸室。产品可以是例如批量生产的物品，需要在真空室中对这些产品进行多个单独的制造步骤，批量生产的物品诸如太阳能电池、显示器等。寻求在越来越短的循环时间内将这样的产品引入到真空室。具有几百升的容积的闸室必须在远小于10秒之内排空至小于10^-2毫巴的压力并不少见。

为了排空这样的闸室，通常使用由两个串联连接的泵构成的泵装置，其中，第一泵通常称为增压泵，并且下游泵通常称为前置泵。两个泵的串联连接是权宜的，因为根据理想气体定律(压力*容积＝常量；假定恒温)，前置泵能够被设计用于比增压泵显著小的容积流量。

然而，如果在极短时间内将闸室从大气压开始排空，则增压泵最初在高压下输送大容积流量，其结果是，大容积流量在增压泵的出口处出现。能够应付这样的大容积流量的前置泵是笨重且昂贵的。

本发明的目的在于提供允许依据设备以减少的支出快速排空腔室的泵装置和方法。以所述的现有技术作为起点，借助于独立权利要求的特征来实现该目的。从属权利要求涉及有利的实施例。

发明内容

在根据本发明的方法中，最初对增压泵加速。然后，将从腔室排出的气体引入到增压泵中，使得存在从增压泵临时提取的过剩功率，该过剩功率超过由增压泵的驱动器提供的功率。只要增压泵中的出口压力位于预定阈值之上，被输送至增压泵的出口的气体就通过旁通阀排放。当增压泵的出口压力已经落入阈值之下时，气体向前传导到前置泵。由增压泵供应的气体借助于前置泵被压缩。

首先将解释几个表述。表述“增压泵”和“前置泵”示出在泵装置中泵的顺序。所述表述不对泵的构造产生限制。

本发明已经认识到，作为对增压泵加速和对过剩功率的后续提取的结果，来自腔室的气体可以在使得气体能够旁通前置泵而被直接排放的高压下被输送至增压泵的出口。仅当排出过程已经进行到增压泵不再能够将气体压缩至对应的压力的这样的程度时，前置泵另外用于进一步的压缩。借助于本发明，能够将前置泵设计成不仅用于比增压泵小的容积流量而且还用于比增压泵小的质量流量。

一般而言，大气压在旁通阀的出口处占优势。在这种情况下，阈值对应于大气压[w1]。因此，只要增压泵的出口压力位于大气压之上，气体就通过旁通阀冒出。增压泵的出口压力的峰值可以在大气压之上至少1巴，优选至少2巴，更优选至少3巴。借助于前置泵压缩的气体同样可以在大气压下被排放至环境。

在排出过程开始时，大气压一般在腔室中占优势，使得排出过程在大气压下开始。在开始排出过程之前，可以关闭增压泵的进口，使得来自腔室的气体不能进入增压泵中。因此，在气体被引入到增压泵中的时刻开始排出过程。

在排出过程开始时，为了能够在高压(例如，大气压)下输送大容积流量，增压泵必须提供高压缩功率。凭借以下事实提供高压缩功率，即在排出过程期间，存在从增压泵临时提取的压缩功率，该压缩功率比由增压泵的驱动器提供的更多。超过驱动功率的过剩功率从增压泵的动能提取。因此，增压泵破坏，并且泵的转速减小。

在本发明的背景内，在增压泵中提取的功率可以比驱动功率高得多。例如，过剩功率的峰值能够大于驱动功率的50％，优选大于100％，更优选大于200％。在100％的过剩功率的情况下，压缩功率为驱动功率的两倍。

还可以提供的是，过剩功率不是仅在瞬间提取，而是在某一时间段上提取。如果排出过程在腔室中的压力降到出口压力以下时开始，并且达到在腔室中的最终压力时结束，则提取过剩功率的时间段可以占例如排出过程的10％，优选地20％，更优选地50％。作为提取过剩功率的结果，增压泵的转速可以减小至少5％，优选地至少10％，更优选地至少25％。

为了可以在这样的程度上从泵提取过剩功率，泵在排出过程开始之前必须被置于相应地大量动能可用的状态。因此，在开始排出过程之前，泵被加速。

为了提供充足的动能，在排出过程开始时增压泵的转速优选地高于8000rpm，更优地选高于10000rpm，更优选地高于12000rpm。旋转零部件的直径优选大于5cm，更优选大于10cm，更优选大于20cm。