Brevet FR2923556A1 — publié le 20090515

Unité de pompaqe et dispositif de chauffaqe correspondant La présente invention concerne une unité de pompage comportant une pompe à vide de type sèche mono-étagée, telle qu'à lobes rotatifs de type � Roots �. L'invention concerne également un dispositif de chauffage correspondant. Les pompes à vide sèches sont notamment employées dans les procédés de fabrication de semi-conducteurs, d'écrans plats ou de substrats photovoltaïques, dans lesquels des quantités non négligeables de poudres abrasives sont générées. On distingue parmi les pompes à vide connues, les pompes de type mono-étagée, qui ne comportent qu'un seul étage de compression dans lequel circule un gaz à pomper entre une entrée d'admission des gaz et une sortie de refoulement des gaz. Par exemple, on connaît les pompes à lobes rotatifs également connues sous le nom � Roots � avec deux ou trois lobes (bi-lobes, tri-lobes). De façon générale, les pompes à lobes rotatifs � Roots � comprennent deux rotors de profils identiques, tournant à l'intérieur d'un stator en sens opposé. Lors de la rotation, le gaz aspiré est emprisonné dans l'espace libre compris entre les rotors et le stator, puis il est refoulé par l'échappement. Le fonctionnement s'effectue sans aucun contact mécanique entre les rotors et le corps de la pompe, ce qui permet l'absence totale d'huile dans la chambre de compression. Etant donné que le fonctionnement de ces pompes s'effectue sans contact mécanique entre les stators et les rotors à lobes, mais via de très faibles jeux, ces pompes nécessitent un paramétrage particulier, notamment de la température, lorsqu'elles sont utilisées avec des procédés polluants, tels que les procédés semi-conducteurs et plus particulièrement les procédés CVD (� Déposition par Vapeur Chimique � en anglais ou �Chemical Vapor Deposition �), parmi lesquels les procédés LPCVD (� Déposition par Vapeur Chimique à basse pression� ou en anglais � Low Pressure Chemical Vapor Deposition �), ALD (� Déposition de couches atomiques � ou en anglais � Atomic Layer Deposition �), MOCVD (� Déposition par Vapeur chimique de Métal Organique � ou en anglais � Metal-Organic Chemical Vapour Deposition �) ou PECVD (� Déposition par Vapeur chimique en présence de plasma � ou en anglais � Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition �). Ces procédés utilisent des gaz dont on souhaite éviter la condensation ou la solidification en poudres. En effet, une accumulation importante des poudres sur les parties mobiles des étages de compression conduit très rapidement à l'arrêt de la pompe, notamment par grippage mécanique. Or, le maintien des jeux fonctionnels à l'intérieur de l'étage de la pompe est important pour assurer une durée de fonctionnement maximale. La réduction du taux de défaillance des pompes sur ces procédés générateurs de poudre est essentielle pour ne pas gêner les processus de fabrication. Pour cela, une solution consiste à conserver les gaz à une température suffisamment élevée pour maintenir sous forme gazeuse les espèces risquant de se condenser ou risquant d'amorcer des réactions chimiques dans l'étage de compression. Toutefois, cette mise en oeuvre n'est pas toujours possible sur des pompes mono-étagées. Notamment, dans les procédés semi-conducteurs tels que LPCVD, l'énergie thermique dégagée par la compression ne suffit pas toujours pour maintenir une température du corps de pompe assez élevée du fait des faibles valeurs de pressions et de flux. Pour pallier à cela, il est connu d'isoler thermiquement les corps de pompe par des couvertures isolantes ou chauffantes. Toutefois, ces couvertures présentent l'inconvénient d'être encombrantes et onéreuses. De plus, leur efficacité et l'homogénéité du chauffage dépend de leur mise en place et un mauvais contact entre la couverture et le corps de pompe peut entraîner des zones froides où les gaz peuvent se condenser. Or, les pompes présentent souvent un carter anguleux sur lequel un ajustement précis des couvertures est quasiment impossible. Par ailleurs, à cette contrainte de maintenir les gaz circulant dans la pompe à une température prédéfinie, s'ajoute une contrainte de refroidissement de certaines zones fonctionnelles ciblées de la pompe, telles que les paliers, les engrenages et la partie motorisation, ainsi que le fluide lubrifiant.30 On comprend donc qu'une couverture chauffante n'est pas toujours adaptée, en particulier dans le cas des petites pompes mono-étagées, car elle rend le refroidissement des zones fonctionnelles moins efficace ou c'est ce refroidissement même faible, qui génère un profil de température sur le corps de pompe favorisant la naissance de dépôts. Le but de la présente invention est donc de proposer une unité de pompage dont le chauffage est optimisé de façon à prévenir des dysfonctionnements mécaniques, tels que les grippages mécaniques, tout en permettant le maintien des zones fonctionnelles et du lubrifiant à température plus basse. A cet effet, l'invention a pour objet une unité de pompage comportant une pompe à vide de type sèche mono-étagée présentant un corps d'étage de compression ayant une entrée des gaz et une sortie des gaz, et comportant respectivement sur ladite entrée et ladite sortie, un raccordement à brides d'admission et de refoulement, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une résistance chauffante présentant une forme de bande d'arc de cercle disposée au niveau du raccordement à brides de refoulement, de manière à pouvoir chauffer ledit corps d'étage par diffusion thermique. Suivant d'autres caractéristiques de l'unité de pompage, l'unité de pompage comporte une résistance chauffante supplémentaire, disposée au niveau de l'entrée des gaz, de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique ledit corps d'étage entre ladite entrée et ladite sortie, l'unité de pompage comporte une résistance chauffante supplémentaire présentant également une forme de bande d'arc de cercle, disposée au niveau du raccordement à brides d'admission, de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique ledit corps d'étage entre ladite entrée et ladite sortie, lesdits raccordements à brides sont situés dans des plans parallèles, de sorte que lesdites deux résistances chauffantes sont placées dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de circulation du gaz à pomper, 25 30 les résistances chauffantes sont centrées autour d'un axe définissant la direction générale de circulation des gaz, au moins une résistance chauffante comporte une pluralité de trous pour la fixation de la résistance chauffante aux raccordements à brides d'admission et/ou de refoulement, l'unité de pompage comporte un capteur de température et un contrôleur de température, ledit contrôleur étant apte à contrôler l'alimentation de la résistance chauffante, de manière à contrôler la température dudit corps d'étage de ladite pompe. au moins une résistance chauffante est intégrée dans le raccordement à brides d'admission et/ou de refoulement. L'invention a aussi pour objet un dispositif de chauffage caractérisé en ce qu'il comporte une résistance chauffante présentant une forme de bande d'arc de cercle et comportant une pluralité de trous pour pouvoir être fixée à un raccordement à brides 15 d'admission et/ou de refoulement d'une unité de pompage telle que précédemment décrite. Avantageusement, le dispositif de chauffage comporte un capteur de température et un contrôleur de température apte à contrôler l'alimentation de la résistance chauffante. 20 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de coté d'une unité de pompage selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une résistance chauffante de 25 l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective de dessus et de dessous d'une bride de refoulement selon une variante de réalisation. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 10 On distingue sur la figure 1, une unité de pompage 1 comportant une pompe à vide 2 sèche mono-étagée, un raccordement à brides d'admission 16 et un raccordement à brides de refoulement 18. La pompe à vide 2 comporte un moteur 3, deux carters d'huile 5 et 6, deux paliers 7 et 9 et un étage de compression 11. Le moteur 3, les deux carters d'huile 5 et 6 et les deux paliers 7 et 9 sont refroidis par un circuit de liquide de refroidissement 12, tel que de l'eau à température ambiante circulant notamment à l'interface entre les carters d'huile 5 et 6 et les paliers 7 et 9. L'étage 11 comporte un corps d'étage 13 dans lequel deux rotors peuvent tourner (non visibles). Le corps d'étage 13 possède une entrée des gaz 15 située sur la partie supérieure de l'étage 11 et une sortie des gaz 17 sur la partie inférieure de l'étage 11 (figure 1). En fonctionnement, le gaz à pomper peut ainsi être aspiré depuis l'entrée d'admission des gaz 15 de l'étage 11 (flèche 19) vers la sortie de refoulement des gaz 7 (flèche 21). Le raccordement à brides d'admission 16 est disposé à l'entrée 15 de la pompe 2 et le raccordement à brides de refoulement 18 à la sortie 17 de la pompe à vide 2. Le raccordement à brides de refoulement 18 comporte une bride de refoulement 28 qui connecte la sortie 17 de la pompe 2 à une ligne de vide destinée à être reliée à l'entrée d'admission d'une pompe à vide primaire. En général, on prévoit une pompe à vide 2 mono-étagée de fort débit que l'on connecte en série à une pompe primaire de moindre débit pouvant refouler les gaz pompés à la pression atmosphérique (non représenté). Le raccordement à brides d'admission 16 comporte une bride d'admission 26 qui connecte l'entrée 15 de la pompe 2 à une ligne de vide d'admission des gaz, par exemple à une chambre de procédés. Bien entendu, l'invention s'applique également à tout type de pompe à vide 2 sèche mono-étagée de type à lobes rotatifs tels qu'une pompe Roots mono-étagée à deux lobes ou plus. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de pompage 1 comporte en outre une résistance chauffante 24 (voir figure 2) présentant une forme de bande d'arc de cercle disposée au niveau du raccordement à brides de refoulement 18, de manière à pouvoir chauffer ledit corps d'étage 13 par diffusion thermique. Ainsi, la surface chauffée par la résistance chauffante 24 est maximale sur le chemin d'écoulement des gaz (flèches 19, 21) au refoulement 17 (figure 1). Par ailleurs, l'encombrement axial dans le sens du flux de gaz pompés 19, 21 est minimal, ce qui permet de connecter l'aspiration d'une pompe primaire au plus proche de la pompe à vide 2 monoétagée, et permet ainsi de limiter l'encombrement du groupe de pompage. Le corps d'étage 13 est ainsi chauffé au niveau du refoulement 17, zone la plus critique de la pompe 2 étant donné que dans cette zone, les gaz sont à pression plus élevée et donc plus propices à se condenser. On est en outre assuré que la résistance chauffante 24 est toujours disposée de la même manière sur la pompe 2, c'est-à-dire que la qualité du contact entre la résistance chauffante 24 et le raccordement à brides de refoulement 18 n'est pas dépendante de sa mise en place comme c'était le cas dans l'art antérieur. De plus, un chauffage par résistance électrique permet d'atteindre rapidement une température de fonctionnement prédéfinie du corps d'étage 13 de la pompe 2, ce qui réduit le temps de mise en route des pompes à vides 2. Avantageusement et comme représenté sur les figures 3 et 4, la résistance chauffante 24 est disposée au niveau de la bride de refoulement 28 du raccordement à brides de refoulement 18 et, est avantageusement placée en contact avec une surface correspondante de la bride 28. La surface correspondante de la bride 28 présente des dimensions sensiblement identiques à celles de la surface de la résistance chauffante 24 de manière à optimiser la surface à chauffer. Selon un mode particulier de réalisation, l'unité de pompage 1 comporte une résistance chauffante supplémentaire, disposée au niveau de l'entrée des gaz 15, de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique ledit corps d'étage 13 entre ladite entrée 15 et ladite sortie 17. Par exemple, on prévoit que la résistance chauffante supplémentaire présente la forme d'un collier disposé autour de la surface extérieure d'une canalisation reliée à la bride d'aspiration 26 (non représenté). Selon une variante illustrée en figure 1, l'unité de pompage 1 comporte une résistance chauffante supplémentaire 29 présentant également une forme de bande d'arc de cercle, disposée au niveau du raccordement à brides d'admission 16, de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique ledit corps d'étage 13 entre ladite entrée 15 et ladite sortie 17. Avantageusement, et comme pour la résistance chauffante 24 disposée en sortie 17, la résistance chauffante supplémentaire 29 est disposée au niveau de la bride d'admission 26 et est avantageusement placée en contact avec une surface correspondante de la bride 26. Ainsi, on obtient un chauffage ciblé par diffusion thermique entre l'entrée 15 et la sortie 17 et donc, comme la pompe 2 ne comporte qu'un étage 11, on obtient un chauffage du corps d'étage 13 dans toutes les zones de circulation du gaz, assurant que le corps d'étage 13 est chauffé partout où le gaz circule, de sorte qu'il ne pourra pas s'y condenser. En outre, dans les zones où le gaz ne circule pas, la pompe 2 peut être refroidie normalement de sorte que les contraintes de chauffage d'une part, et de refroidissement de zones fonctionnelles ciblées d'autre part, peuvent être respectées. On est ainsi assuré qu'un gradient thermique est maintenu entre d'une part le moteur 3, les carters d'huile 5 et 6 et les paliers 7 et 9 et d'autre part, le corps d'étage 13. De plus, on est assuré que le profil de chauffage est maîtrisé et reproductible. Avantageusement, et comme représenté sur la figure 1, lesdits raccordements à brides 16, 18 sont situés dans des plans parallèles, de sorte que lesdites deux résistances chauffantes 24, 29 sont placées dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de circulation du gaz à pomper 19, 21. Les résistances chauffantes 24, 29 sont donc situées de part et d'autre du gaz circulant dans l'étage 11, ce qui permet d'obtenir un profil thermique symétrique dans le corps d'étage 13, dans l'axe 25 du flux de gaz pompé 19, 21. De préférence, la résistance chauffante supplémentaire 29 présente également une forme de bande d'arc de cercle, ce qui permet d'optimiser la surface chauffée, comme pour la résistance chauffante 24 placée au refoulement 17. Avantageusement, les résistances chauffantes 24, 29 sont centrées autour d'un axe 25 définissant la direction générale de circulation des gaz 19, 21. En outre, on peut fixer les résistances chauffantes 24, 29 aux raccordements à brides d'admission 16 et/ ou de refoulement 18. Ainsi on prévoit qu'au moins une résistance chauffante 24, 29 comporte une pluralité de trous pour la fixation de la résistance chauffante 24, 29 aux raccordements à brides d'admission 16 et/ou de refoulement 18. On a représenté sur les figures 2 à 4, une résistance chauffante 24 comportant quatre trous 26, correspondants aux quatre trous de fixation de la bride de refoulement 28, pour la fixation de la résistance 24 au raccordement à bride de refoulement 18, via des vis de fixations 30. L'unité de pompage 1 comporte avantageusement une pluralité d'entretoises 27. De préférence, au moins une entretoise 27 annulaire est disposée autour de chaque trou 26. Les entretoises 27 sont disposées entre la résistance chauffante 24 et les vis de fixation 30 de manière à assurer la reproductibilité du contact thermique entre la résistance 24 et les brides 26, 28. De plus, les entretoises 27 permettent de limiter la course des vis de fixation 30 pour éviter l'écrasement des résistances chauffantes 24, 29 lors de leur fixation aux brides 26, 28. Les résistances chauffantes 24, 29 sont par exemple formées par un fil résistif moulé dans une gaine électriquement isolante, et elles comportent une mousse thermiquement isolante, par exemple en silicone, fixée sur une face opposée à la face en regard avec le raccordement à brides 16 ou 18. Il est possible d'optimiser encore le transfert thermique entre la résistance chauffante 24, 29 et les raccordements à brides 16, 18 en disposant une plaque de maintien, pour serrer la résistance chauffante 24, 29 contre le raccordement à brides 16, 18. On obtient ainsi une résistance chauffante 24, 29 amovible, pouvant être facilement changée par exemple, en cas de défaillance. Alternativement, au moins une résistance chauffante est intégrée dans le raccordement à brides d'admission 16 et/ou de refoulement 18 (non représenté). Avec des résistances chauffantes 24, 29 fixées ou intégrées aux raccordements à brides 16 et 18, on peut équiper une pompe à vide mono-étagée standard 2 sans avoir à modifier ni la pompe à vide 2, ni son entrée 15 ou sa sortie 17. On choisit avantageusement des valeurs de résistances chauffantes 24, 29 permettant de pouvoir maintenir une température du corps d'étage 13 comprise entre 50 et 120°C. Par ailleurs, on prévoit avantageusement que l'unité de pompage 1 comporte un capteur de température et un contrôleur de température, le contrôleur étant apte à contrôler l'alimentation de la résistance chauffante 24, 29, notamment par la mesure du capteur, de manière à contrôler la température du corps d'étage 13 de la pompe 2 (non représenté). Pour cela, le capteur de température, par exemple un thermocouple de type K ou R ou un thermomètre à résistance de platine, est placé au niveau de la résistance chauffante 24, 29 ou du corps de l'étage 13 et avantageusement en contact avec une surface du raccordement à brides 16 et/ou 18. De préférence, le capteur de température est intégré, par exemple coulé, dans la résistance chauffante 24 29. Le contrôleur de température peut en outre être apte à réguler la température de la résistance chauffante 24, 29 par une boucle de régulation classique de type PID. Avec un contrôleur de température, on est capable d'absorber les fluctuations de température survenant lors du déroulement d'un procédé. Ces fluctuations peuvent provenir soit d'une baisse temporelle de régime de la pompe à vide 2, qui aurait été traduite par une baisse de la température, due par exemple à une diminution en entrée 15 de la pression ou du flux des gaz, soit au contraire, d'une augmentation de la puissance de chauffage en cas de flux de pompage important. Cette régulation de la température permet au corps 13 de pompe 2 de ne pas être en surchauffe, ce qui est à la fois consommateur d'énergie et néfaste pour les zones fonctionnelles 3, 5, 6, 7, 8 ,9 de la pompe 2 qui doivent rester à température plus froide. Par ailleurs, une température de corps 13 de pompe 2 stable permet de minimiser les variations thermiques du corps 13 de pompe 2 qui pourraient lui être préjudiciables. De plus, la régulation de température permet de maintenir une température élevée du corps d'étage 13, y compris durant les phases de maintenance de la pompe 2 où la pompe 2 est arrêtée et ainsi de limiter les risques de grippage qui peuvent survenir au moment des redémarrages de la pompe à vide 2. Cette régulation fine de la température n'est possible que par l'agencement particulier des résistances chauffantes 24, 29 avec les zones à chauffer. On comprend donc qu'avec une unité de pompage 1 comportant une résistance chauffante 24 présentant une forme de bande d'arc de cercle disposée au niveau du raccordement à brides de refoulement 18, de manière à pouvoir chauffer ledit corps d'étage 13 par diffusion thermique, on chauffe le corps d'étage 13 de façon maîtrisée. REVENDICATIONS 1. Unité de pompage comportant une pompe à vide (2) de type sèche mono-étagée présentant un corps d'étage de compression (13) ayant une entrée des gaz (15) et une sortie des gaz (17), et comportant respectivement sur l'entrée (15) et la sortie (17), un raccordement à brides d'admission (16) et de refoulement (18), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une résistance chauffante (24) présentant une forme de bande d'arc de cercle disposée au niveau du raccordement à brides de refoulement (18), de manière à pouvoir chauffer le corps d'étage (13) par diffusion thermique. 2. Unité de pompage selon la revendication 1, comportant une résistance chauffante supplémentaire, disposée au niveau de l'entrée des gaz (15), de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique le corps d'étage (13) entre l'entrée (15) et la sortie (17). 3. Unité de pompage selon la revendication 2, comportant une résistance chauffante supplémentaire (29) présentant également une forme de bande d'arc de cercle, disposée au niveau du raccordement à brides d'admission (16), de manière à pouvoir chauffer par diffusion thermique ledit corps d'étage (13) entre ladite entrée (15) et ladite sortie (17). 4. Unité de pompage selon la revendication 3, dans laquelle les raccordements à brides (16, 18) sont situés dans des plans parallèles, de sorte que les deux résistances chauffantes (24, 29) sont placées dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de circulation du gaz à pomper (19, 21). 5. Unité de pompage selon la revendication 4, dans laquelle les résistances chauffantes (24, 29) sont centrées autour d'un axe (25) définissant la direction générale de circulation des gaz (19, 21). 6. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle au moins une résistance chauffante (24, 29) comporte une pluralité de trous (26) pourla fixation de la résistance chauffante (24, 29) aux raccordements à brides d'admission (16) et/ou de refoulement (18). 7. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes,comportant un capteur de température et un contrôleur de température, le contrôleur étant apte à contrôler l'alimentation de la résistance chauffante (24, 29), de manière à contrôler la température du corps d'étage (13) de la pompe (1). 8. Unité de pompage selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle au moins une résistance chauffante est intégrée dans le raccordement à brides d'admission (16) et/ou de refoulement (18). 9. Dispositif de chauffage, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance chauffante (24, 29) présentant une forme de bande d'arc de cercle et comportant une pluralité de trous (26) pour pouvoir être fixée à un raccordement à brides d'admission (16) et/ou de refoulement (18) d'une unité de pompage (1) selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Dispositif de chauffage selon la revendication 9, comportant un capteur de température et un contrôleur de température apte à contrôler l'alimentation de la résistance chauffante (24, 29).