FR3118651A1 - Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire - Google Patents

Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire Download PDF

Info

Publication number
FR3118651A1
FR3118651A1 FR2100090A FR2100090A FR3118651A1 FR 3118651 A1 FR3118651 A1 FR 3118651A1 FR 2100090 A FR2100090 A FR 2100090A FR 2100090 A FR2100090 A FR 2100090A FR 3118651 A1 FR3118651 A1 FR 3118651A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
vacuum pump
radiating body
stator
heating
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2100090A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3118651B1 (fr
Inventor
Pierre-Emmanuel Cavarec
Romain CRIADO
François Roger
Eric Dulac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum SAS
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum SAS filed Critical Pfeiffer Vacuum SAS
Priority to FR2100090A priority Critical patent/FR3118651B1/fr
Priority to TW110149570A priority patent/TW202237986A/zh
Priority to US18/253,800 priority patent/US20240018972A1/en
Priority to PCT/EP2022/050068 priority patent/WO2022148745A1/fr
Publication of FR3118651A1 publication Critical patent/FR3118651A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3118651B1 publication Critical patent/FR3118651B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/046—Combinations of two or more different types of pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Dispositif de chauffage (103) pour ligne de vide (100) dans laquelle des gaz pompés sont destinés à circuler, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un corps rayonnant (20) configuré pour rayonner dans l’infrarouge lorsqu’il est chauffé à une température supérieure à 150°C, le au moins un corps rayonnant (20) étant agencé dans le chemin de pompage des gaz. Figure d’abrégé : figure 1

Description

Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire
La présente invention concerne un dispositif de chauffage et une pompe à vide primaire ou turbomoléculaire comportant ledit dispositif de chauffage.
La génération d’un vide poussé dans une enceinte nécessite l'utilisation de pompes à vide turbomoléculaires composées d'un stator dans lequel un rotor est entraîné en rotation rapide, par exemple une rotation à plus de quatre-vingt-dix mille tours par minute. Ces pompes à vide sont raccordées par des canalisations à des pompes à vide dites primaires qui comprennent généralement deux rotors pour le pompage sec des gaz et qui sont configurées pour refouler les gaz à la pression atmosphérique ou au-delà.
Dans certains procédés dans lesquels les pompes à vide sont utilisées, tels que les procédés de fabrication de semi-conducteurs ou LED, une couche de dépôt peut se former dans les pompes à vide ou dans les canalisations inter-pompes, notamment au niveau de l’aspiration des pompes à vide primaires. Dans les pompes à vide, ces dépôts peuvent entrainer une restriction de jeu entre le stator et le(s) rotor(s) pouvant provoquer un grippage du(es) rotor(s).
Dans les pompes à vide turbomoléculaires, la couche de dépôt peut échauffer le rotor par frottement, ce qui peut générer un fluage de ce dernier puis une fissure éventuelle. Dans les pompes à vide primaires, les couches de dépôt peuvent réduire les jeux de fonctionnement entre les rotors et entre les rotors et le stator, ce qui peut conduire au grippage de la pompe à vide.
Il est connu de chauffer les stators et les canalisations pour éviter la condensation de produits de réaction dans les pompes. La limitation de température en-deçà des températures admissibles par le(s) rotor(s) permet de réduire la formation de dépôts dans la pompe sans toutefois l’empêcher totalement.
Dans les pompes turbomoléculaires, une solution pour mieux localiser le chauffage à l’intérieur de la pompe à vide consiste à imprimer des éléments chauffants sur une couche isolante déposée sur le stator, notamment au niveau de l’étage Holweck. Ces éléments chauffants peuvent être alimentés ponctuellement, par exemple une seconde à 500°C, ce qui permet de ne pas surchauffer le rotor. Ces températures élevées des éléments chauffants permettent de volatiliser ou décomposer les produits de réaction solides qui se sont déposés sur les éléments chauffants ou proche des éléments chauffants, sans pour autant chauffer le rotor. Ce chauffage en surface, à l’intérieur de la pompe à vide, permet de ne chauffer que la matière déposée, et ce dès son apparition. Toutefois, cette technologie nécessitant le dépôt de couches isolantes sur le stator puis l’impression de résistances chauffantes, et en particulier sur des surfaces complexes, peut être difficile à mettre en œuvre et donc couteux.
Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage et une pompe à vide résolvant au moins partiellement un inconvénient de l’état de la technique.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de chauffage pour ligne de vide dans laquelle des gaz à pomper sont destinés à circuler, le dispositif de chauffage comportant au moins un corps rayonnant configuré pour rayonner dans l’infrarouge lorsqu’il est chauffé à une température supérieure à 150°C, telle que supérieure ou égale à 200°C, comme par exemple 300°C, le au moins un corps rayonnant étant agencé dans le chemin de pompage des gaz.
Le dispositif de chauffage par rayonnement infrarouge peut être agencé dans une pompe à vide turbomoléculaire ou dans une canalisation ou dans une pompe à vide primaire.
En fonctionnement, le corps rayonnant rayonne dans l’infrarouge à l’intérieur d’une pompe à vide ou d’une canalisation dans le chemin de pompage des gaz. Les surfaces internes dans le chemin des gaz pompés réfléchissantes réfléchissent la chaleur rayonnée en l’absence de dépôt tandis que les dépôts, en général en matériau organique et de plus forte émissivité, supérieure à 0,5, absorbent la chaleur. Les dépôts absorbent donc plus de chaleur et leur température s’élève plus que les parois. La chaleur réfléchie par les parois revient en outre sur le corps rayonnant ou sur les dépôts. Les dépôts chauffés à haute température peuvent alors être évaporés et entrainés sous forme gazeuse vers le refoulement sans surchauffe des parois. Dès que l’épaisseur du dépôt est suffisamment faible pour ne plus absorber les infrarouges, ceux-ci sont réfléchis. L’élimination des dépôts peut donc être réalisée de manière automatique, sans pilotage ou cyclage du chauffage qui peut rester à haute température. Le chauffage est en outre ciblé et donc efficace.
Le dispositif de chauffage peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
Le corps rayonnant présente par exemple une surface d’émissivité supérieure ou égale à 0,4.
La surface d’émissivité du au moins un corps rayonnant peut être obtenue :
- par traitement de surface, tel que par anodisation ou sablage ou rainurage ou texturation, par exemple laser, ou traité à la soude, ou
- par dépôt d’un revêtement, tel que qu’un revêtement chimique déposé par plasma de type KEPLA-COAT® ou tel qu’un revêtement de type peinture sans solvants, tel qu’un revêtement polymère époxyde, ou
- par traitement thermique, en particulier de surfaces en acier ou acier inoxydable.
Le dispositif de chauffage peut comporter au moins une cartouche chauffante, le au moins un corps rayonnant étant un conducteur thermique en contact thermique avec la au moins une cartouche chauffante, la cartouche chauffante étant agencée hors du chemin de pompage des gaz.
Des cavités peuvent être ménagées dans le corps du dispositif de chauffage entourant la cartouche chauffante.
Le au moins un corps rayonnant peut comporter une résistance électrique chauffante.
Le corps rayonnant comporte par exemple une tige courbée, notamment pour suivre la forme de la canalisation dans laquelle il est agencé et/ou celle de l’intérieur de la pompe à vide.
Afin d’optimiser la hausse de température du corps rayonnant avant que l’énergie thermique ne se diffuse dans le corps de la pompe à vide ou la canalisation, il est préférable que le corps rayonnant ait peu d’inertie thermique, c’est-à-dire un faible volume.
Le dispositif de chauffage peut comporter une unité de traitement configurée pour contrôler le chauffage du corps rayonnant. L’unité de traitement comporte par exemple un contrôleur ou microcontrôleur ou microprocesseur.
En utilisation, le corps rayonnant dans l’infrarouge peut être chauffé en continu à une température supérieure à 150°C.
Selon un autre exemple de réalisation, l’unité de traitement est configurée pour chauffer le corps rayonnant à une température supérieure à 150°C pour qu’il rayonne dans l’infrarouge en étant alimenté par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
La durée des impulsions est par exemple supérieure à une minute et inférieure à dix minutes. La température du corps rayonnant peut ainsi être augmentée ponctuellement à une température supérieure à 300°C, telle que comprise entre 400°C et 600°C.
L’alimentation par impulsions de courant électrique, c’est-à-dire de façon discontinue, permet d’optimiser la hausse de température du corps rayonnant avant que l’énergie thermique ne se diffuse. Les dépôts peuvent alors être plus facilement chauffés à des températures supérieures à la température d’évaporation des dépôts, notamment des dépôts de type PTFE.
L’unité de traitement peut être configurée pour surveiller la présence de dépôt à partir de la température du corps rayonnant ou de la mesure de la température de la surface d’une canalisation de la ligne de vide et de la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant, par exemple en mesurant la température du corps rayonnant alors que la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant est contrôlée à une consigne donnée ou en mesurant la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant alors que la température du corps rayonnant est contrôlée à une consigne donnée.
En effet, les sous-produits de réaction, notamment issus de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, sont non seulement plus émissifs que les métaux de la pompe à vide ou de la canalisation, mais sont aussi plus isolants thermiquement. Plus la couche de dépôt est épaisse et plus elle isole thermiquement le corps de stator de la pompe à vide ou les parois de la canalisation du chauffage par infra-rouge. Lorsque le corps rayonnant est entouré de surfaces très peu émissives, il ne peut pas transmettre beaucoup d’énergie. On utilise donc ici ce phénomène pour, en plus d’évaporer les dépôts, déterminer leur présence, voire même leur épaisseur.
Il est possible de surveiller les dépôts dans la pompe à vide mais aussi dans la canalisation entre les pompes à vide, notamment car la détection d’un dépôt dans la canalisation permet d’estimer un dépôt dans la pompe à vide.
L’invention a aussi pour objet une ligne de vide dans laquelle des gaz à pomper sont destinés à circuler, la ligne de vide comportant une canalisation et un dispositif de chauffage tel que décrit précédemment, le au moins un corps rayonnant du dispositif de chauffage étant fixé à la canalisation en étant isolé thermiquement des parois internes de la canalisation.
L’invention a aussi pour objet une pompe à vide configurée pour entrainer des gaz à pomper dans une direction de circulation des gaz allant d’un orifice d’aspiration vers un orifice de refoulement, la pompe à vide comportant un stator et au moins un rotor configuré pour tourner dans le stator, caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre un dispositif de chauffage tel que décrit précédemment, le au moins un corps rayonnant du dispositif de chauffage étant fixé au corps du stator, en étant isolé thermiquement des parois internes du stator.
En fonctionnement, le corps rayonnant rayonne dans l’infrarouge à l’intérieur de la pompe à vide dans le chemin de pompage des gaz. Les surfaces internes de la pompe à vide dans le chemin des gaz pompés sont en général réfléchissantes et réfléchissent la chaleur rayonnée en l’absence de dépôt tandis que les dépôts, en général en matériau organique et de plus forte émissivité, supérieure à 0,5, absorbent la chaleur. Les dépôts absorbent donc plus de chaleur et leur température s’élève plus que les parois de la pompe à vide. La chaleur réfléchie par les parois internes de la pompe à vide reviennent en outre sur le corps rayonnant ou sur les dépôts. Les dépôts chauffés à haute température peuvent alors être évaporés et entrainés sous forme gazeuse vers l’orifice de sortie sans surchauffe du rotor ou des parois internes du stator. Dès que l’épaisseur du dépôt est suffisamment faible pour ne plus absorber les infrarouges, ceux-ci sont réfléchis par les parois de la pompe à vide. L’élimination des dépôts peut donc être réalisée de manière automatique, sans pilotage ou cyclage du chauffage qui peut rester à haute température. Le chauffage est en outre ciblé et donc efficace, sans être nuisible pour l’intégrité du rotor.
La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
Les parois internes du stator et les parois du rotor destinées à être en communication avec les gaz pompés présentent par exemple une émissivité inférieure ou égale à 0,2.
Les parois internes du stator et les parois du au moins rotor destinées à être en communication avec les gaz pompés sont par exemple métalliques, comme en matériau aluminium ou acier inoxydable ou présentent un revêtement comprenant du nickel. Les parois métalliques peuvent être polies. Ces surfaces de faible émissivité ont pour avantage de réfléchir les rayonnements thermique infrarouge, ce qui permet d’une part d’éviter de chauffer les parois internes du stator et les parois du rotor destinées à être en communication avec les gaz pompés, et d’autre part de concentrer la chaleur sur les dépôts qui en général sont des dépôts organiques présentant une émissivité supérieure à celle des surfaces de faibles émissivité. On profite là du fait que les parois du stator et du rotor en communication avec les gaz pompés de faible émissivité, en matériau aluminium, acier inoxydable ou acier ou aluminium revêtu sont réalisées dans des matériaux de faible émissivité pour notamment leur permettre de résister à la corrosion. Ces propriétés de faible émissivité contribuent à éviter le chauffage de la pompe à vide tout en favorisant le chauffage des dépôts indésirables.
Le au moins un corps rayonnant peut être situé au niveau du refoulement de la pompe à vide.
La pompe à vide peut être une pompe à vide turbomoléculaire, le stator comportant au moins un étage d’ailettes et le rotor comportant au moins deux étages de pales, les étages de pales et les étages d’ailettes se succédant axialement le long d’un axe de rotation du rotor.
Le au moins un corps rayonnant est par exemple situé dans le refoulement annulaire de la pompe à vide, en aval du rotor et en amont de l’orifice de refoulement dans la direction de circulation des gaz.
Le corps rayonnant comporte par exemple un serpentin formant plus d’un tour autour du rotor ou formant plus d’un tour dans un refoulement annulaire de la pompe à vide, et au moins un doigt chauffant reliant le serpentin au corps de stator.
Le corps rayonnant comporte par exemple un anneau ou une portion d’anneau agencé en périphérie du rotor ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor dans un refoulement annulaire de la pompe à vide et au moins un doigt chauffant reliant l’anneau ou la portion d’anneau au corps de stator. L’anneau peut présenter une section sphérique, ovoïde ou l’anneau peut présenter une surface de disque. Le disque permet d’augmenter la surface de rayonnement.
Le au moins un doigt chauffant peut former une entretoise maintenant l’anneau ou la portion d’anneau ou le serpentin à l’écart du corps de stator. On limite ainsi le contact thermique entre le corps rayonnant et le stator, et donc l’échauffement du stator.
Le corps rayonnant peut être une tige chauffante saillant des parois du corps de stator, la pompe à vide comprenant une pluralité de corps rayonnants discrets, au moins six, régulièrement répartis dans la périphérie du rotor ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor dans le refoulement annulaire.
La pompe à vide peut être une pompe à vide primaire, le stator comportant au moins un étage de pompage, la pompe à vide comportant deux rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans le au moins un étage de pompage.
Que ce soit une pompe à vide turbomoléculaire ou une pompe à vide primaire, le corps rayonnant peut s’étendre au-delà de l’orifice de refoulement du stator de la pompe à vide. Ainsi la pompe à vide et la canalisation située au refoulement de la pompe à vide peuvent être chauffées à une même température et avec un même rayonnement infrarouge.
Le au moins un corps rayonnant peut être un conducteur thermique en contact thermique avec au moins une cartouche chauffante de la pompe à vide, la cartouche chauffante étant agencée hors du chemin de pompage des gaz. Il y a par exemple autant de cartouches chauffantes que de doigts chauffants, par exemple deux, chaque cartouche chauffante étant en contact thermique avec un doigt chauffant. L’anneau transporte et rayonne la chaleur produite par les cartouches chauffantes.
Des cavités peuvent être ménagées dans le corps de stator autour de la cartouche chauffante. On évite ainsi de transmettre la chaleur des cartouches chauffantes au reste du stator.
Le au moins un corps rayonnant peut comporter une résistance électrique chauffante, la pompe à vide pouvant comporter en outre un support isolant électriquement et thermiquement interposé entre le corps rayonnant et le corps de stator.
La pompe à vide peut comporter un dispositif de chauffage externe du stator, tel qu’une ceinture résistive chauffante. Le chauffage par le corps rayonnant est alors complémentaire au dispositif de chauffage externe du stator.
Dans le cas où l’unité de traitement du dispositif de chauffage est configurée pour que le corps rayonnant soit alimenté par des impulsions de courant électrique, on peut prévoir de conditionner le chauffage ponctuel du corps rayonnant à l’absence de gaz de procédés à pomper par la pompe à vide de sorte que seuls des gaz inertes, tel que l’azote, puissent être pompés par la pompe à vide lorsque le corps rayonnant rayonne à très haute température, et ceci afin d’éviter tout risque chimique. Le signal d’absence de gaz de procédés peut être fourni par l’équipement de fabrication dans lequel la pompe à vide est montée.
L’invention a aussi pour objet un procédé de chauffage d’un dispositif de chauffage tel que décrit précédemment dans lequel le corps rayonnant est chauffé à une température supérieure à 150°C pour rayonner dans l’infrarouge en étant alimenté par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
Présentation des dessins
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
La montre un exemple de ligne de vide.
La montre une vue en coupe axiale d’une pompe à vide turbomoléculaire selon un premier exemple de réalisation.
La montre une vue en perspective d’une partie du stator et un corps rayonnant agencé dans le refoulement annulaire de la pompe à vide turbomoléculaire de la .
La est une courbe de l’évolution de la puissance (en watts) d’alimentation du corps rayonnant en fonction de l’épaisseur de la couche de dépôt pour une température donnée du corps rayonnant.
La est une courbe de l’évolution de la température (en °C) d’alimentation du corps rayonnant en fonction de l’épaisseur de la couche de dépôt pour une puissance d’alimentation donnée du corps rayonnant.
La montre une vue en coupe axiale d’un autre exemple de réalisation d’une pompe à vide turbomoléculaire.
La montre une vue en perspective d’un autre exemple de réalisation d’un corps rayonnant.
La montre une vue en perspective d’un autre exemple de réalisation d’un corps rayonnant.
La montre une vue en perspective d’un autre exemple de réalisation d’un corps rayonnant.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
On entend par « en amont », un élément qui est placé avant un autre par rapport au sens de circulation du gaz. A contrario, on entend par « en aval », un élément placé après un autre par rapport au sens de circulation du gaz à pomper.
La illustre un exemple de ligne de vide 100 dans laquelle des gaz à pomper sont destinés à circuler (la direction de circulation des gaz est représentée par des flèches sur la ).
La ligne de vide 100 comporte une pompe à vide 1 turbomoléculaire, une pompe à vide 101 primaire agencée en aval de la pompe à vide 1 turbomoléculaire et une canalisation 102 (en partie représentée en pointillés) raccordant la pompe à vide turbomoléculaire 1 à la pompe à vide 101 primaire.
La ligne de vide 100 est par exemple utilisée pour le pompage d’enceintes d’équipements de fabrication par exemple d’écrans plats d’affichage ou de substrats photovoltaïques ou de substrats (wafers en anglais) de semi-conducteurs.
La pompe à vide 101 primaire comporte un stator comportant au moins un étage de pompage et deux rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans le au moins un étage de pompage.
La ligne de vide 100 comporte au moins un dispositif de chauffage 103 par rayonnement infrarouge pouvant être agencé dans la pompe à vide 1 turbomoléculaire ou dans la canalisation 102 raccordée entre les pompes 1, 101 ou dans la pompe à vide 101 primaire comme représenté sur la ou encore dans une canalisation raccordée à la sortie de la pompe à vide 101 primaire.
Le dispositif de chauffage 103 comporte au moins un corps rayonnant 20 configuré pour rayonner dans l’infrarouge lorsqu’il est chauffé à une température supérieure à 150°C, le au moins un corps rayonnant 20 étant agencé dans le chemin de pompage des gaz.
Dans l’exemple de la , un premier dispositif de chauffage 103 comporte un corps rayonnant 20 agencé dans la canalisation 102. Le au moins un corps rayonnant 20 est fixé à la canalisation 102 en étant isolé thermiquement des parois internes de la canalisation 102.
Un deuxième dispositif de chauffage 103 est agencé dans la pompe à vide primaire 101 par exemple dans le refoulement 21 de la pompe à vide 101, tel que dans un silencieux 107 de la pompe à vide 101.
Le corps rayonnant 20 présente de préférence une surface d’émissivité supérieure ou égale à 0,4, telle que supérieure ou égale à 0,8. La surface de haute émissivité du au moins un corps rayonnant 20 est par exemple obtenue par traitement de surface, tel que par anodisation ou sablage ou rainurage ou texturation, par exemple laser, ou traité à la soude ou par dépôt d’un revêtement, tel que qu’un revêtement chimique déposé par plasma de type KEPLA-COAT® ou tel qu’un revêtement de type peinture sans solvants, tel qu’un revêtement polymère époxyde. Le corps rayonnant 20 de surface de haute émissivité peut également être obtenu par traitement thermique, en particulier d’un corps rayonnant en acier ou acier inoxydable, ce traitement thermique pouvant engendrer un changement de couleur du matériau à une température supérieure à 500°C.
Les parois internes de la canalisation 102 et/ou de la pompe à vide 1, 101 destinées à être en communication avec les gaz pompés présentent par exemple une émissivité inférieure ou égale à 0,2. Elles sont par exemple métalliques, telles qu’en acier inoxydable.
Le corps rayonnant 20 comporte par exemple une tige courbée 104 afin de suivre la forme de la canalisation 102 ou celle du silencieux 107. La tige courbée 104 comporte par exemple une résistance électrique chauffante pouvant être alimentée depuis l’extérieur de la canalisation de refoulement 102 via un passage étanche 105.
En fonctionnement, le corps rayonnant 20 rayonne dans l’infrarouge à l’intérieur de la pompe à vide 1, 101 ou de la canalisation 102 dans le chemin de pompage des gaz. Les surfaces internes dans le chemin des gaz pompés réfléchissantes réfléchissent la chaleur rayonnée en l’absence de dépôt tandis que les dépôts, en général en matériau organique et de plus forte émissivité, supérieure à 0,5, absorbent la chaleur. Les dépôts absorbent donc plus de chaleur et leur température s’élève plus que les parois. La chaleur réfléchie par les parois revient en outre sur le corps rayonnant ou sur les dépôts. Les dépôts chauffés à haute température peuvent alors être évaporés et entrainés sous forme gazeuse vers le refoulement sans surchauffe des parois. Dès que l’épaisseur du dépôt est suffisamment faible pour ne plus absorber les infrarouges, ceux-ci sont réfléchis. L’élimination des dépôts peut donc être réalisée de manière automatique, sans pilotage ou cyclage du chauffage qui peut rester à haute température. Le chauffage est en outre ciblé et donc efficace.
Le corps rayonnant 20 peut s’étendre au-delà de l’orifice de refoulement 7 du stator 2 de la pompe à vide 101 ( ). Ainsi la pompe à vide 101 et la canalisation située au refoulement de la pompe à vide 101 peuvent être chauffées à une même température et avec un même rayonnement infrarouge.
Le dispositif de chauffage 103 peut comporter une unité de traitement 106 configurée pour contrôler le chauffage du corps rayonnant 20.
Le corps rayonnant 20 peut comporter une sonde de température 108, par exemple reçue dans la gaine du corps rayonnant 20 lorsque celui-ci comporte une résistance électrique reçue dans une gaine. Selon un autre exemple la sonde de température 108 peut être située sur le stator 2 de la pompe à vide 1, 101 ou sur la canalisation 102 reliant les pompes 1, 101, par exemple à l’extérieur de la canalisation 102.
En utilisation, le corps rayonnant 20 dans l’infrarouge peut être chauffé en continu à une température supérieure à 150°C.
Selon un autre exemple de réalisation, l’unité de traitement 106 peut être configurée pour chauffer le corps rayonnant 20 à une température supérieure à 150°C pour qu’il rayonne dans l’infrarouge en étant alimenté par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
La durée des impulsions est par exemple supérieure à une minute et inférieure à dix minutes. La température du corps rayonnant 20 peut ainsi être augmentée ponctuellement à une température supérieure à 300°C, telle que comprise entre 400°C et 600°C.
L’alimentation par impulsions de courant électrique, c’est-à-dire de façon discontinue, permet d’optimiser la hausse de température du corps rayonnant avant que l’énergie thermique ne se diffuse. Les dépôts peuvent alors être plus facilement chauffés à des températures supérieures à la température d’évaporation des dépôts, notamment des dépôts de type PTFE.
L’unité de traitement 106 peut être configurée pour surveiller la présence de dépôt à partir de la température du corps rayonnant 20 et de la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20, par exemple en mesurant la température du corps rayonnant 20 alors que la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20 est contrôlée à une consigne donnée ou en mesurant la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20 alors que la température du corps rayonnant 20 est contrôlée à une consigne donnée.
En effet, les sous-produits de réaction, notamment issus de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, sont non seulement plus émissifs que les métaux, mais sont aussi plus isolants thermiquement. Plus la couche de dépôt est épaisse et plus elle isole thermiquement le corps de stator de la pompe à vide 1, 101 ou de la canalisation 102 du chauffage par infra-rouge. Lorsque le corps rayonnant 20 est entouré de surfaces très peu émissives, il ne peut pas transmettre beaucoup d’énergie au corps de la pompe ou de la canalisation. On utilise donc ici ce phénomène pour, en plus d’évaporer les dépôts, déterminer leur présence, voire même leur épaisseur.
Selon un autre exemple, l’unité de traitement 106 est configurée pour surveiller la présence de dépôt à partir de la mesure de la température de la surface de la canalisation 102 de la ligne de vide 100 et de la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20, par exemple en mesurant la température de la surface de la canalisation 102 alors que la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20 est contrôlée à une consigne donnée.
Un exemple plus détaillé est donné en référence aux figures 2 à 9 illustrant un dispositif de chauffage 103 agencé dans la pompe à vide 1 turbomoléculaire.
Comme on peut le voir sur la , la pompe à vide 1 turbomoléculaire comporte un stator 2 dans lequel un rotor 3 est configuré pour tourner à grande vitesse en rotation axiale, par exemple une rotation à plus de quatre-vingt-dix mille tours par minute.
Dans l’exemple de réalisation de la , la pompe à vide 1 turbomoléculaire est dite hybride : elle comporte un étage turbomoléculaire 4 et un étage moléculaire 5 situé en aval de l’étage turbomoléculaire 4 dans la direction de circulation des gaz pompés (représentée par les flèches F sur la ). Les gaz pompés entrent par l’orifice d’aspiration 6, traversent d’abord l’étage turbomoléculaire 4, puis l’étage moléculaire 5, pour être ensuite évacués vers un orifice de refoulement 7 de la pompe à vide 1 turbomoléculaire. En fonctionnement, les gaz à pomper sont entrainés dans la direction de circulation des gaz F allant d’un orifice d’aspiration 6 vers un orifice de refoulement 7, l’orifice de refoulement 7 étant raccordé à un pompage primaire.
Une bride annulaire d’entrée 8 entoure par exemple l’orifice d’aspiration 6 pour raccorder la pompe à vide 1 à une enceinte dont on souhaite abaisser la pression.
Dans l’étage turbomoléculaire 4, le rotor 3 comporte au moins deux étages de pales 9 et le stator 2 comporte au moins un étage d’ailettes 10. Les étages de pales 9 et d’ailettes 10 se succèdent axialement le long de l’axe de rotation I-I du rotor 3 dans l’étage turbomoléculaire 4. Le rotor 3 comporte par exemple plus de quatre étages de pales 9, comme par exemple entre quatre et douze étages de pales 9 (sept dans l’exemple illustré sur la ).
Chaque étage de pales 9 du rotor 3 comporte des pales inclinées qui partent en direction sensiblement radiale d’un moyeu 11 du rotor 3 fixé à un arbre d’entrainement 12 de la pompe à vide 1, par exemple par vissage. Les pales sont réparties régulièrement en périphérie du moyeu 11.
Chaque étage d’ailettes 10 du stator 2 comporte une couronne de laquelle partent, en direction sensiblement radiale, des ailettes inclinées, réparties régulièrement sur le pourtour intérieur de la couronne. Les ailettes d’un étage d’ailettes 10 du stator 2 viennent s’engager entre les pales de deux étages de pales 9 du rotor 3 successifs. Les pales 9 du rotor 3 et les ailettes 10 du stator 2 sont inclinées pour guider les molécules de gaz pompés vers l’étage moléculaire 5.
Dans l’exemple illustré sur les figures, le rotor 3 comporte en outre un bol interne 15, coaxial à l’axe de rotation I-I et agencé en vis-à-vis d’une cloche 17 du stator 2. En fonctionnement, le rotor 3 tourne dans le stator 2 sans contact entre le bol interne 15 et la cloche 17.
Ici, dans l’étage moléculaire 5, le rotor 3 comporte en outre une jupe Holweck 13 en aval des au moins deux étages de pales 9, formée par un cylindre lisse, qui tourne en regard de rainures hélicoïdales 14 du stator 2. Les rainures hélicoïdales 14 du stator 2 permettent de comprimer et guider les gaz pompés vers l’orifice de refoulement 7.
Le rotor 3 peut être réalisé d’une seule pièce. Il est par exemple réalisé en matériau aluminium et/ou en nickel.
Le rotor 3 est configuré pour être entraîné en rotation dans le stator 2 par un moteur 16 interne de la pompe à vide 1. Le moteur 16 est par exemple agencé dans la cloche 17 du stator 2, elle-même agencée sous le bol interne 15 du rotor 3, l’arbre d’entrainement 12 traversant la cloche 17 du stator 2.
Le rotor 3 est guidé latéralement et axialement par des paliers 18 magnétiques ou mécaniques supportant l’arbre d’entrainement 12 du rotor 3, situés dans le stator 2.
La cloche 17 peut être configurée pour pouvoir être refroidie afin de pouvoir refroidir continuellement les éléments qu’elle contient comme notamment les paliers 18, le moteur 16 et autres composants électriques ou électroniques afin de permettre leurs fonctionnements.
La pompe à vide 1 peut en outre comporter un dispositif de purge configuré pour injecter un gaz de purge dans l’interstice situé entre la cloche 17 du stator 2 et le bol interne 15 du rotor 3. Le gaz de purge est préférentiellement de l’air ou de l’azote, mais peut aussi être un autre gaz neutre comme l’hélium ou l’argon. Le débit de gaz de purge est faible.
La pompe à vide 1 comporte en outre au moins un dispositif de chauffage 103 ayant un corps rayonnant 20 configuré pour rayonner dans l’infrarouge lorsqu’il est chauffé à une température supérieure à 150°C, telle que supérieure ou égale à 200°C, comme par exemple 300°C, le au moins un corps rayonnant 20 étant fixé au corps du stator 2 et agencé dans le chemin de pompage des gaz, en étant isolé thermiquement des parois internes du stator 2.
En fonctionnement, le corps rayonnant 20 rayonne dans l’infrarouge à l’intérieur de la pompe à vide 1 dans le chemin de pompage des gaz. Les surfaces internes de la pompe à vide 1 dans le chemin des gaz pompés sont en général réfléchissantes et réfléchissent la chaleur rayonnée en l’absence de dépôt tandis que les dépôts, en général en matériau organique et de plus forte émissivité, supérieure à 0,5, absorbent la chaleur. Les dépôts absorbent donc plus de chaleur et leur température s’élève plus que les parois de la pompe à vide 1. La chaleur réfléchie par les parois internes de la pompe à vide 1 revient en outre sur le corps rayonnant 20 ou sur les dépôts. Les dépôts chauffés à haute température peuvent alors être évaporés et entrainés sous forme gazeuse vers l’orifice de sortie 7 sans surchauffe du rotor 3 ou des parois internes du stator 2. Dès que l’épaisseur du dépôt est suffisamment faible pour ne plus absorber les infrarouges, ceux-ci sont réfléchis par les parois de la pompe à vide 1. L’élimination des dépôts peut donc être réalisée de manière automatique, sans pilotage ou cyclage du chauffage qui peut rester à haute température. Le chauffage est en outre ciblé et donc efficace, sans être nuisible pour l’intégrité du rotor 3.
Les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 destinées à être en communication avec les gaz pompés présentent par exemple une émissivité inférieure ou égale à 0,2, dite de faible émissivité. Les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 destinées à être en communication avec les gaz pompés de faible émissivité sont par exemple métalliques, en matériau aluminium ou acier inoxydable ou présentent un revêtement de faible émissivité comme comprenant du nickel. Les parois peuvent être polies.
Ces surfaces de faible émissivité ont pour avantage de réfléchir les rayonnements thermique infrarouge, ce qui permet d’une part d’éviter de chauffer les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 destinées à être en communication avec les gaz pompés, et d’autre part de concentrer la chaleur sur les dépôts qui en général sont des dépôts organiques présentant une émissivité supérieure à celle des surfaces de faibles émissivité. On profite là du fait que les parois du stator 2 et du rotor 3 en communication avec les gaz pompés de faible émissivité, en matériau aluminium, acier inoxydable ou acier ou aluminium revêtu sont réalisées dans des matériaux de faible émissivité pour permettre notamment de résister à la corrosion. Ces propriétés de faible émissivité contribuent à éviter le chauffage de la pompe à vide 1 tout en favorisant le chauffage des dépôts indésirables.
Le au moins un corps rayonnant 20 est avantageusement situé dans le refoulement annulaire 21 de la pompe à vide 1, en aval du rotor 3 et en amont de l’orifice de refoulement 7 dans la direction de circulation des gaz. Le refoulement annulaire 21 est située sous le rotor 3, ici sous l’extrémité de la jupe Holweck 13. C’est un emplacement où la pression est plus élevée et donc où le risque de dépôt est plus grand.
Le corps rayonnant 20, comporte par exemple un anneau 22 agencé en périphérie du rotor 3, par exemple entre l’étage turbomoléculaire 4 et l’étage moléculaire 5, ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor 3, dans le refoulement annulaire 21 de la pompe à vide 1.
Le corps rayonnant 20 comporte en outre au moins un doigt chauffant 23 reliant l’anneau 22 au corps de stator 2.
L’anneau 22 est l’élément du corps rayonnant 20 présentant une surface de forte émissivité rayonnant dans l’infrarouge. La forme annulaire du corps rayonnant 20 permet d’augmenter la surface de rayonnement.
L’anneau 22 peut présenter une section sphérique, ovoïde ou l’anneau 22 peut présenter une surface de disque. Le disque permet d’augmenter la surface de rayonnement. Le diamètre de l’anneau 22 de section sphérique est par exemple de 1 cm. Un anneau fin permet de monter vite en température.
Le corps rayonnant 20 comporte par exemple un seul doigt chauffant 23 ou deux doigts chauffants 23 diamétralement opposés ou plusieurs doigts chauffants 23 sur la périphérie de l’anneau 22.
Le au moins un doigt chauffant 23 peut en outre former une entretoise maintenant l’anneau 22 à l’écart du corps de stator 2. On limite ainsi le contact thermique entre le corps rayonnant 20 et le stator 2, et donc l’échauffement du stator 2. Comme on peut mieux le voir sur l’exemple de la montrant seulement une partie du stator 2, ainsi que le corps rayonnant 20, l’anneau 22 est en quelque sorte « suspendu » par deux doigts chauffants 23, au-dessus de la paroi du stator 2 dans le refoulement annulaire 21.
Dans cet exemple, le corps rayonnant 20 est chauffé de manière indirecte.
Le corps rayonnant 20 est par exemple un conducteur thermique, par exemple réalisé en matériau métallique, tel qu’en aluminium, et en contact thermique avec au moins une cartouche chauffante 24 de la pompe à vide 1.
Il y a par exemple autant de cartouches chauffantes 24 que de doigts chauffants 23, par exemple deux, chaque cartouche chauffante 24 étant en contact thermique avec un doigt chauffant 23. Dans le mode de réalisation de l’anneau 22 relié au corps de stator 2 par deux doigts chauffants 23, la pompe à vide 1 comporte ainsi deux cartouches chauffantes 24 en contact thermique avec un doigt chauffant 23 respectif. L’anneau 22 transporte ainsi et rayonne la chaleur produite par les cartouches chauffantes 24.
Les cartouches chauffantes 24 sont agencées hors du chemin de pompage des gaz, dans le stator 2. On n’a alors pas à réaliser l’étanchéité autour de ces cartouches chauffantes 24 qui ne sont pas sous vide. Ces cartouches chauffantes 24 sont par exemple chauffées entre 20 et 50°C de plus que la température souhaitée pour le corps rayonnant 20. Des cavités 25 peuvent être ménagées dans le corps de stator 2 autour des cartouches chauffante 24. On évite ainsi de transmettre la chaleur des cartouches chauffantes 24 au reste du stator 2.
La pompe à vide 1 turbomoléculaire peut comporter un dispositif de chauffage externe 19 du stator 2, tel qu’une ceinture résistive chauffante, pour chauffer le stator 2 à une température de consigne, par exemple supérieure à 80°C, telle que 100°C. Le chauffage par le corps rayonnant 20 est alors complémentaire au dispositif de chauffage externe 19 du stator 2.
Le dispositif de chauffage 103 peut comporter une unité de traitement 33 configurée pour contrôler le chauffage du corps rayonnant 20. L’unité de traitement 33 comporte par exemple un contrôleur ou microcontrôleur ou microprocesseur. L’unité de traitement 33 peut être montée sur une carte électronique logée dans le stator 2 de la pompe à vide 1.
En utilisation, le corps rayonnant 20 dans l’infrarouge peut être chauffé en continu à une température supérieure à 150°C.
Selon un autre exemple, l’unité de traitement 33 est configurée pour chauffer le corps rayonnant 20 à une température supérieure à 150°C pour qu’il rayonne dans l’infrarouge en étant alimenté par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
La durée des impulsions est par exemple supérieure à une minute et inférieure à dix minutes. La température du corps rayonnant 20 peut être augmentée ponctuellement à une température supérieure à 300°C, telle que comprise entre 400°C et 600°C.
L’alimentation par impulsions de courant électrique, c’est-à-dire de façon discontinue, permet d’optimiser la hausse de température du corps rayonnant 20 avant que l’énergie thermique ne se diffuse dans le corps de la pompe à vide 1. Les dépôts peuvent alors être plus facilement chauffés à des températures supérieures à la température d’évaporation des dépôts, notamment des dépôts de type PTFE.
On peut prévoir de conditionner le chauffage ponctuel du corps rayonnant 20 à l’absence de gaz de procédés à pomper par la pompe à vide 1 de sorte que seuls des gaz inertes, tel que l’azote, puissent être pompés par la pompe à vide 1 lorsque le corps rayonnant 20 rayonne à très haute température, et ceci afin d’éviter tout risque chimique. Le signal d’absence de gaz de procédés peut être fourni par l’équipement de fabrication dans lequel la pompe à vide 1 est montée.
Par ailleurs, l’unité de traitement 33 peut être configurée pour surveiller la présence de dépôts à partir de la température du corps rayonnant 20 et de la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20, par exemple en mesurant la température du corps rayonnant 20 alors que la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20 est contrôlée à une consigne donnée ou en mesurant la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant 20 alors que la température du corps rayonnant 20 est contrôlée à une consigne donnée.
En effet, les sous-produits de réaction, notamment issus de certains procédés de fabrication de semi-conducteurs, sont non seulement plus émissifs que les métaux de la pompe à vide 1, mais sont aussi plus isolants thermiquement. Plus la couche de dépôt est épaisse et plus elle isole thermiquement le corps de stator 2 de la pompe à vide 1 du chauffage par infra-rouge. Lorsque le corps rayonnant 20 est entouré de surfaces très peu émissives, il ne peut pas transmettre beaucoup d’énergie à la pompe à vide 1. On utilise donc ici ce phénomène pour, en plus d’évaporer les dépôts, déterminer leur présence, voire même leur épaisseur.
Ceci peut être mieux compris en référence à la courbe de la montrant un exemple d’évolution de la puissance pour une température du corps rayonnant 20 et une température du stator 2 données, en fonction de l’épaisseur de la couche de dépôt.
En l’absence de dépôt, les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 en communication avec les gaz pompés sont peu émissives de sorte que le rayonnement infrarouge est majoritairement réfléchi par ces surfaces. La puissance thermique transmise, pour une température du corps rayonnant 20 donné, est faible (T0 sur la courbe de la ).
En présence d’un léger dépôt, la couche de dépôt rend les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 en communication avec les gaz pompés émissives aux infra-rouges, la puissance transmise, pour une température du corps rayonnant 20 donné, augmente alors car la chaleur sert à chauffer l’ensemble des parois de la pompe à vide 1. Il est donc possible de détecter la présence, voire de déterminer l’épaisseur d’une couche de dépôt par détection de cette augmentation de la puissance (phase T1 sur la courbe de la ).
Puis, plus l’épaisseur du dépôt augmente et plus les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 en communication avec les gaz pompés s’isolent thermiquement. La puissance, pour une température du corps rayonnant 20 donné, diminue alors. Il est alors également possible de détecter la présence d’une couche de dépôt, voire de déterminer l’épaisseur de la couche de dépôt, par détection de cette diminution de la puissance (phase T2 de la courbe de la ).
On peut distinguer que l’on se situe dans la phase T1 ou T2 de la courbe pour déterminer l’épaisseur du dépôt par exemple par analyse de la pente de la courbe, la pente de la phase T1 étant positive et la pente de la phase T2 étant négative.
La illustre une variante de réalisation pour laquelle c’est la puissance thermique qui est maintenue constante tandis que l’on mesure la température du corps rayonnant 20.
Comme précédemment, en l’absence de dépôt, les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 en communication avec les gaz pompés sont peu émissives de sorte que le rayonnement infrarouge est majoritairement réfléchi par ces surfaces. La température du corps rayonnant 20, pour une puissance thermique donnée, est faible (T0 sur la courbe de la ).
En présence d’un léger dépôt, la température du corps rayonnant 20 baisse pour une puissance donnée, car la chaleur sert à chauffer l’ensemble des parois de la pompe à vide 1. Il est donc possible de détecter la présence, voire de déterminer l’épaisseur d’une couche de dépôt, par détection de cette diminution de la température (phase T1 sur la courbe de la ).
Puis, plus l’épaisseur du dépôt augmente et plus les parois internes du stator 2 et les parois du rotor 3 en communication avec les gaz pompés s’isolent thermiquement. La température du corps rayonnant 20, pour une puissance donnée, augmente alors. Il est donc également possible de détecter la présence d’une couche de dépôt, voire de déterminer l’épaisseur de la couche de dépôt, par détection de cette augmentation de la température (phase T2 de la courbe de la ).
Comme précédemment, on peut distinguer que l’on se situe dans la phase T1 ou T2 de la courbe pour déterminer l’épaisseur du dépôt par exemple par analyse de la pente de la courbe, la pente de la phase T1 étant négative et la pente de la phase T2 étant positive.
La montre un deuxième exemple de réalisation.
Comme dans l’exemple précédent, le au moins un corps rayonnant 20 peut être situé dans le refoulement annulaire 21 de la pompe à vide 1 et comporter un anneau 22 tenu à l’écart du corps de stator 2 par deux doigts chauffants 23 du corps rayonnant 20.
Toutefois, dans ce deuxième exemple, le corps rayonnant 20 est chauffé de manière directe.
Pour cela, le corps rayonnant 20 comporte une résistance électrique chauffante, pouvant être alimentée électriquement pour chauffer. La résistance électrique est par exemple reçue dans une gaine par exemple en acier inoxydable. La résistance électrique et sa gaine sont courbés pour former l’anneau 22 du corps rayonnant 20. Le au moins un doigt chauffant 23 est relié au stator 2 au moyen d’un passage étanche pour le passage de fils électriques d’alimentation de la résistance électrique. Un passage étanche de fils électrique est connu en soi et permet de garantir l’étanchéité entre l’intérieur et l’extérieur de la pompe à vide 1.
La pompe à vide 1 peut comporter en outre un support isolant électriquement et thermiquement 26 interposé entre le corps rayonnant 20 et le corps de stator 2. Plus précisément dans cet exemple, le support isolant 26 est interposé entre l’anneau 22 du corps rayonnant 20 et le corps de stator 2, et entoure les doigts chauffants 23. Le support isolant 26 est par exemple en acier inoxydable. C’est un matériau faiblement isolant thermiquement mais compatible avec les niveaux de vide recherchés et la chimie des gaz pompés.
Ce mode de réalisation par chauffage directe permet de chauffer rapidement le corps rayonnant 20 et est particulièrement bien adaptée pour la mise en œuvre d’un procédé de chauffage par impulsions de courant électrique.
On voit sur la que le corps rayonnant 20 est connecté par des fils électriques 27 pour l’alimentation à l’unité de traitement 33. On a également représenté sur cette figure, les rayons thermiques infrarouges qui sont réfléchis par les parois internes du stator 2, parfois à plusieurs reprises, et qui sont absorbés par le dépôt.
Bien que les corps rayonnants 20 illustrés sur ces figures comportent des anneaux, d’autres formes de réalisation sont possibles pour les corps rayonnants.
Selon un autre exemple représenté sur les figures 7 et 8, le corps rayonnant 20 comporte une portion d’anneau 30 agencé en périphérie du rotor 3 ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor 3 dans un refoulement annulaire 21 de la pompe à vide 1, et au moins un doigt chauffant 23 reliant la portion d’anneau 30 au corps de stator 2.
La portion d’anneau 30 est l’élément du corps rayonnant 20 présentant une surface de forte émissivité rayonnant dans l’infrarouge.
La portion d’anneau 30 présente une circonférence inférieure à celle d’un anneau, comme par exemple comprise entre 80% et 90% de la circonférence du cercle dans lequel s’inscrit la portion d’anneau 30.
Comme pour l’anneau 22 décrit dans les exemples de réalisation précédents, la portion d’anneau 30 peut présenter une section sphérique, ovoïde ou être plat.
Le corps rayonnant 20 comporte par exemple un seul doigt chauffant 23 agencé à une extrémité de la portion d’anneau 30 ( ) ou deux doigts chauffants 23 agencés à chaque extrémité de la portion d’anneau 30 ( ).
Le doigt chauffant 23 peut en outre former une entretoise maintenant la portion d’anneau 30 à l’écart du corps de stator 2 au-dessus de la paroi du stator 2 dans le refoulement annulaire 21 par exemple.
Le corps rayonnant 20 peut être un conducteur thermique chauffé de manière indirecte via au moins une cartouche chauffante ou il peut comporter une résistance électrique chauffée directement par une alimentation électrique.
En chauffage direct, les doigts chauffants 23 sont par exemple reliés au stator 2 au moyen d’un passage étanche 31 respectif pour les fils électriques 27 d’alimentation. Il y a par exemple deux fils électriques 27 d’alimentation passant à travers le même passage étanche 31 de l’unique doigt chauffant 23 pour alimenter la résistance chauffante agencée dans la portion d’anneau 30 du corps rayonnant 20 ( ) ou un seul fil électrique 27 d’alimentation parcourant la résistance électrique le long de la portion d’anneau 30 en traversant un passage étanche 31 à chaque extrémité de la portion d’anneau 30 ( ).
Selon un autre exemple représenté sur la , le corps rayonnant 20 comporte un serpentin 32 formant plus d’un tour autour du rotor 3 par exemple dans les rainures hélicoïdales 14 du stator 2 ou formant plus d’un tour en regard de l’extrémité annulaire du rotor 3 dans un refoulement annulaire 21 de la pompe à vide 1, plus de sept tours sur l’exemple de la , et au moins un doigt chauffant 23 reliant le serpentin 32 au corps de stator 2. Le serpentin entoure ainsi plusieurs fois la cloche 17 du stator 2 sous le rotor 3.
Selon un autre exemple, le corps rayonnant 20 est une tige chauffante saillant des parois du corps de stator 2, la pompe à vide 1 comprenant une pluralité de corps rayonnants, discrets, au moins six, régulièrement répartis dans la périphérie du rotor 3 ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor 3 dans le refoulement annulaire 21.
Selon un autre exemple, le corps rayonnant 20 agencé dans la pompe à vide turbomoléculaire 1 comporte plus généralement, comme dans l’exemple de la , une tige courbée.
Le corps rayonnant 20, en particulier s’il présente une tige courbée ou un serpentin, peut s’étendre au-delà de l’orifice de refoulement 7 du stator 2 de la pompe à vide 1. Ainsi la pompe à vide 1 et la canalisation 102 située au refoulement de la pompe à vide 1 peuvent être chauffées à une même température et avec un même rayonnement infrarouge.

Claims (20)

  1. Dispositif de chauffage (103) pour ligne de vide (100) dans laquelle des gaz pompés sont destinés à circuler, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un corps rayonnant (20) configuré pour rayonner dans l’infrarouge lorsqu’il est chauffé à une température supérieure à 150°C, le au moins un corps rayonnant (20) étant agencé dans le chemin de pompage des gaz.
  2. Dispositif de chauffage (103) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le corps rayonnant (20) présente une surface d’émissivité supérieure ou égale à 0,4.
  3. Dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface d’émissivité du au moins un corps rayonnant (20) est obtenue :
    - par traitement de surface, tel que par anodisation ou sablage ou rainurage ou texturation, par exemple laser, ou traité à la soude, ou
    - par dépôt d’un revêtement, tel que qu’un revêtement chimique déposé par plasma de type KEPLA-COAT® ou tel qu’un revêtement de type peinture sans solvants, tel qu’un revêtement polymère époxyde, ou
    - par traitement thermique.
  4. Dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une cartouche chauffante (24), le au moins un corps rayonnant (20) étant un conducteur thermique en contact thermique avec la au moins une cartouche chauffante (24), la cartouche chauffante (24) étant agencée hors du chemin de pompage des gaz.
  5. Dispositif de chauffage (103) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des cavités (25) sont ménagées dans le corps du dispositif de chauffage (103) entourant la cartouche chauffante (24).
  6. Dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le au moins un corps rayonnant (20) comporte une résistance électrique chauffante.
  7. Dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de traitement (33) configurée pour contrôler le chauffage du corps rayonnant (20).
  8. Dispositif de chauffage (103) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’unité de traitement (33) est configurée pour chauffer le corps rayonnant (20) à une température supérieure à 150°C pour qu’il rayonne dans l’infrarouge en étant alimenté par des impulsions de courant électrique permettant d’alterner des périodes d’alimentation à une première puissance avec des périodes d’alimentation électrique à une deuxième puissance plus basse que la première puissance ou avec des périodes de non-alimentation.
  9. Dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l’unité de traitement (33) est configurée pour surveiller la présence de dépôt à partir de la température du corps rayonnant (20) ou de la mesure de la température de la surface d’une canalisation (102) de la ligne de vide (100) et de la puissance thermique rayonnée par le corps rayonnant (20).
  10. Pompe à vide (1 ; 101) configurée pour entrainer des gaz à pomper dans une direction de circulation des gaz allant d’un orifice d’aspiration (6) vers un orifice de refoulement (7), la pompe à vide (1 ; 101) comportant un stator (2) et au moins un rotor (3) configuré pour tourner dans le stator (2), caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de chauffage (103) selon l’une des revendications précédentes, le au moins un corps rayonnant (20) du dispositif de chauffage (103) étant fixé au corps du stator (2), en étant isolé thermiquement des parois internes du stator (2).
  11. Pompe à vide (1 ; 101) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les parois internes du stator (2) et les parois du rotor (3) destinées à être en communication avec les gaz pompés présentent une émissivité inférieure ou égale à 0,2.
  12. Pompe à vide (1 ; 101) selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que les parois internes du stator (2) et les parois du au moins un rotor (3) destinées à être en communication avec les gaz pompés sont en matériau aluminium ou acier inoxydable ou présentent un revêtement comprenant du nickel.
  13. Pompe à vide (1 ; 101) selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le au moins un corps rayonnant (20) est situé au niveau du refoulement (21) de la pompe à vide (1 ; 101).
  14. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que c’est une pompe à vide turbomoléculaire, le stator (2) comportant au moins un étage d’ailettes (10) et le rotor (3) comportant au moins deux étages de pales (9), les étages de pales (9) et les étages d’ailettes (10) se succédant axialement le long d’un axe de rotation (I-I) du rotor (3).
  15. Pompe à vide (1) selon la revendication 14, caractérisée en ce que le corps rayonnant (20) comporte un anneau (22) ou une portion d’anneau (30), agencé en périphérie du rotor ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor (3) dans un refoulement annulaire (21) de la pompe à vide (1), et au moins un doigt chauffant (23) reliant l’anneau (22) ou la portion d’anneau (30) au corps de stator (2).
  16. Pompe à vide (1) selon la revendication 14, caractérisée en ce que le corps rayonnant (20) comporte un serpentin (32) formant plus d’un tour autour du rotor (3) ou formant plus d’un tour dans un refoulement annulaire (21) de la pompe à vide (1), et au moins un doigt chauffant (23) reliant le serpentin (32) au corps de stator (2).
  17. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 14 ou 15, caractérisée en ce que le au moins un doigt chauffant (23) forme une entretoise maintenant l’anneau (22) ou la portion d’anneau (30) ou le serpentin (32) à l’écart du corps de stator (2).
  18. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le corps rayonnant (20) est une tige chauffante saillant des parois du corps de stator, la pompe à vide (1) comprenant une pluralité de corps rayonnants (20) régulièrement répartis en périphérie du rotor (3) ou en regard de l’extrémité annulaire du rotor (3) dans le refoulement annulaire (21).
  19. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que c’est une pompe à vide primaire, le stator comportant au moins un étage de pompage, la pompe à vide comportant deux rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans le au moins un étage de pompage.
  20. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 10 à 19, caractérisée en ce que le corps rayonnant (20) s’étend au-delà de l’orifice de refoulement (7) du stator (2).
FR2100090A 2021-01-06 2021-01-06 Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire Active FR3118651B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2100090A FR3118651B1 (fr) 2021-01-06 2021-01-06 Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire
TW110149570A TW202237986A (zh) 2021-01-06 2021-12-30 加熱裝置及真空泵
US18/253,800 US20240018972A1 (en) 2021-01-06 2022-01-04 Heating device and vacuum pump
PCT/EP2022/050068 WO2022148745A1 (fr) 2021-01-06 2022-01-04 Dispositif de chauffage et pompe à vide

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2100090 2021-01-06
FR2100090A FR3118651B1 (fr) 2021-01-06 2021-01-06 Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3118651A1 true FR3118651A1 (fr) 2022-07-08
FR3118651B1 FR3118651B1 (fr) 2023-03-31

Family

ID=74860195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2100090A Active FR3118651B1 (fr) 2021-01-06 2021-01-06 Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240018972A1 (fr)
FR (1) FR3118651B1 (fr)
TW (1) TW202237986A (fr)
WO (1) WO2022148745A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220235776A1 (en) * 2019-05-15 2022-07-28 Edwards Japan Limited Vacuum pump and stator component of thread groove pump portion of the vacuum pump
WO2024125898A1 (fr) * 2022-12-16 2024-06-20 Pfeiffer Vacuum Procédé permettant de détecter une couche de dépôt et pompe à vide turbomoléculaire associée

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0610666A1 (fr) * 1993-01-11 1994-08-17 Applied Materials, Inc. Pompe turbomoléculaire
DE102013207059A1 (de) * 2013-04-18 2014-10-23 Agilent Technologies, Inc. - A Delaware Corporation - Turbomolekularpumpe mit Stator- und/oder Rotorelementen mit Metalloxid-Oberfläche mit hohem Strahlungsvermögen
US20180335052A1 (en) * 2015-11-16 2018-11-22 Edwards Japan Limited Vacuum pump

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2527398B2 (ja) * 1992-06-05 1996-08-21 財団法人真空科学研究所 タ―ボ分子ポンプ
JP6484919B2 (ja) * 2013-09-24 2019-03-20 株式会社島津製作所 ターボ分子ポンプ
JP6398337B2 (ja) * 2014-06-04 2018-10-03 株式会社島津製作所 ターボ分子ポンプ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0610666A1 (fr) * 1993-01-11 1994-08-17 Applied Materials, Inc. Pompe turbomoléculaire
DE102013207059A1 (de) * 2013-04-18 2014-10-23 Agilent Technologies, Inc. - A Delaware Corporation - Turbomolekularpumpe mit Stator- und/oder Rotorelementen mit Metalloxid-Oberfläche mit hohem Strahlungsvermögen
US20180335052A1 (en) * 2015-11-16 2018-11-22 Edwards Japan Limited Vacuum pump

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220235776A1 (en) * 2019-05-15 2022-07-28 Edwards Japan Limited Vacuum pump and stator component of thread groove pump portion of the vacuum pump
WO2024125898A1 (fr) * 2022-12-16 2024-06-20 Pfeiffer Vacuum Procédé permettant de détecter une couche de dépôt et pompe à vide turbomoléculaire associée
FR3143762A1 (fr) * 2022-12-16 2024-06-21 Pfeiffer Vacuum Procédé de détection d’une couche de dépôt et pompe à vide turbomoléculaire associée

Also Published As

Publication number Publication date
TW202237986A (zh) 2022-10-01
US20240018972A1 (en) 2024-01-18
WO2022148745A1 (fr) 2022-07-14
FR3118651B1 (fr) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3118651A1 (fr) Dispositif de chauffage et pompe à vide turbomoléculaire
EP0002157B1 (fr) Pompe
EP2954221B1 (fr) Palier aérodynamique à feuilles ventilé
FR2956411A1 (fr) Systeme de chauffage d'une source de depot en phase vapeur
CA2055975C (fr) Appareil de distillation moleculaire a chauffage par induction et procede de fabrication de composants d'un tel appareil
EP2218300B1 (fr) Dispositif de traitement thermique de solides divises
EP3084934B1 (fr) Méthode de refroidissement d'une génératrice électrique et dispositif pour la mise en oeuvre de cette méthode
FR3134435A1 (fr) Pompe à vide
FR3101115A1 (fr) Procédé de chauffage d’un stator et pompe à vide turbomoléculaire ou moléculaire
WO2024009024A1 (fr) Propulseur pour aéronef
WO2020178042A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de purge
FR2943093A1 (fr) Dispositif de reglage de la position radiale et/ou axiale d'une virole de stator de turbomachine
FR3116310A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de fabrication d’un rotor
EP2058521B1 (fr) Unité de pompage et dispositif de chauffage correspondant
EP2948568A1 (fr) Cellule de trempe sous gaz
WO2023160840A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire et procédé associé
FR3109965A1 (fr) Dispositif et procédé de surveillance d’un dépôt de sous-produits de réaction au refoulement d’une pompe à vide
FR3127531A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire
EP2783456A1 (fr) Ensemble d'entraînement pour véhicule avec refroidissement par fluide caloporteur et air
WO2023213458A1 (fr) Pompe à vide turbomoléculaire et procédé d'assemblage
FR3096657A1 (fr) Lèvre d’entrée d’air de nacelle d’aéronef comportant au moins une source d’émission d’infrarouges
FR3045717A1 (fr) Dispositif de pilotage de jeu en sommets d'aubes rotatives de turbine
FR3114131A1 (fr) Dispositif de génération de courant électrique dans un circuit d’écoulement de fluide
FR2902112A1 (fr) Couche selective et son procede de realisation pour capteur solaire a tubes sous vide
WO2013117736A1 (fr) Moteur électrique à grande vitesse

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20220708

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4