真空系统管耦接装置和真空系统的制作方法

本实用新型涉及真空系统管耦接装置。

背景技术：

真空系统管耦接装置可以被用于耦接真空系统的排放系统中的管道。所述耦接装置可以包括：具有凸缘的第一耦接构件；具有凸缘的第二耦接构件；O型环，其设置在所述凸缘之间，以在它们之间进行密封；以及夹具，其将所述凸缘可释放地夹持在一起。所述夹具对所述凸缘施加轴向力，以压缩所述O型环。

在涉及泵送相当大量的腐蚀性流体的应用中经常部署真空泵，所述腐蚀性流体包括卤素气体和溶剂。这样的材料会侵蚀管耦接装置的O型环，其结果是O型环可能变得过度塑性或非常脆弱。这能够严重影响所设置的密封的完整性（integrity）。

对O型环的侵蚀的强度取决于若干变量，包括，例如，泵送的流体、制成O型环的材料以及泵的温度。在排放系统中，另一变量可能是用于防止在排放管道中形成凝结物的伴热（trace heating）的影响。

当从半导体处理设备泵送例如氟之类的活性气体时，这些问题是特别严重的，其中，气体组分在设备中通过反应变化。这里，即使对允许进入到处理室的气流的确切的知识也无法非常好地预测允许进入到泵、并且因此通过排放系统排出的活性气体的量或性质。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种真空系统管耦接装置，其包括：第一耦接构件；第二耦接构件；密封系统，其待定位在所述第一耦接构件和所述第二耦接构件之间，以在所述耦接构件之间进行密封；以及固定系统，其将所述第一耦接构件可释放地固定至所述第二耦接构件，所述密封系统包括内密封元件和外密封元件，并且所述第一耦接构件设有流道，所述流道配置成将加压气体引导至在使用中被设置在所述内密封元件和所述外密封元件之间的空间，以在所述内密封元件失效的情况下，为所述外密封元件屏蔽流过所述管耦接装置的流体。

本实用新型还包括一种真空系统，其包括：第一管；第二管；以及真空系统管耦接装置，其将所述第一管耦接至所述第二管，其中，所述真空系统管耦接装置包括：第一耦接构件，其与所述第一管连接；第二耦接构件，其与所述第二管连接；密封系统，其定位在所述第一耦接构件和所述第二耦接构件之间，并且在所述耦接构件之间进行密封；以及固定系统，其将所述第一耦接构件可释放地固定至所述第二耦接构件，所述密封系统包括内密封元件和与所述内密封元件隔开的外密封元件，并且所述第一耦接构件设有流道，所述流道配置成将加压气体引导至处于所述内密封元件和所述外密封元件之间的空间，以在所述内密封元件失效的情况下，为所述外密封元件屏蔽流过所述管耦接装置的流体。

本实用新型还包括一种保护真空系统管耦接装置的密封系统的方法，所述真空系统管耦接装置包括第一耦接构件，所述第一耦接构件通过固定系统可释放地固定至第二耦接构件，其中，所述密封系统在所述第一耦接构件和所述第二耦接构件之间进行密封，其中，所述密封系统包括内密封元件和与所述内密封元件隔开的外密封元件，并且所述方法包括使加压气体流动通过设置在所述第一耦接构件中的流道，至限定在所述内密封元件和所述外密封元件之间的空间，使得在所述内密封元件失效的情况下，所述加压气体能够为所述外密封元件屏蔽流过所述真空系统管耦接装置的气体。

本实用新型还包括一种真空系统管耦接装置，其包括：第一耦接构件；第二耦接构件；密封系统，其待定位在所述第一耦接构件和所述第二耦接构件之间，以在所述耦接构件之间进行密封；以及固定系统，其将所述第一耦接构件可释放地固定至所述第二耦接构件，所述密封系统包括：外密封件，其包括第一材料；以及内密封件，其包括不同于所述第一材料的第二材料。

附图说明

在下面的公开中，将参照附图，在附图中：

图1为包括真空系统管耦接装置的真空系统的示意图；

图2为剖切图1的真空系统管耦接装置的纵向剖视图；

图3为图2中所示的真空系统管耦接装置的上半部分的分解图；

图4为真空系统管耦接装置的密封系统的剖视图；

图5为包括图2至图4的真空系统管耦接装置的管系统的示意图；以及

图6为真空系统管耦接装置的另一密封系统的剖视图。

具体实施方式

参照图1，真空系统10包括：处理室12；管道14，其将所述处理室与真空泵16连接（真空泵可以被直接连接至处理室，并且省略所述管道）；排放系统18，其从真空泵导引，并且包括将所述真空泵与排放管道22连接的真空系统管耦接装置20。排放管道22可以直接排放至大气，可选地经由过滤器或收集器（trap）排放。替代性地，所述排放管道可以将排放物从真空泵引导至另外的处理设备。来自真空泵的排放物的过滤器、收集器和处理对于本领域技术人员而言是公知的，并且将不在本文中进一步描述。

参照图2和图3，真空系统管耦接装置20包括：具有第一凸缘26的第一耦接构件24；具有第二凸缘30的第二耦接构件28；密封系统32，其设置在两个凸缘之间，以在它们之间进行密封；以及固定系统34（图3），其将第一凸缘可释放地固定至第二凸缘。密封系统32包括内密封元件36和与内密封元件隔开的外密封元件38。第一耦接构件24设有流道40，以将加压气体引导至处于内密封元件36和外密封元件38之间的空间42。在内密封元件36失效的情况下，所述加压气体能够屏蔽外密封元件38。

第一耦接构件24具有纵向轴线44（图2），并且包括环状的中心部段46，所述中心部段46在一侧上与第一凸缘26连接，并且在相对侧上与管头（pipe stub）48连接。第一凸缘26包括限定了第一耦接构件24的一端的平面的密封面50，和大致与所述密封面相对设置的倾斜的夹持面52。倾斜的夹持面52从中心部段46向外延伸，并且朝向密封面50倾斜，使得沿径向向外的方向，第一凸缘26变窄。

流道40包括垂直于纵向轴线44延伸的第一孔洞60和从第一孔洞延伸至密封面50的第二孔洞62。第二孔洞62沿与夹持面52相同的方向相对于纵向轴线44倾斜，但在所示示例中以不同的角度倾斜。第一孔洞60可以被配置成允许与标准的气动接头（pneumatic fitting）连接，并且例如为与M5接头连接可以是带有螺纹的。

第二耦接构件28具有纵向轴线68（图2），所述纵向轴线68与第一耦接构件24的纵向轴线44同轴，使得轴线44、68限定了真空系统管耦接装置20的纵向轴线。第二耦接构件包括中心部段70，其在一侧上与第二凸缘30连接，并且在相对侧上与管头72连接。第二凸缘30包括限定了第二耦接构件28的一端的平面的密封面74，和大致与所述密封面相对设置的倾斜的夹持面76。倾斜的夹持面76从中心部段70向外延伸，并且朝向密封面74倾斜，使得沿径向向外的方向，第二凸缘30变窄。两个夹持面52、76沿相反的方向倾斜，使得两个凸缘26、30设置在相应的中心部段46、70的径向外侧的部分呈现大致截头锥形的剖面。

第二耦接构件28包括流道80，以从空间42接收加压气体。流道80包括垂直于纵向轴线68延伸的第一孔洞82和从第一孔洞延伸至密封面74的第二孔洞84。第二孔洞84沿与夹持面76相同的方向相对于纵向轴线68倾斜，但在所示示例中以不同的角度倾斜。第一孔洞82可以被配置成允许与标准的气动接头连接，并且例如为与M5接头连接可以是带有螺纹的。

第一耦接构件24和第二耦接构件28可由任何合适的金属或工程塑料材料制成，并且可以是金属铸件。如在图2中最佳地看到的，第一耦接构件24和第二耦接构件28可具有不同直径的管头48、72。第一耦接构件24以如下配置示出，即：其中，直径外的凸缘和管头成比例地对应于标准的KF或NW接头的凸缘和管头。为了容纳流道40，第一凸缘26和中心部段46的内径与标准的接头相比减小，并且在中心部段的内表面和管头48的内表面之间存在逐渐变细的过渡部段49。第二耦接构件28通过具有第二凸缘30和中心部段70来容纳流道80，所述第二凸缘30和所述中心部段70当与标准的KF或NW接头的比例相比时相对于管头72是过尺寸的。例如，管头72可具有对应于标准的NW40接头的比例，而第二凸缘30和中心部段70具有与NW40接头成比例的内径和与NW50接头成比例的外径。要理解的是，所示的配置不是必要的，并且第二耦接构件28可以被配置成具有对应于第一耦接构件24的比例，且反之亦然。

如在图4中最佳地看到的，内密封元件36和外密封元件38通过一体的腹板（web）90来连接，以形成单体（unitary body）。腹板90作为间隔件，其确定外密封元件38相对于内密封元件36的径向定位。内密封元件36和外密封元件38可各自具有圆形的剖面，并且可具有基本上相同的直径。腹板90在平行于真空系统管耦接装置20的纵向轴线的方向上具有宽度W，所述宽度W小于内密封元件36的直径（宽度）并且小于外密封元件38的直径（宽度），使得当密封元件被设置在第一凸缘26和第二凸缘30之间并且与二者接合时，空间42被限定在相对的密封面50、74以及内密封元件36和外密封元件38之间。在剖面中，腹板90具有纵向轴线，其设置成垂直于内密封元件36和外密封元件38的相应的纵向（周向延伸的）轴线92、94并且与之共面，使得腹板相对于密封元件基本上居中地设置。因此，当密封系统32被安装在真空系统管耦接装置20中时，腹板90被大致居中地设置在空间42中。所述腹板设有至少一个横向通孔96，以允许从流道40供应的加压气体在所述腹板的任一侧上填充空间42。

内密封元件36和外密封元件38包括不同的材料。外密封元件38由第一材料制成，所述第一材料选自具有相对好的机械性能的材料，所述机械性能例如弹性（resilience）和对压缩永久变形（compression set）的耐性。例如，第一材料可以是氟橡胶（fluoroelastomer），例如DuPont制造和销售的Viton®。第二材料选自对可流过真空系统管耦接装置20的腐蚀性化学品（aggressive chemical）的侵蚀具有相对好的耐性或在高温下具有相对好的稳定性的材料。第二材料可以是全氟橡胶（perflouroelastomer），例如DuPont制造和销售的Kalrez®的等级（grade）或Precision Polymer Engineering Ltd制造和销售的Perlast®的等级。特别是当用于高度腐蚀性的化学品处理和半导体晶片处理应用中时，对于可流过真空系统管耦接装置20的类型的范围广泛的腐蚀性的工业和电子级化学品，Kalrez®和Perlast®二者已被发现提供可靠、长期的服务。全氟橡胶还具有相对好的高温稳定性。Kalrez®和Perlast®的等级标称的最大连续使用温度超过275℃并且多达327℃。

制成第一密封元件和第二密封元件的材料可具有60至80的肖氏硬度（Shore hardness），其中，70为当前优选的值。

在图4中所示的示例中，外密封元件38、腹板90和内密封元件36的核心或衬底102由相同的第一材料制成，并且所述内密封元件还包括由第二材料制成的套筒104。外密封元件38、腹板90和核心102可由为比套筒104具有相对更好的弹性或对压缩永久变形的耐性而选择的所选等级的Viton®或另一种材料制成。套筒104可由为比形成外密封元件38、腹板90和核心102的材料具有相对更好的对化学腐蚀的耐性或高温稳定性而选择的所选等级的Kalrez®或Perlast®或另一种材料制成。由于例如Kalrez®和Perlast®之类的聚合物是非常昂贵的，因此使核心由例如Viton®之类的相对廉价的材料制成、而利用更贵的材料装套降低了密封系统32的成本。密封元件36、38和腹板90可通过共模制（co-moulding）过程制成。

密封系统32还包括内密封架（seal carrier）106和外密封架108。内密封架106为由合适的金属或工程塑料材料制成的环状体，并且被设置在内密封元件36的径向内侧。内密封架106具有大致矩形的剖面，所述剖面具有面向内密封元件36的微凹面，以便有利于两个部分的匹配。外密封架108为由合适的金属或工程塑料材料制成的环状体。外密封架108具有由内主体部分和较宽的板状外部部分限定的大致T形的剖面或轮廓，所述内主体部分具有与内密封架106相似或相同的剖面，所述较宽的板状外部部分设置在主体部分的与设有凹面的端部相对的端部处。外密封架108为外密封元件38提供支撑，并且使耦接构件24、28居中。在其他示例中，所述外密封架可大致成形为图2和图3中所示的内密封架，并且所述内密封架大致成形为那些图中所示的外密封架，使得是所述内密封架使耦接构件24、28居中。

参照图3，固定系统34包括夹具，所述夹具被用于通过使夹持面52、76接合并且朝向彼此压所述耦接构件，将第一耦接构件24和第二耦接构件28可释放地固定至彼此。所述夹具可采取任何合适的形式，并且例如，可以是诸如用于夹持KF或NW接头的在本领域中已知的那些夹具的一种。由于这样的夹具对于本领域技术人员而言将是已知的，因此本文将不详细地描述它们。

如图5中所示，在使用中，通过将管头48、72连接至管道的相应长度，真空系统管耦接装置20可以被装配到管道中，例如图1中所示的排放系统18的管道。管头48可以被连接至一段管道112，并且管头72连接至一段管道114。管头48、72和管道112、114之间的相应的连接可通过方便的任何已知的方法形成，例如通过使用轨道焊接过程形成的环焊缝115。密封系统32被设置在第一耦接构件24和第二耦接构件28的密封面50、74之间，所述第一耦接构件24和所述第二耦接构件28通过固定系统34被固定至彼此。固定系统34作用在夹持表面52、76上，以将第一耦接构件24和第二耦接构件28压在一起，使得内密封元件36和外密封元件38被压缩在密封面50、74之间，以密封该连接。如图2中所示，内密封元件36和外密封元件38的压缩导致密封元件靠着密封面50、74的各侧变平。

第一流道40经由管道118和设置在管道的端部上并且装配到第一孔洞60的上游端中的气动接头120与气体模块116连接。加压气体从气体模块116被供应至第一流道40，所述第一流道40将所述加压气体引导至限定在密封面50、74以及内密封元件36和外密封元件38之间的空间42。单向阀122和限流器124与第一流道40的上游的管道118连接。第一传感器（transducer）126与管道118连接，以便能够感测或检测处于限流器124的上游的管道中的加压气体的压力。单向阀122防止回流污染气体模块116处的气体，所述回流可发生在空间42中的压力超越气体模块116供应加压气体的压力的情况下。限流器124可由略微有孔的材料制成，从而允许气体的细流穿过，所述略微有孔的材料抑制气体的流动，使得它表现得像坝（dam）。替代性地，限流器124可以是设置在固体材料中的精细的计量阀或精细的毛细孔。

第二流道80的下游端与设置在管道130的端部上的气动接头128连接。管道130接收已从第一流道40穿过空间42并且进入到第二流道80中的加压气体，以引导所述气体远离真空系统管耦接装置20。管道130可使加压气体经由合适的过滤器、收集器或其他合适的设备136返回，以便通过气体模块116再供应或将它引导至另一真空系统管耦接装置20的第一流道40。第二传感器132与管道130连接，以感测已离开第二流道80的加压气体的压力。第一传感器126和第二传感器132与控制器或确定单元134连接，以将指示所感测的压力P1（传感器126）和P2（传感器132）的信号传递给所述控制器。

加压气体的供应受气体模块116控制。气体模块116可以包括调节气体从储存器138的供应的主动性歧管（active manifold）。气体模块116被设置成以高于流过真空系统管耦接装置20的排放气体的压力的压力将加压气体供应到管道118中。供应压力可以为2 Bar（大约200KN/m²）。气体模块116被配置成给控制器134发送指示供应到管道118中的气体的特性的信号，例如流速和气体压力。除了将加压气体供应给真空系统管耦接装置20之外，气体模块116还可以被用于将吹扫气体（purge gas）分配到所述管耦接装置为其一部分的真空系统内的不同的位置。

在使用中，来自气体模块116的加压气体经由管道118和第一流道40而被供应到空间42。所述加压气体用于使密封系统32膨胀，并且从空间42传递到第二流道80并继续传递到管道130中。在内密封元件36和外密封元件38未改变的正常情况下，压力传感器126、132所感测到的压力应当是稳定和均匀的，并且控制器134所接收到的信号应当指示两个压力之间的一致或稳定状态的差。如果内密封元件和外密封元件中的任何一个失效（fail），则限流器124的下游的压力应当下降，并且控制器134从压力传感器126、132接收的信号所指示的压差将有显著的变化。控制器134被配置成比较从第一传感器126和第二传感器132接收的信号，以确定密封系统32的状态。在所述比较示出了相对压力的变化的情况下，控制器134可以确定密封元件中的一个已失效，并且输出信号以使指示器提供密封系统32已失效的指示。所述指示器可以提供视觉指示，例如闪光或例如屏幕上的消息或之类的另一种可见警告，或者声音报警，以指示密封系统已失效。来自控制器134的信号可以被发送给用于真空系统管耦接装置20是其一部分的真空系统的计算机化控制系统，而不是发送给与控制器相关联的专用指示器，并且在一些示例中，所述控制器可以被集成到这样的计算机化控制系统中。

在密封系统32的密封元件36、38中的一个失效的情况下，另一个密封元件应当继续起作用，使得真空系统管耦接装置20的完整性不会立即受损。这允许有一定时间用于将修理组织和安排到真空系统的操作中。

气体模块116所供应的加压气体可以是惰性气体，例如氮气或无氧氮气（oxygen free nitrogen）。因此，如果外密封元件38失效，则释放到大气的全部是惰性气体，而如果内密封元件36失效，则进入通过真空系统管耦接装置20的流道的气体将不会触发与流过所述耦接装置的排放气体的反应。在流过所述耦接装置的气体易于自燃的情况下，这能够是非常重要的。

如果内密封元件36在空间42中没有加压气体的情况下失效，则外密封元件38将可能被暴露于流过真空系统管耦接装置20的排放气体。在许多操作环境中，这将使外密封元件38遭受到化学损伤，与内密封元件相比，所述外密封元件38没有那么完善的装备来承受这样的化学损伤。但是，经由第一流道40供应到空间42中的加压气体可以作为外密封元件38的屏障，从而保护它免受流过真空系统管耦接装置20的排放气体的影响，并且由此，在被拆解以允许更换密封系统32之前，延长真空系统管耦接装置20能够持续使用的时间段。

图6示出了代替密封系统32可用于真空系统管耦接装置20中的密封系统332。密封系统332包括内密封元件336、外密封元件338和间隔件390。

内密封元件336是O型环，其由具有相对好的对化学侵蚀的耐性和好的高温稳定性的材料制成。例如，内密封元件336可由例如Kalrez®或Perlast®之类的全氟橡胶制成。内密封元件336可以包括核心或衬底，其由例如Viton®之类的相对较廉价的材料制成，涂覆有、套有或以其他方式合适地覆盖有由Kalrez、Perlast等制成的相对昂贵的外层。外密封元件338是由具有相对好的机械性能的材料制成的O型环，并且例如可以是诸如Viton®之类的氟橡胶，所述机械性能诸如弹性和对压缩永久变形的耐性。

在密封系统332中，内密封元件336和外密封元件338是分开的主体，并且代替如在密封系统32中通过一体化的腹板来连接，它们通过单独的间隔件390分隔或隔开。间隔件390为具有矩形剖面的环状体，并且可由任何合适的金属或者工程塑料材料制成，所述合适的金属例如铝或不锈钢。接触内密封元件336和外密封元件338的间隔件390的相应的相对面400、402是微凹的，以有利于与所述密封元件匹配，并且相对于所述密封元件使间隔件居中。

间隔件390在平行于真空系统管耦接装置20的纵向轴线的方向上具有宽度W，所述宽度W小于内密封元件336的直径（宽度）并且小于外密封元件338的直径（宽度），使得当密封元件被设置在第一凸缘26和第二凸缘30之间并且与二者接合时，空间42被限定在相对的密封面50、74以及内密封元件336和外密封元件338之间。在剖面中，间隔件390具有设置成垂直于内密封元件336和外密封元件338的相应的纵向（周向延伸的）轴线392、394的纵向轴线，使得腹板相对于密封元件、并且因此相对于密封面50、74基本上居中地设置，以便居中地位于空间42中。

间隔件390设有多个横向通孔396，以允许从流道40供应的加压气体在所述间隔件的任一侧上填充空间42。至少在间隔件390的一侧上，围绕每个通孔396设置凹陷部398。

密封系统332还包括内密封架406和外密封架408。这些部件可与图2至图4中所示的内密封架106和外密封架108相同，并且因此，将不再次详细描述。

在所示示例中，固定系统包括夹具，其用于将第一耦接装置和第二耦接装置可释放地夹持到彼此。当前可设想的是，所述固定系统将包括快速释放夹具，其与用于固定本领域中已知的KF和NW接头的部件的已知的快速释放夹具相同，或者基于与之相似的原理来操作。要理解的是，本实用新型不限于此，并且原则上，所述固定系统可以包括适于将第一耦接构件和第二耦接构件可释放地固定到彼此的任何装置或部件的布置结构，包括但不限于，接合设置在耦接构件中的一个中的螺母或螺纹孔的多个螺栓、螺钉或螺柱。

在所示示例中，单独的间隔件或一体化的腹板被设置成确定内密封元件和外密封元件之间的间距。在另一示例中，间隔件可以与内密封元件和外密封元件中的一个是一体的，并且与另一个是分开的。

在图5所示的示例中，管道130被示出为可选地连接至处于第二真空系统管耦接装置20的第一耦接构件中的第一流道。以这种方式将加压气体供应连接至一系列真空系统耦接装置的流道允许将一个气体供应装置用于在更多个真空系统管耦接装置中的两个中监测的密封系统。

在一些示例中，所述真空系统管耦接装置可以作为套件来销售，例如用于装配在现有设施中。在其他示例中，所述真空系统管耦接装置可以作为真空系统的一部分来销售，所述真空系统具有准备好装配至所述真空系统的管道的第一耦接构件和第二耦接构件。