泵系统的制作方法

本发明涉及一种泵系统，其特别用于泵入接近冷凝点和/或接近沉积点的气体/蒸汽。

背景技术：

在一些涂覆工艺中(如在半导体工业或在平面屏幕的制造过程中)，需要输送接近冷凝点(从气态转化为液态)和/或接近沉积点(转化为固态)的气体/蒸汽。特别地，第二种情况对于真空泵来说是至关重要的，因为产生的固体会在真空泵中以灰尘或沉积物的形式堆积并阻塞真空泵。这种情况首先发生在真空泵的排放侧，因为此处由更高的压力主导且蒸汽更接近冷凝/沉积点。

避免这一问题的一种方式是使用附加气体(如气镇、净化气体)稀释蒸汽，并且保持它们的分压足够低。然而，在一些应用中，由于需要过量的辅助气体，这种解决方案并不是有效的。在这种情况下，推荐提高真空泵的温度，以将输送物质以气体或蒸汽的形式输送通过真空泵。由于压力较大，真空泵排气管排放侧的温度是至关重要的。

在现有技术中，针对冷却水控制的常规系统用于回火目的。这种系统设置和/或调节冷却水流，从而使真空泵基准位置的温度(通常位于排放侧)保持在预定温度。

这种解决方案的缺点在于，可能仅有少量冷却水和/或暂时性地没有任何冷却水供应至真空泵。根据真空泵的类型，这可能会导致热敏构件，如马达、轴承或电子元件冷却不足。

由于真空泵的排气管也必须维持在高温水平，该管通常进一步单独加热(例如，通过电操作加热套管)。这样会降低真空泵的能效，增加成本。

这些工艺中存在的另一个问题是，使用供应至真空泵的净化气体可能导致工艺气体在供应位置的局部冷却。这可能会导致不期望的冷凝和/或沉积。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种泵系统，特别用于输送接近冷凝点和/或接近沉积点的气体/蒸汽，其中，当泵系统可靠且有效地运行时，可以防止冷凝和/或沉积。

该目的通过根据权利要求1、7、13的泵系统以及根据权利要求20、22、23的方法实现。

根据本发明的泵系统包括真空泵。该泵系统包括至少一个真空泵，从而也包括由彼此相连的多个真空泵组成的泵系统。真空泵特别的为干式压缩泵。然而，以下描述的本发明实质上与泵的类型无关，从而使本发明基本包括所有泵类型。根据本发明的泵系统的真空泵为传统真空泵，通常包括吸入室，吸入室中设置有可移动泵元件，用于将介质从入口输送至出口。例如，可移动泵元件为旋转转子或活塞。特别地，在转子上设置有至少一个泵元件，导致介质被输送。在本文描述的根据本发明的泵系统中，可以使用螺杆泵、爪式泵、罗茨泵、活塞泵等。此外，除容积式泵外，根据本发明的泵系统还可以包括动力泵系统，其包括混合形式的横向通道鼓风机，以及分子泵级，如holweck级、siegbahn级、gaede泵和涡轮分子泵。特别地，该泵系统适用于产生特别是10^-2mbar，优选10^-3mbar，特别优选10^-6mbar的真空。

进一步地，根据本发明的泵系统包括冷却元件，其与真空泵连接，用于冷却。特别地，冷却元件与限定真空泵吸入室的真空泵壳体连接。冷却元件包括冷却剂供应管和冷却剂排放管。冷却剂经由冷却剂供应管供给至冷却元件，并吸收真空泵的热量。加热的冷却剂经由冷却剂排放管离开冷却元件。因此，冷却元件通过用冷却剂吸收并排放热量来冷却真空泵。

根据本发明，热交换器与冷却剂供应管和冷却剂排放管连接，从而将冷却剂吸收的热量从冷却剂排放管传递至冷却剂供应管和/或供给至冷却剂供应管中的冷却剂。

这样，通过预热的冷却水实现真空泵的回火。足量的预热冷却水可以持续流经真空泵。因此，冷却水供应是不间断的，从而一直确保敏感构件的足够冷却，并进而实现泵内部热分布的均化。这样，通过预热冷却水回火可以防止泵的某些地方变得过热。同时，不需要提供必须以能量密集方式加热的足够热的冷却水。冷却水利用冷却剂排放的真空泵的热量，经由热交换器预热。

特别地，热交换器与冷却剂入口和冷却剂出口连接。冷却剂经由冷却剂入口供给至泵系统，并经由冷却剂出口离开泵系统。未经处理和回火的冷却剂可以通过冷却剂入口供给至泵系统。不需要预处理，特别是预加热冷却剂。因此，不需要在泵的运行地点进一步采取构造相关措施，从而有助于节约成本，形成紧凑的泵系统。

特别地，冷却剂是水，其中，可以优选地在水中添加化学添加剂，以使冷却剂的个体特性适应泵系统的要求。可选地，冷却剂为油或其它合成液体。

特别地，泵系统包括用于第一冷却剂的第一冷却回路以及用于第二冷却剂的第二冷却回路，第一冷却回路从热交换器开始并经由冷却元件延伸回到热交换器，第二冷却回路从冷却剂入口开始并经由热交换器延伸至冷却剂出口。因此，真空泵中产生的热量通过第一冷却剂经由第一冷却回路排放，并通过第二冷却剂经由热交换器传递至第二冷却回路。之后，第二冷却剂经由冷却剂出口离开泵系统。在热交换器中，并不是所有热量都从第一冷却剂传递至第二冷却剂，而是仅传递一部分热量，从而使剩余的热量留在第一冷却剂中，进而使预热冷却剂可以用于真空泵。优选地，第一冷却剂和第二冷却剂可以彼此不同，例如，使得在第一冷却回路中使用油作为第一冷却剂，并且在第二冷却回路中使用水作为第二冷却剂。

可选地，在特别优选的实施例中，泵系统特别包括单个冷却回路，其从冷却剂入口开始并经由热交换器延伸至冷却元件，并且延伸返回热交换器和冷却剂出口。通过冷却剂从真空泵排放的热量经由热交换器传递至冷却剂入口中流向真空泵的冷却剂中，从而使预热冷却剂可以用于真空泵。因此，特别地，流经泵系统的冷却剂发生永久交换。

特别地，冷却剂供应管和/或冷却剂入口与热交换器之间设置有调节阀，其设计用于调节冷却剂的流量。特别地，当设置有两个冷却回路时，经由第二冷却回路排放的部分热量可以通过设置在冷却剂入口与热交换器之间的调节阀调节。优选地，调节阀通过温度测量进行控制，其中，在温度测量过程中，优选测量真空泵的壳体温度和/或在冷却剂马上要进入真空泵前冷却剂供应管中的冷却剂的温度。

特别地，真空泵包括净化气体供给管，用于为泵送过程提供净化气体。净化气体供给管与热交换器和/或冷却剂排放管连接，以预热净化气体，从而将通过冷却剂从真空泵排放的热量传递至净化气体。因此，净化气体在引入真空泵前被预热，从而使工艺气体不会被局部冷却，这可能导致工艺气体冷凝或沉积。真空泵产生的热量传递至净化气体，从而不需要用于预热净化气体的附加设备，且真空泵产生的既有热量可以有效地用于预热净化气体。

第二独立发明涉及一种具有真空泵的泵系统，其中，真空泵包括入口和出口。该泵系统包括至少一个真空泵，从而也包括由彼此相连的多个真空泵组成的泵系统。真空泵特别为干式压缩泵。然而，以下描述的本发明实质上与泵的类型无关，从而使本发明基本包括所有泵类型。根据本发明的泵系统的真空泵为传统真空泵，其通常包括吸入室，吸入室中设置有可移动泵元件，用于将介质从入口输送至出口。例如，可移动泵元件为旋转转子或活塞。特别地，在转子上设置有至少一个泵元件，导致介质被输送。在本文描述的根据本发明的泵系统中，可以使用螺杆泵、爪式泵、罗茨泵、活塞泵等。此外，除容积式泵外，根据本发明的泵系统还可以包括动力泵系统，其包括混合形式的横向通道鼓风机，以及分子泵级，如holweck级、siegbahn级、gaede泵和涡轮分子泵。特别地，该泵系统适用于产生特别是10^-2mbar，优选10^-3mbar，特别优选10^-6mbar的真空。

根据本发明，该泵系统包括净化气体供给管，其与真空泵连接，用于为泵送过程提供净化气体。

根据本发明，该出口与用于加热出口的出口加热器连接。净化气体供给管与出口加热器连接，从而将出口加热器产生的热量传递至净化气体。因此，通过使用出口加热器为泵系统提供预热的净化气体，从而不需要其它的加热元件。因此，出口加热器产生的热量有效地用于预热净化气体。可选地，出口与排气管连接，排气管包括排气管加热器，用于加热排气管。这里，净化气体供给管与排气管加热器连接，从而将排气管加热器产生的热量传递至净化气体。同样地，在这里，用已经产生的热量预热净化气体，从而实现泵系统的有效设计。特别地，作为构造简单的措施，仅包括一个加热器，通过该加热器至少间接地加热净化气体。

特别地，同时设置出口加热器和排气管加热器，并且特别优选将其构造为共用出口/排气管加热元件。因此，仅设置一个加热元件同时加热出口和排气管。出口/排气管加热元件经由与之相连的净化气体供给管预热用于泵送过程的净化气体。

特别地，净化气体供给管呈螺旋状包围出口和/或排气管。从而确保从出口加热器和/或排气管加热器和/或出口/排气管加热元件的有效热传递。

特别地，净化气体供给管由出口加热器和/或排气管加热器及优选出口/排气管加热元件部分包围。这种布置可以确保有效的热传递。与此同时，加热器和/或加热元件可以由绝缘物包围，从而尽可能地减少耗散至环境中的热量。

特别地，冷却元件与真空泵连接，其中，冷却元件包括冷却剂供应管和冷却剂排放管，用于通过用冷却剂吸收和排放热量来冷却真空泵。冷却剂供应管和冷却剂排放管与热交换器连接。

特别地，根据第一发明的特征构造泵系统。

第三独立发明涉及一种具有真空泵的泵系统。该泵系统包括至少一个真空泵，从而也包括由彼此相连的多个真空泵组成的泵系统。真空泵特别为干式压缩泵。然而，以下描述的本发明实质上与泵的类型无关，从而使本发明基本包括所有泵类型。根据本发明的泵系统的真空泵为传统真空泵，其通常包括吸入室，吸入室中设置有可移动泵元件，用于将介质从入口输送至出口。例如，可移动泵元件为旋转转子或活塞。特别地，在转子上设置有至少一个泵元件，导致介质被输送。在本文描述的根据本发明的泵系统中，可以使用螺杆泵、爪式泵、罗茨泵、活塞泵等。此外，除容积式泵外，根据本发明的泵系统还可以包括动力泵系统，其包括混合形式的横向通道鼓风机，以及分子泵级，如holweck级、siegbahn级、gaede泵和涡轮分子泵。特别地，泵系统适用于产生特别是10^-2mbar，优选10^-3mbar，特别优选10^-6mbar的真空。

根据本发明，真空泵与冷却元件连接，其中，冷却元件包括冷却剂供应管和冷却剂排放管，用于通过用冷却剂吸收和排放热量来冷却真空泵。

根据本发明，冷却剂供应管包括加热元件，用于预热冷却剂。因此，供应至真空泵的冷却剂经过预热，从而即使是在泵温较高的情况下，也可以一直保证热敏构件的足够冷却，并且真空泵内部的热分布均化，从而防止破坏热敏构件。

特别地，冷却剂供应管和冷却剂排放管与热交换器连接。因此，冷却剂排放管的热量传递至冷却剂供应管。但是，这只有在真空泵达到特定工作温度时才会发生。因此，特别地，根据本发明的加热元件确保在真空泵的启动阶段，将充分预热的冷却水供应至真空泵。一旦足够的热量经由热交换器从冷却剂排放管传递至冷却剂供应管，可以关闭加热元件。

特别地，根据第一发明的特征构造泵系统。

特别地，该真空泵包括入口和出口。进一步地，真空泵与净化气体供给管连接，净化气体供给管用于为泵送过程提供净化气体。出口与出口加热器连接，出口加热器用于加热出口，其中，净化气体供给管与出口加热器连接，从而将出口加热器产生的热量传递至净化气体，进而在将净化气体引入真空泵之前预热净化气体。可选地，出口连接与排气管连接，排气管转而与用于加热排气管的排气管加热器连接。这里，净化气体供给管与排气管加热器连接，从而将排气管产生的热量传递至净化气体。这里，同样地，通过预热净化气体有效利用产生的热量。预热净化气体确保不会出现工艺气体的局部冷却，工艺气体的局部冷却将导致真空泵内部的冷凝或升华。

特别地，根据第二发明的特征构造泵系统。

特别地，加热元件设置在热交换器的下游。

特别地，加热元件为电加热元件。这样可以确保简单设计。可选地或额外地，加热元件为出口加热器、排气管加热器和/或出口/排气管加热元件。这样，使用出口加热器和/或排气管加热器和/或出口/排气管加热元件产生的热量来预热冷却剂，从而可以有效地利用产生的热量。

特别地，单个发明的特征可以彼此自由组合，从而实现有效的泵系统，确保在输送接近冷凝点和/或沉积点的气体和蒸汽过程中不会发生冷凝或沉积。因此，可以一直保证泵系统的可靠运行，从而确保冷凝或沉积的工艺气体不会阻碍甚至阻塞真空泵。

第四独立发明涉及一种为真空泵预热冷却剂的方法。在根据本发明的方法中，冷却剂吸收的至少部分热量在冷却剂通过真空泵时传递至供应至真空泵的冷却剂。因此，冷却剂并未排放所有的吸收热量，而是有部分的吸收热量用于预热供应的冷却剂。

特别地，使用根据第一发明的泵系统实现该方法。

特别地，在冷却剂通过真空泵用于冷却真空泵之前，利用加热元件预热冷却剂。

特别地，当真空泵没有产生足够热量时，如泵启动或停止过程中，打开加热元件。这种情况下，无法将冷却剂在通过真空泵时吸收的足够热量传递至供应的冷却剂，用于在冷却剂通过真空泵之前充分预热冷却剂。一旦从真空泵排出的热量足以预热供应的冷却剂，优选地关闭加热元件。

特别地，使用根据第三发明的泵系统实现该方法。

第五独立发明涉及一种为真空泵预热冷却剂的方法，其中，冷却剂在通过真空泵之前由加热元件加热。

特别地，使用根据第三发明的泵系统实现该方法。

第六独立发明涉及一种为真空泵预热净化气体的方法，其中，净化气体由真空泵产生的热量和/或加热元件产生的热量预热。

特别地，使用根据第二发明的泵系统实现该方法。

特别地，由真空泵产生的热量通过冷却剂传递至净化气体。

特别地，加热元件加热出口和/或与出口连接的排气管。这通过同一加热元件实现，该加热元件还预热净化气体，从而有效地利用加热元件产生的热量。

特别地，第四至六发明的方法的特征可以自由组合，从而实现能够保证可靠运行，有效防止工艺气体冷凝和沉积的有效方法。

附图说明

下面参考附图来详细描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出具有热交换器的泵系统的第一实施例；

图2示出具有热交换器的泵系统的第二实施例；

图3示出具有加热元件的泵系统的第三实施例；

图4示出具有热交换器和加热元件的泵系统的第四实施例；

图5示出具有热交换器和加热元件的泵系统的第五实施例；

图6示出具有净化气体预热器的泵系统的第六实施例；

图7示出净化气体预热器的细节图；

图8示出具有两个加热元件的泵系统的第七实施例；

图9示出具有净化气体预热器和热交换器的泵系统的第八实施例；以及

图10示出具有净化气体预热器和热交换器的泵系统的第九实施例。

具体实施方式

根据本发明，泵系统10包括至少一个真空泵12，真空泵12具有入口14和出口16。另一真空泵可以与入口14和/或出口16连接。

真空泵12与冷却元件18连接，冷却元件18与冷却剂供应管20和冷却剂排放管22流体连接。冷却剂经由冷却剂供应管20供给至冷却元件18，在冷却元件18处吸收真空泵12产生的热量，然后经由冷却剂排放管22从真空泵12排出。

冷却剂供应管20和冷却剂排放管22与热交换器24连接。冷却剂供应管20和冷却剂排放管22构成第一冷却剂回路26。冷却剂入口28和冷却剂出口30与热交换器24连接。冷却剂入口28和冷却剂出口30构成第二冷却回路27，第二冷却回路27仅经由热交换器24与第一冷却回路26连接，但不与其流体连接。由第一冷却回路26吸收的真空泵12的热量经由热交换器24传递至第二冷却回路27。经由进入冷却剂入口28的冷却剂，热交换器24吸收该热量，并且冷却剂经由冷却剂出口30离开泵系统，从而有效排放吸收的热量。

在冷却剂入口28中设置有调节阀32，调节阀32调节通过第二冷却回路27的冷却剂的流量，进而也调节经由第二冷却回路27排放的热量。因此，可以经由调节阀32调节在第一冷却回路26内剩余的热量，从而将经由冷却剂供应管20预热的冷却剂供给至冷却元件18。优选地，调节阀32作为冷却元件18温度的函数是可控的，为此，在冷却元件18的区域中设置有温度测量传感器34。温度传感器的其它位置是，例如，冷却剂供应管20和真空泵12的壳体。

当然，可以设置另外的调节阀以准确控制真空泵的冷却。为了简便和更好的理解，已经省略了这些调节阀。因此，例如，调节阀也可以设置在第一冷却回路26中。

下文中，相似或相同构件用相同的附图标记表示。

在第二实施例中，如图2所示，泵系统36仅包括一个冷却回路。冷却剂从冷却剂入口28供给至热交换器24，然后经由冷却剂供应管从热交换器24供应至与真空泵12相连的冷却元件18。冷却剂通过冷却元件18吸收真空泵12产生的热量，并且经由冷却剂排放管22供应返回热交换器24。在热交换器24中，由冷却元件18中的冷却剂吸收的真空泵12的热量至少部分地传递至冷却剂供应管20中流入真空泵12的冷却剂中。冷却剂从热交换器24经由冷却剂出口30离开泵系统。当冷却剂入口处的冷却剂温度为20°时，例如，冷却剂在热交换器24中加热至45°，例如，之后经由冷却剂供应管20供应至冷却元件18。例如，在冷却元件18中，冷却剂吸收真空泵12产生的热量，从而被加热至60°。将吸收热量传递至热交换器中流入的冷却剂后，冷却剂中包含的热量减少，从而使冷却剂的温度仅为45°，例如，从而使45°的冷却剂，例如，经由冷却剂出口30离开泵系统30。

在泵系统30中，冷却剂供应管20中设置有调节阀38，该调节阀作为在调节阀38位置处冷却剂温度的函数是可控的，例如，从而调节通过冷却元件18的冷却剂的流量。

除上述调节阀38外，图3所示的泵系统40还包括冷却剂供应管20中的加热元件42，该加热元件也与冷却剂入口28连接。经由冷却剂入口28进入的冷却剂通过加热元件42预热，然后经由冷却剂供应管20供给至冷却元件18。在泵系统40中，冷却剂排放管22直接与冷却剂出口30连接，从而使冷却剂直接从冷却元件18供给至冷却剂出口30。

在图4所示的泵系统44中，加热元件42设置在第一冷却回路26中，第一冷却回路26经由热交换器24与第二冷却回路27耦合。因此，当第一冷却回路26中的冷却剂温度下降时，通过加热元件42增加温度，从而可以一直将充分预热的冷却剂供给至冷却元件18。经由第二冷却回路27，第一冷却回路26中的冷却剂可以通过热交换器24冷却。

图5所示的泵系统48仅包括一个泵回路，其中，除冷却剂供应管20和冷却剂排放管22外，还设置有热交换器24。此外，在真空泵12的出口16处设置有出口加热器50，出口加热器50将真空泵12的出口16维持在合适的温度，从而在出口16的区域中避免冷凝和升华。

通过设置有阀54的附加管52，冷却剂可以经由出口加热器50从冷却剂入口28供给至冷却剂供应管20。冷却剂供应管20中设置有另一阀56。当冷却剂的温度过低，真空泵12产生的热量不足以通过热交换器24充分预热冷却剂时，可以通过出口加热器50预热冷却剂，其中，为此，阀54至少部分打开，而阀56至少部分关闭。因此，出口加热器50既用于加热真空泵12的出口16，也用于预热冷却剂。

图6所示的泵系统58包括净化气体供给管60，经由净化气体供给管60，从泵12的净化气体入口62供应净化气体。

进一步地，泵系统58包括出口加热器50。净化气体供给管60与出口加热器50连接，从而将出口加热器50的热量传递至净化气体并充分预热净化气体。

如图7所示，净化气体供给管60围绕出口16螺旋设置，以实现从出口加热器到净化气体供给管尽可能有效的热传递。

可选地或额外地，出口加热器50可以是加热元件，用于加热与真空泵12连接的出口16的排气管。进一步地，出口16和排气管可以包括共用加热元件，同时加热出口16和排气管。

图8所示的泵系统64包括冷却元件18及冷却剂排放管22，冷却元件18经由冷却剂供应管20与冷却剂入口28连接，冷却剂排放管22与冷却剂出口30连接。在冷却剂供应管20中设置有用于预热冷却剂的加热元件42，之后，冷却剂经由冷却元件18冷却真空泵12。进一步地，泵包括与出口加热器50连接的净化气体供给管60。净化气体供给管60经由另一管66与加热元件42连接。因此，经由净化气体入口62进入泵系统的净化气体首先在加热元件42中预热，加热元件42也用于预热冷却剂。之后，在净化气体供应至真空泵12之前，净化气体最终在出口加热器50中预热。因此，用于冷却剂的加热元件和出口加热器50的热量均用于预热净化气体。由于出口加热器的温度通常高于用于预热冷却剂的加热元件42的温度，优选首先供应净化气体通过加热元件42，然后通过出口加热器50。

图9所示的泵系统68包括第一冷却剂回路26和第二冷却剂回路27，第一冷却剂回路26和第二冷却剂回路27经由热交换器24彼此相连。此外，泵系统的泵12包括净化气体供给管60。该管与第一冷却剂回路26的冷却剂排放管22连接，特别呈螺旋状包围冷却剂排放管。净化气体经由净化气体入口62进入，之后吸收泵12经由冷却元件18传递至流经冷却剂排放管22中的冷却剂的热量。由此，净化气体充分预热并经由净化气体供给管60供应至真空泵12。特别地，净化气体供给管60呈螺旋状包围冷却剂排放管22。

图10所示的泵系统70包括冷却剂回路，其中，冷却剂供应管20和冷却剂排放管22经由热交换器24与冷却剂入口28和冷却剂出口30连接。此外，泵系统70的泵12包括净化气体供给管60。净化气体供给管60与热交换器连接，从而使来自冷却剂排放管22的热量不仅传递至冷却剂供应管20，而且传递至净化气体供给管60，从而充分预热净化气体。

当然，单个实施例的特征可以合理地彼此组合。单个示例性实施例不应理解为对各个泵系统的穷尽描述，而是可以补充有其它实施例的特征。

虽然参照具体示出的本发明实施例对本发明进行了描述和说明，但其并非旨在将本发明限制在这些示意性实施例中。本领域技术人员应认识到，在不偏离由所附权利要求书限定的本发明真正范围的情况下，可以进行各种变型和修改。所有这些变型和修改均包含在本发明的范围内，落入所附权利要求书及其等同物的范围内。