ITMI20121732A1 - Pompa getter - Google Patents

Description

POMPA GETTER

La presente invenzione riguarda una pompa getter migliorata comprendente una pluralità di cartucce getter.

Le pompe getter, usate da sole o in combinazione con altri tipi di pompe, sono ampiamente utilizzate ed apprezzate, e sono descritte in vari documenti quali le domande di brevetto internazionale WO 9858173, WO 2010/105944 e WO 2009/118398 a nome della richiedente.

Sebbene la combinazione di pompe getter con altri tipi di pompe per vuoto fornisca netti vantaggi in certe applicazioni, quali i sistemi per la scienza delle superfici e gli analizzatori che funzionano sotto vuoto, l'impiego di pompe getter da sole à ̈ preferito quando vi sono vincoli che non permettono un tale uso combinato, in particolare quando gas attivi quali H2, CO, CO2sono la fonte principale di contaminazione e impurità di gas nobili non richiedono specifiche elevate prestazioni per la velocità di pompaggio.

Un particolare tipo di pompa getter che utilizza una pluralità di dischi di materiale getter montati su un supporto centrale à ̈ descritta in EP 0742370 ed EP 0753663 entrambi a nome della richiedente, mentre una pompa contenente una pluralità di tali elementi à ̈ descritta in US 6149392 a nome della richiedente, i cui insegnamenti e contenuti sono qui incorporati mediante riferimento.

In US 6149392 si riconosce che per certe applicazioni à ̈ più importante e cruciale avere un'elevata velocità di assorbimento del gas piuttosto che un'elevata capacità di assorbimento del gas, un esempio tipico essendo il caso degli acceleratori di particelle dove vi sono una pluralità di pompe per vuoto installate in differenti sezioni dell'acceleratore per fornire un adeguato livello di vuoto attraverso l'intera lunghezza.

Gli inventori hanno indagato ulteriormente su questo problema ed hanno trovato una configurazione alternativa e differente in grado di migliorare ulteriormente la velocità di pompaggio. In un suo primo aspetto l'invenzione consiste in una pompa getter comprendente un involucro, la cui forma à ̈ un solido di rotazione, ed una pluralità di cartucce getter montate all'interno di detto involucro della pompa getter, ciascuna cartuccia comprendendo un supporto centrale lineare ed elementi getter distanziati montati su detto supporto centrale lineare. Un piano contenente un supporto centrale lineare e parallelo all'asse del solido di rotazione viene definito un “piano di orientamento†della cartuccia getter, un piano ortogonale all'asse dell’involucro e intersecante il punto di mezzeria di un supporto centrale lineare viene definito un “piano di posizionamento†di una cartuccia getter, la pompa essendo caratterizzata dal fatto che gli angoli formati dai piani di posizionamento con i supporti centrali lineari sono pari o inferiori a 30°, preferibilmente pari o inferiori a 10°.

L'espressione "solido di rotazione" à ̈ intesa comprendere tutte quelle figure solide ottenute ruotando un'area piana attorno ad un dato asse che giace in uno stesso piano, anche definito “asse di rotazione†. Nella sua forma realizzativa più comune ed utile per la presente invenzione il solido di rotazione à ̈ un cilindro, mentre altre forme utili sono coni o coni tronchi o loro combinazioni.

Alla luce del fatto che nella forma realizzativa preferita il solido di rotazione à ̈ un cilindro, nei seguenti esempi si fa particolare riferimento a una tale forma per l’involucro della pompa getter, ma ciò deve essere considerato solo una forma realizzativa non limitativa del concetto più ampio di un solido di rotazione come geometria adeguata per l’involucro esterno della pompa getter.

L'invenzione sarà ulteriormente illustrata con l'ausilio delle seguenti figure, in cui:  la Fig.1 mostra una rappresentazione schematica di una cartuccia getter secondo la tecnica nota e qui utilizzata come elemento costitutivo della pompa getter secondo la presente invenzione,

ï‚· la Fig.2 mostra una vista in sezione di una forma realizzativa di una pompa getter secondo la presente invenzione,

ï‚· la Fig.3 mostra una vista in pianta dall'alto di una forma realizzativa di una pompa getter secondo la presente invenzione.

Nelle figure le dimensioni ed i rapporti dimensionali degli elementi possono non essere corretti in alcuni casi, come ad esempio in figura 1 i diametri degli elementi getter distanziati, in forma di dischi, rispetto al diametro dell'albero centrale sono stati alterati al fine di migliorare la comprensibilità della figura.

La pompa getter secondo la presente invenzione prevede la presenza di una pluralità di cartucce getter, come quella schematicamente rappresentata in figura 1, ciascuna cartuccia getter 10 avendo un albero centrale 11 che funge da supporto ed una pluralità di elementi getter distanziati 12, 12’,…12n , tipicamente e più preferibilmente aventi la forma di dischi. Nella figura 1 i mezzi che fissano i dischi getter all'albero centrale non sono stati mostrati perché non sono necessari per la comprensione dell'invenzione e rientrano nelle conoscenze di un esperto del ramo.

Le peculiarità e le caratteristiche delle cartucce getter non saranno descritte in maggiore dettaglio poiché queste conoscenze sono in possesso di un esperto del ramo, e in ogni caso alcuni dettagli e informazioni sono presenti nei summenzionati EP 0742370 ed EP 0753663. Nella presente invenzione à ̈ necessario che l'albero 11 che funge da supporto per gli elementi getter sia lineare, come mostrato in figura 1, in EP 0742370, in EP 0753663 ed in US 6149392, mentre una configurazione come quella mostrata in WO 9858173 non sarebbe idonea. La forma più utile per l'albero/supporto lineare à ̈ quella cilindrica.

Si noti inoltre che l'invenzione non à ̈ limitata ad uno specifico materiale getter, ma qualsiasi materiale idoneo in grado di assorbire gas e di essere riattivato ad alte temperature può essere utilizzato e rientra nella definizione di materiale getter per l'ambito e gli scopi della presente invenzione. La conoscenza e le caratteristiche di tali materiali sono disponibili a un esperto del ramo e possono essere facilmente recuperate da varie fonti, come, ad esempio, il summenzionato EP 0742370. Particolarmente vantaggiosi sono metalli o leghe getter comprendenti almeno il 30% di uno o più tra titanio, zirconio, yttrio.

Gli inventori, nel cercare di migliorare ulteriormente la velocità di una pompa getter che utilizza una pluralità di cartucce getter, hanno trovato specifiche configurazioni che forniscono miglioramenti rispetto a quelle descritte in US 6149392.

In particolare, la figura 2 mostra una vista in sezione longitudinale di una porzione di una pompa getter secondo la presente invenzione. La porzione 20 di pompa getter ha un involucro cilindrico definita da due pareti laterali 21 e 21', e la sua geometria à ̈ ulteriormente definita da un asse di rotazione 24. All'interno dell'involucro sono contenuto due cartucce getter 22 e 23, ciascuna con il proprio piano di posizionamento 222 e 232 ortogonale all'asse di rotazione 24 e intersecante il punto di mezzeria dei supporti 221 e 231 delle cartucce. Gli angoli formati da ciascun piano di posizionamento con ciascun supporto lineare delle cartucce getter, 221 e 231, sono rispettivamente indicati con α e α' Per le pompe getter secondo la presente invenzione à ̈ necessario che tali angoli siano non maggiori di 30°, e preferibilmente inferiori a 10°.

La pompa getter mostrata in figura 2 presenta due cartucce getter con due differenti piani di posizionamento, cioà ̈ con piani di posizionamento la cui distanza à ̈ maggiore di 1,5 cm; la distanza dei piani di posizionamento à ̈ facilmente determinabile, perché in virtù della loro definizione sono paralleli tra loro.

Le cartucce getter i cui piani di posizionamento hanno una distanza inferiore a 1,5 cm sono considerate cartucce getter che giacciono essenzialmente nello stesso piano, che sarà definito come un “piano di sottoinsieme†getter ed à ̈ coincidente con il piano di posizionamento più basso (cioà ̈ quello a monte rispetto alla direzione del flusso) delle cartucce getter che giacciono essenzialmente nello stesso piano.

In figura 2 in mezzi che collegano le cartucce getter all'involucro non sono stati mostrati perché sono convenzionali e ampiamente noti a un esperto del ramo, quali ad esempio saldature. A tale riguardo à ̈ importante sottolineare che la parte terminale del supporto centrale lineare può essere eventualmente piegata per facilitare il fissaggio sull’involucro, per cui il supporto centrale deve essere lineare almeno nella parte che porta i dischi getter.

Per quanto riguarda le cartucce getter idonee all'impiego nella struttura di pompa getter secondo la presente invenzione, queste hanno un supporto centrale lineare la cui lunghezza à ̈ compresa tra 4 e 30 centimetri, portando tra 2 e 7 dischi getter per centimetro nella porzione che porta i dischi.

Inoltre non sono stati mostrati gli elementi supplementari esterni alla pompa getter quali l'alimentazione elettrica e gli elementi di controllo perché sono convenzionali. Il loro scopo à ̈ tipicamente di fornire corrente al supporto centrale lineare delle cartucce getter in modo che i dischi getter siano riattivati riscaldando il supporto. Per quanto riguarda il riscaldamento, questo può essere in alternativa fornito da fonti esterne che riscaldano l'involucro della pompa getter, tali fonti potendo essere eventualmente già presenti nel sistema nel quale viene installata la pompa getter, poiché il sistema spesso prevede la presenza di sistemi di cottura che in alcuni casi possono vantaggiosamente essere impiegati anche per riscaldare e attivare la pompa getter.

Per quanto riguarda l'involucro, che à ̈ preferibilmente cilindrico, vi sono due forme realizzative preferite. Nella prima l'involucro à ̈ chiuso ad una estremità da una base metallica, solitamente fatta dello stesso materiale della parete laterale, e all'altra estremità da una flangia per vuoto standard.

In una seconda forma realizzativa preferita l'involucro à ̈ definito solo dalla parete laterale, in questa configurazione la pompa getter ha un involucro ad estremità aperte. Questa configurazione à ̈ utile quando la pompa può essere direttamente integrata nei sistemi piuttosto che essere un elemento aggiuntivo, come ad esempio nel caso di sezioni di parete di acceleratori di particelle che possono essere sostituite con pompe getter secondo la presente invenzione, con un involucro realizzato secondo la seconda forma realizzativa preferita.

Sebbene le pompe getter secondo la presente invenzione siano particolarmente idonee ad essere impiegate come pompe autonome, esse possono anche essere accoppiate con altri tipi di pompe, quali pompe turbomolecolari.

Una vista in pianta dall'alto di una pompa getter con cartucce getter che sono in uno stesso piano di sottoinsieme getter à ̈ mostrata in figura 3. La pompa getter 30 presenta un involucro cilindrico 31 e tre cartucce getter 32, 33, 34 nello stesso piano di sottoinsieme getter con una disposizione triangolare. I piani di orientamento delle cartucce getter per le cartucce 32 e 33 formano un angolo β, per le cartucce 32 e 34 formano un angolo β’, e per le cartucce 33 e 34 formano un angolo β’’. Nella forma realizzativa mostrata in figura 3 approssimativamente si ha β = β’= β’’= 60°.

Va sottolineato che la figura 3 à ̈ solo rappresentativa, poiché il triangolo può non essere equilatero. Ciò vale anche per le dimensioni e il numero delle cartucce che giacciono nello stesso piano di sottoinsieme getter, ad esempio le loro lunghezze possono differire e dare luogo a differenti poligoni geometrici con vertici definiti da tutte le possibili intersezioni dei piani di orientamento delle cartucce getter. Tali poligoni soddisfano la condizione preferita che tutti gli angoli formati dai piani di orientamento per le cartucce getter che giacciono nello stesso piano di sottoinsieme sono inferiori a 130°, ancora più preferibilmente sono pari o inferiori a 90°.

In una pompa getter secondo la presente invenzione à ̈ particolarmente utile avere una pluralità di cartucce in una pluralità di piani di sottoinsieme getter. Il numero di piani di sottoinsieme getter à ̈ determinato dalla lunghezza dell'involucro della pompa getter, tale numero essendo preferibilmente compreso tra 40 e 80 al metro, scalando di conseguenza per gli involucri la cui lunghezza à ̈ inferiore a 1 m.

Ciascun piano di sottoinsieme può avere un differente numero di cartucce getter disposte secondo differenti configurazioni. In questo caso si preferisce che i vertici poligonali adiacenti in piani di sottoinsieme getter differenti non siano allineati paralleli all'asse di rotazione, ma piuttosto che le linee che collegano i vertici poligonali adiacenti che giacciono in differenti piani di sottoinsieme formino con i piani di sottoinsieme stessi (che sono paralleli tra loro) angoli pari o inferiori a 80°, preferibilmente inferiori a 60°.

L'invenzione sarà ulteriormente illustrata con l'ausilio dei seguenti esempi non limitativi.

Esempio 1

È stato preparato un set di cartucce getter, ciascuna cartuccia comprendendo 39 dischi con una spaziatura di 1,3 mm. Il materiale getter utilizzato per i dischi à ̈ una lega di Zr (82% in peso) – V (14,8% in peso) – Fe (3,2% in peso), commercializzata dalla richiedente con il nome commerciale “St 172†. I dischi hanno uno spessore di 1 mm e un diametro di 25,4 mm. Nelle parti terminali delle cartucce 24,8 mm sono privi di elementi getter, per cui la lunghezza complessiva del supporto lineare à ̈ di 140 mm.

È stata eseguita la valutazione della velocità di pompaggio di una pompa secondo la presente invenzione, la pompa consistendo in un involucro cilindrico chiuso ad una estremità da una base ed all'estremità opposta da una flangia per vuoto, con un'altezza di 140 mm e un diametro di 160 mm. Sei cartucce sono disposte in due distinti piani di sottoinsieme con una distanza tra essi di 3 cm, i piani di orientamento delle cartucce getter per le cartucce in uno stesso piano di sottoinsieme formando un triangolo equilatero, mentre l’angolo formato dalle linee che collegano i vertici poligonali adiacenti che giacciono in differenti piani di sottoinsieme getter sono di circa 23°. Il risultato della valutazione fornisce una velocità di pompaggio superiore a 2500 l/s.

Esempio 2 (comparativo)

Altre cartucce getter dallo stesso set dell'esempio 1 sono state utilizzate per valutare la velocità di pompaggio di una pompa getter secondo la tecnica nota. L'involucro chiuso di pompa getter presenta lo stesso diametro e altezza dell'esempio 1, ma con le cartucce montate in modo tale che gli angoli formati dai piani di posizionamento con i supporti centrali lineari sono di 90°, cioà ̈ i supporti lineari sono paralleli alle pareti dell'involucro, e le cartucce sono disposte attorno al perimetro dell'involucro ed equispaziate tra loro. In questo caso il risultato della valutazione fornisce una velocità di pompaggio inferiore a 2200 l/s.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa getter comprendente un involucro (31), la cui forma à ̈ un solido di rotazione con un asse di rotazione (24), ed una pluralità di cartucce getter (10; 22, 23; 32, 33, 34) montate all'interno di detto involucro (31) di pompa getter, ciascuna cartuccia comprendendo un supporto centrale lineare (11; 221, 231) ed elementi getter distanziati (12, 12’, …, 12n) montati su detto supporto centrale lineare (11; 221, 231), un piano contenente un supporto centrale lineare (11; 221, 231) e parallelo all'asse di rotazione (24) essendo definito un piano di orientamento della cartuccia getter, ed un piano ortogonale all'asse di rotazione (24) ed intersecante il punto di mezzeria di un supporto centrale lineare (11; 221, 231) essendo definito un piano di posizionamento (222, 232) della cartuccia getter, caratterizzata dal fatto che gli angoli ( α, α’) formati da detti piani di posizionamento (222, 232) con i supporti centrali lineari (11; 221, 231) sono pari o inferiori a 30°, preferibilmente pari o inferiori a 10°.
2. 2. Pompa getter secondo la rivendicazione 1, in cui detto solido di rotazione à ̈ scelto dal gruppo di cilindro, cono, cono tronco.
3. 3. Pompa getter secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti elementi getter distanziati (12, 12’, …, 12n) sono realizzati con metalli o leghe comprendenti almeno il 30% di uno o più tra titanio, zirconio, yttrio.
4. 4. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto supporto centrale lineare (11; 221, 231) ha una lunghezza compresa tra 4 e 30 cm e preferibilmente porta tra 2 e 7 elementi getter (12, 12’, …, 12n) per cm.
5. 5. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto involucro (31) à ̈ chiuso ad una estremità da una base e alla estremità opposta da una flangia per vuoto.
6. 6. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto involucro (31) à ̈ ad estremità aperte.
7. 7. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i piani di posizionamento di almeno due cartucce getter hanno una distanza inferiore a 1,5 cm cosicché dette due cartucce getter giacciono essenzialmente nello stesso piano di posizionamento, definito come piano di sottoinsieme getter.
8. 8. Pompa getter secondo la rivendicazione precedente, in cui gli angoli ( β, β’, β†) ai vertici del poligono formato dai piani di orientamento per cartucce getter che giacciono in uno stesso piano di sottoinsieme getter sono pari o inferiori a 130°, preferibilmente pari o inferiori a 90°.
9. 9. Pompa getter secondo la rivendicazione precedente, in cui uno stesso piano di sottoinsieme getter comprende tra cartucce getter (32, 33, 34) disposte in una configurazione triangolare.
10. 10. Pompa getter secondo la rivendicazione 8, in cui uno stesso piano di sottoinsieme getter comprende quattro cartucce getter disposte in una configurazione quadrata.
11. 11. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui le linee che collegano vertici poligonali adiacenti giacenti in differenti piani di sottoinsieme getter formano con gli stessi piani di sottoinsieme angoli pari o inferiori a 80°, preferibilmente inferiori a 60°.
12. 12. Pompa getter secondo una delle rivendicazioni da 7 a 11, in cui il numero di piani di sottoinsieme getter à ̈ compreso tra 40 e 80 per metro di lunghezza dell'involucro (31) della pompa.