Brevet FR2000693A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne une pompe à adsorption et absorption cryoscopique, du type comprenant -un corps de pompe pour contenir une matière de pompage, destinée à être immergée dans un bain de réfrigérant liquide. 5 La présente invention concerne des installations de pompage à faire le vide et plus précisément une installation de pompage préliminaire par adsorption et absorption cryoscopique. Une technique connue pour évacuer une atmosphère confinée dans un conteneur à une pression relativement basse cônsiste à 10 utiliser des moyens de pompage grossier ou pompage préliminaire, grâce auxquels le volume enfermé, par exemple à partir de la pression atmosphérique est amené tout d'abord à une pression plus -3 réduite, de l'ordre de grandeur de 10 mm.iig. A cette pression on utilise alors une autre installation de 15 pompage, par exemple une pompe électronique à ions, qui est mieux appropriée à un pompage amenant l'atmosphère à des pressions encore plus basses. En tenant compte du souci de ne pas introduire des impuretés indésirables, par exemple des hydrocarbures, dans l'atmosphère, 20 en employant par exemple une pompe préliminaire à huile, on a utilisé pour des pompages relativements propres, les techniques dites à adsorption et absorption cryoscopique. D'une manière générale, la pompe à adsorption et absorption cryoscopique agit par le fait qu'une matière de criblage moléculaire est refroidie à la tempéra-25 ture de l'azote liquide. A cette température, la matière de criblage moléculaire retient les gaz de 1*atmosphère environnante par le phénomène d'absorption et d'adsorption. Dans les installations connues, la pompe à adsorption et absorption cryoscopique se compose d'un corps en métal de forme 50 essentielle cylindrique, qui contient la matière de criblage moléculaire et elle est maintenue dans un récipient à produit réfrigérant qui contient de l'azote liquide. On utilisé généralement un récipient en polystyrène pour contenir le produit réfrigérant. Des ■'tuyaux ou des serpentins tubulaires s'étendent à travers le corps 35 et permettent le passage de l'azote liquide à l'intérieur du corps, en vue de refroidir les parties intérieures de la matière de criblage moléculaire qui est relativement mauvaise conductrice de la chaleur. 6901579 2 2000693 La vitesse de pompage et, en conséquence, le débit ou rendement d'une telle pompe à adsorption et absorption cryoscopique détendent dans une grande mesure de la température de fonctionnement de la matière de criblage moléculaire. L'efficacité maximale de la 5 pompe a lieu lorsque la matière de criblage moléculaire est maintenue à la température de l'azote liquide. Le mécanisme d'absorption et d'adsorption a cependant pour résultat la production de chaleur, ce qui tend à accroître la température de fonctionnement de la matière de criblage moléculaire et à amoindrir de manière 10 désavantageuse la vitesse de pompage. La présente invention a, en conséquence, pour but de réaliser une pompe à adsorption et absorption cryoscopique améliorée. Un autre but de l'inventïon est de créer une pompe de .ce genre qui présente des moyens de transmission de chaleur améliorés 15 pour le refroidissement d'une matière d'absorption et d'adsorption. Un autre but encore est de réaliser une pompe à adsorption et absorption cryoscopique qui contient des moyens améliorés pour maintenir une matière à criblage moléculaire à la température de l'azote liquide. 20 La facilité avec laquelle les gaz atmosphériques, qui doivent être évacués par le pompage, s'écoulent vers la matière de criblage et viennent en contact avec elle, détermine également la vitesse de pompage. Certaines installations connues de pompages par adsorption et absorption cryoscopique du type cylindrique offrent ,à ces 25 gaz une voie d'écoulement relativement étranglée. Des essais pour diminuer l'étranglement du parcours d'écoulement des gaz, conduisent à des corps de pompe relativement gros ét peu maniables, qui ne sont pas directement utilisables avec les récipients à produit réfrigérant disponibles. 30 Un autre but de l'invention consiste à réaliser une pompe à absorption et adsorption cryoscopique qui réduit considérablement les points d'étranglement dans le parcours des gaz, sans que les dimensions du corps de pompe soient augmentées de manière notable. Différentes techniques de pompage utilisent plusieurs pompes 35 à absorption et adsorption cryoscopique, qui fonctionnent successivement, en vue de capter des gaz à absorption lente, tels que l'hélium et le néon. Les formes de corps de pompe connues ne sont pas 6901579 2000693 directement appropriées à l*insei'tion de plus d'ion tel'corps dans le même récipient à produit réfrigérant. Une installation de pompage pour fonctionnements successifs est par conséquent encombrante et peu nanigble. 5 Un autre :>ut de l'invention est de réaliser une pompe à adsorption et absorption cryoscopique, dont la forme de corps de poi^pe est conçue de tell- manière que le corps puisse être disposé dan;- un récipient à produit réfrigérant, en adoptant une ou plusieurs formes semblables pour ce corps. 10 le pompe a absorption e.t adsorption cryoscopique de l'inven tion est caractérisée par un corps creux de forme fondamentale q ..udrangulaire, dans lequel est disposée une quantité de matière de criblage moléculaire, des moyens étant prévus pour former un ccours d'écoulement essentiellement non étranglé pour les gaz, le 15 Ion;.: du corps creux et assurer un accès permanent vers la matière ■le criblage moléculaire le long de ce parcours, ainsi que des mo-ycnti pour assurer la pénétration des gaz à pomper vers l'intérieur du corps creux. Conformément à l'invention, on obtient une pompe à absorption 20 et adsorption cryoscopique, qui peut être disposée dans un bain de oroduit réfrigérant-liquide,' pompe qui comprend un corps fermé '{uadrangulaire, en métal à haute conductibilité thermique et une admission pour l'entrée des gaz à pomper. Il est prévu des moyens pour former un parcours d'écoulement essentiellement non étranglé 25 en direction longitudinale à travers le corps, ces moyens rendant possible un accès permanent sur la longueur de ce parcours d'écoulement vers un volume environnant du corps fermé. Ce volume contient une matière à pouvoir de criblage moléculaire capable d'ai>-;.:orption et d'adsorption, qui pompe les gaz lorsqu'elle est refroi- 30 die à la température de l'azote liquide. Un certain nombre de sont bandes de métal allongées/disposées en éch-aige de chaleur avec le corps enveloppe et s'étendent à travers le volume qui contient la matière d'absorption et d'adsorption. Grâce à cette disposition, on .obtient un transfert de chaleur plus efficace entre un produit 35 réfrigérant extérieur et la xuatiere capable de criblage moléculaire, tandis qu'est assuré, pour les gaz à pomper, un parcours d'écoulement essentiellement non étranglé vers la matière de criblage moléculaire. 6901579 4 2000693 En conséquence, la pompe présente des caractéristiques de pompage nettement améliorées pour une quantité prédéterminée utilisée de matière de criblage moléculaire. la description ci-après se rapporte à un mode de réalisation de 5 1'invention donné à titre d'exemple non limitatif et expliqué avec référence aux dessins annexés, dans lesquels ! - la fig. 1 est une représentation schématique d'une installation de pompage préliminaire avec une pompe d'absorption et d'adsorption cryoscopique construite conformément à l'invention ; 10 - la fig. 2 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe avec certaines parties supprimées et montre la pompe conforme à l'invention. - la fig. 3 est une vue de la pompe, partiellement en coupe par la ligne 3-3 de la fig. 2 ; . 15 - la fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig» 2 ; - la fig. 5 est une coupe par la ligne 5-5 de la fig. 2 ; - la fig. 6 est une vue en élévation d'un corps de criblage moléculaire tel qu'employé dans la pompe de la fig. 2, et - la fig. 7 est une courbe qui montre le comportement d'une 20 pompe conforme à l'invention et d'une pompe d'absorption jet d'ad- . sorption cryoscopique conforme à l'état de la technique». Dans la fig. 1, un cSïps fermé 1_0 qui est à mettre sous vidé, est relié à une pièce de répartition J_2 par 1 'intermédiaire de jonction tubulaire appropriée 14. Â. la pièce de répartition sont 25 reliés des moyens de pompage qui sont constituée par une pompe mécanique exempte d'huile 16 et un certain nombre de pompes à absorption et adsorption cryoscopique JT7, 1_8 et 19. Des soupapes appropriées 20 sont prévues par lesquelles ces pompes peuvent être reliées individuellement ou en parallèle avec la pièce de réparti-30 tion et ainsi avec le corps 10. Des soupapes d'évacuation 21_ sont prévues entre les'soupapes 2Ç> et les corps de pompes 17, 18 et 19 pour laisser sortir les gaz pompés à l'air libre, comme il sera' expliqué plus loin. s La pompe mécanique sans huile J_6 se compose d'un ventilateur 35 avec une roue qui est entraînée par un moteur électrique. Les pompes à absorption et adsorption cryoscopique contiennent chacune de la matière de criblage moléculaire pour le pompage à vide du corps 10. Oes pompes sont plongées dans un récipient réfrigérant 22 qui con 6901579 s 2000693 tient de l'azote liquide. Les corps de pompe à absorption et adsorption cryoscopique sont maintenus par la pièce de répartition 12. de sorte que les pompes Y]_, 18 et IjJ sonc entourées de tous côtés par l'azote liquide. Les différentes canalisations tabulaires et 5 raccords sont pourvus, de la manière habituelle, de joints étanches au vide. Les figures 2 à 6 montrent en particulier un mode de réalisation d'une pompe à absorption et adsorption cryoscopique qui est construite conformément aux caractéristiques de l'invention. La 10 pompe contient un corps fermé quadrangulaire 50. constitué en tôle métallique à paroi mince bonne conductrice de la chaleur. Une matière particulièrement appropriée est le nickel. Le corps quadrangulaire plus spécialement représenté présente une première paire de pièces latérales et relativement étroites, planes allongées 15 se faisant face, de longueur 1 et de profondeur d et des pièces latérales allongées j|S6 et ^8 relativement larges, planes, allongées se faisant face de longueur 1 et de largeur w. Le corps de pompe est composé par ces pièces latérales et une pièce supérieure 22 et une pièce inférieure 40. Ces organes peuvent être formés de 20 pièces séparées qui sont soudées au corps, ou elles peuvent former d«s sections à assembler, qui sont pliées de manière appropriée et soudées entre elles pour former l'enveloppe du corps fermé. La fig. 6 montre dans une vue en perspective un corps de criblage £2 destiné à former un parcours d'écoulement essentielle-25 ment non étranglé pour guider dans l'enveloppe de pompage les gaz évacués par pompage du corps fermé 10. Plusieurs de ces corps de criblage s'étendent au centre le long de l'axe longitudinal du corps de pompe. Le corps de criblage est constitué en métal à paroi mince, par exemple de l'acier inoxydable et il présente des perfora-30 tions sur sa surface extérieure. La grandeur des perforations est choisie telle qu'aucune particule de la matière de criblage moléculaire ne puisse s'échapper à travers elles. Une face -du corps de criblage est soudée par point avec une pièce.de raidissage .correspondante 44* Les pièces de raidissage sont elles-mêmes soudées par 35 points sur la surface extérieure ^6 et ^8 du corps de pompe. De cette manière, les corps de criblage sont maintenus solidement à l'intérieur du corps de pompe fermé. Plusieurs bandes de métal 46 allongées, relativement minces, 6901579 2000693 mais rigides, servent de nervures de transmission de chaleur et s'étendent à partir dès faces intérieures j58 et vers l'intérieur jusque sur les corps de criblage ^2. Ces bandes de métal sont soudées avec les faces 26_ et ^8 et sont maintenues par celles-5 ci. Elles sont constituées en une matière à haute conductibilité thermique, par exemple en nickel. Gomme le montrent les fig. 2 et 4, ces bandes de métal partagent la cha&bre intérieure du. corps de pompe, en commun avec les corps de criblage moléculaire 42. Une matière d'absorption et d'adsorption £]_, qui est consti-10 tuée par une matière usuelle de criblage moléculaire, telle qu'un silicate de calcium et d'aluminium cristallin, est disposée dans le corps et remplit les chambres ainsi formées jusqu'à tin niveau 48. comme représenté dans la fig. 2. Sur la face supérieure 39 du corps de pompe est soudée une canalisation d'admission *50 qui 15 permet dans l'intérieur du corps de pompe des gaz qui sont extraits par pompage du corps J_0 à travers la pièce de répartition 12. Une extrémité opposée de la canalisation jjO est reliée à un accouplement démontable 52. Les gaz pompés hors du corps _1Û s'écoulent à travers la canalisation 50 et ils trouvent un accès essentiellement 20 non étranglé vers la matière de criblage moléculaire à travers le corps de criblage £2 le long du corps de pompe 50. Cette disposition du corps de pompe est spécialement avantageuse parce qu'elle assure un degré relativement élevé de conductibilité de chaleur entre l'azote liquide 2^ et la matière, à* 25 criblage moléculaire 47 à travers tous le corps. Il en résulte que la chaleur produite pendant le processus d'absorption*et d'adsorption est retirée hors de son effet sur la matière de criblage moléculaire, de sorte que cette matière est maintenue à la température de l'azote liquide, ce qui a pour conséquence un fonctionnement de 30 pompage relativement très efficace. En outre, lès gaz qui pénètrent dans, le corps de pompe par le canal d'admission £0 trouvent un accès vers la matière de, criblage moléculaire à travers un parcours d'écoulement essentiellement non étranglé, en raison du nombre de corps de. criblage 42. On a consta-35 té qu'une pompe construite conformément à l'invention avait des propriétés de pompage, pour un poids donné de matière de criblage moléculaire, nettement supérieures à celles des pompes à absorption et adsorption cryoscopique précédemment connues. BAD ORIGINAL I 6901579 2000693 la fig. 7 montre une courbe caractéristique de la pression par rapport au temps de pompage et montre le comportement d'une pompe construite conformément aux caractéristiques de l'invention en comparaison, avec line pompe cylindrique antérieurement connue. 5 la courbe 80 montre le fonctionnement de la pompe connue et la courbe 82 celui de la pompe conforme à l'invention. L'essai a été conduit dans les mêmes conditions pour les deux pompes, dans lesquels était utilisé 1,5 kg de matière de criblage moléculaire. 1'ensemble était initialement à la pression atmosphérique et 10 chaque pompe avait été soumise à un échauffement à la température du local et à un refroidissement de 10 miuutes. Après la fin de l'opération de pompage, la pompe est préparée pour être utilisée à nouveau en élevant la température de la matière de criblage moléculaire à 25-0 ou au-dessus, les gaz qui sont 15 absorbés et adsarbés pendant l'opération de pompage sont ainsi libérés à travers la soupape .d'échappement 21_. Dans ce bu'a, des barres électriques de chauffage 60 et 62 sont disposées dans des corps de forme tubulaire 64. 66 qui s'étendent à travers le corps de pompe. Ces pièces tubulaires sont assemblées par soudage avec 20 les surfaces 22 et 42 supérieure et inférieure et les barres de chauffage s'étendent sur la longueur du corps et sont maintenues en contact mécanique avec les tuyaux par des supports de corps ehauf-fants 68 et 20 de manière à assurer un accouplement à transmission de chaleur entre ceux-ci. le corps de pompe est en conséquence 25 avantageux du fait qu'il présente un moyen relativement simple pour la rénovation de la matière de criblage moléculaire. L'évacuation du corps 10 qui est représenté dans la fig. 1 est assurée de la manière usuelle par le fait qu'on met d'abord en fonctionnement la pompe mécanique sans huile 1_6, pendant que les 30 pompes à absorption et adsorption cryoscopique 18 sont séparées du système à vide par les soupapes 20. On a constaté que la pompe 16 pompe une quantité de l'ordre de 80 5» des gaz constituant l'atmosphère dans le corps _10. On met alors e-i circuit une première pompe 17" des pompes à absorption et adsorption cryoscopique en la raccordant 35 à la pièce de répartition après que la pompe 1_6 a été isolée. La pompe 12 fonctionne pendant un temps relativement court et est ensuite débranchée. On branche alors une seconde pompe 18 sur la pièce de répartition, i'une manière analogue, la troisième pompe 1j£ 6901579 2000693 est alors raccordée L. la pièce de répartition, aprèe que la seconde pompe- J_8 ait été isolée. Jette iiétiiode est spécialement avantageu-ôo, étant do.uié u'elle assure une évacuation aes composants néon ci Léiiui. et a pour tfiet que ces composants sonx isolés des autres 5 On a décrit ainsi une pompe à absorption et adsorption cryos-cop.'que qui est spécialement avantageuse, du fait qu'elle assure 10 une transmission relativement élevée et efficace de la chaleur, pour maintc-..ir la matière de pompage par criblage moléculaire à la te.ï.jçérature de l'azote liquide.', en vue d'assurer un pompage de vide efficace. L'installation de pompage permet en outre un accès amélioré à la matière ae pompage pour les gaz. qui doivent être évacués. 15 ~Aa outre, la forme quc-drangul&ire du corps de pompe est appropriée pour qu'on puisse disposer plusieurs ae ces pompes dans un même récipient à réfrigérant. Bien qu'une forme de réalisation particulière de l'invmntion ait été décrite et représentée, il est bien entendu que diverses 20 modifications peuvent être apportées sans sortir des limites d# l'invention. BAD ORIGINAL 6901579 9 2000693 -EBYBIïDICATIOffS- 1.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique avec.un corps de pompe contenant une matière de pompage moléculaire pouvant être plongé dans un bain de produit réfrigérant liquide — pompe 5 caractérisée par un corps creux de forme fondamentale quadrangu-laire dans lequel est disposée une matière de criblage moléculaire, des moyens étant prévus pour former un parcours d'écoulement essentiellement non étranglés pour les gaz le long du corps creux et pour assurer un accès permanent vers la matière de criblage molé- 10 culaire le long de ce parcours d'écoulement ainsi que des moyens pour assurer la pénétration à l'intérieur -du corps creux pour les gaz à pomper. 2.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que, à l'intérieur du 15 corps creux, sont disposées plusieurs bandes allongées conductrices de la chaleur, qui s'étendent à travers ce ccrps creux en direction longitudinale, et qui sont en contact mécanique avec la matière • de criblage mpléculaire. 3.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique conforme 20 à la revendication 2, caractérisée eu. ce que le corps creux et les bandes allongées sont constituées en une matière ayant un coefficient de conductibilité thermique élevé, les bandes allongées étant placées le long de la face intérieure du corps creux et s'étendant à partir de cette paroi sur les moyens qui forment le 25 parcours d'écoulement, la matière de criblage moléculaire étant remplie entre le corps creux, les bandes et lesdits moyens. 4.- Pompas à adsorption et absorption cryoscopique selon la revendication 3, caractérisée en ce que là parcours d'écoulement est formé par un corps creux intérieur allongé qui présente, dans 30 sa surface supérieure, une- série de perforations. 5.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps intérieur qui » forme le parcours d'écoulement est de forme quadrangulaire et est constitué en une matière de criblage moléculaire. 35 6.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la revendication 5, caractérisée par des moyens de support allongés en direction longitudinale du corps creux pour un élément chauffant, ces moyens de support étant"en contact de transmission de chaleur 6901579 2000693 avec le corps creux. 7.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la revendication 1, caractérisée par un corps de pompe creux de forme rectangulaire qui présente une longueur formée par plusieurs sur- 5 faces de nétal et une paire de surfaces parallèles se faisant face, un cx>rps intérieur allongé rectangulaire qui présente des faces perforées et qui est disposé à l'intérieur du corps de pompe, une série de bandes allongées, conductrices de la chaleur s'étendant en contact de conduction thermique avec les deux surfaces parailè- 10 les, qui s'étendent à l'intérieur du corps de pompe sur le corps intérieur, une certaine quantité de matière à criblage moléculaire disposée à l'intérieur du corps de pompe et dont les cristaux sont en contact mécanique avec la surface intérieure du corps de pompe, avec le corps intérieur et avec les bandes allongées, et des moyens 15 pour assurer l'accès des gaz à évacuer vers l'intérieur du corps de pompe. 8.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs corps intérieurs rectangulaires. 20 g.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la' revendication 8, caractérisée en ce que les corps intérieurs sont ■ constitués en une matière métallique à criblage moléculaire» 10.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique selon la ' revendication 9, caractérisée par une pièce de forme tubulaire qui 25 s'étend en direction longitudinale à travers le corps de pompe, et par une barre chauffante qui est maintenue en contact mécanique. avec ladite pièce tubulaire. 11.- Pompe à adsorption et absorption cryoscopique suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le corps de pompe de 30 forme d'un parail.élipède rectangulaire dont la longueur est sensiblement égale à la largeur et la largeur supérieure à la profondeur, les surfaces se faisant face déterminant la longueur et la largeur du corps de pompe, et la série de corps intérieurs étant disposé» au centre le long de la profondeur du corps de pompe et s'étendant 35 en direction longitudinale dudit corps de pompe.