Brevet FR2108771A1 — publié le 19720526

la pré. sente invention concerne des baffles et des piges utilisés dans les systèmes de pompage h vide et a trait, plus particulibresent à des pièges - baffles d'équerre, c'est-à-dire ceux qui sont intégrés à des coudes ou renvois d'angle. Des pièges ou baffles sont généralement utilisés avec des pompes à diffusion pour empocher ou réduire la pénétration des vapeurs du fluide de pompage dans l'enceinte à vider et ils sont généralement situés en amont de ces pompes. Ils assurent généra- lèvent une opacité optique entre l'orifice d'évacuation de l'en- ceinte et l'orifice de pompage; la pompe, les pièges employés ici étant généralement cryogéniques. On connait des baffles réfrigérés ou des piges cryogéniques associés à des baffles, par exemple du type à chevrons simplex (V) ou doubles (Z), décrits par exemple dans l'ouvrage de Trendelenburg publié en 1966 par Gauthier - Villars à Paris (pp. 128, 135 et 136), intitulé "l'Ultravide", qui présentent une conductance adéquate. Toutefois, lorsque de tels pièges - baffles sont raccordés i l'enceinte par l'intermédiaire d'un coude, la conductance équivalente d'un tel ensemble est considérablement réduite. Le dispositif selon la présente invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans celui-ci en effet le piège - baffle est intégré dans un coude à angle droit de manière à assurer àcet ensemble une grande conductance. suivant l'invention un piège - baffle ou baffle d'équerre est caractérisé par le fait qu'il comprend : un corps coudé reliant ensemble un conduit d'entrée et un conduit de sortie perpendiculaires l'un par rapport b l'autre 5 un faisceau d'ailettes curvilignes minces, de forme semblable, disposées dans la partie coudée du corps et assurant l'opacité optique entre deux plans perpendiculaires situés respectivement à entrée et à la sortie du coude, aucune tangente à ces ailettes n'étant horizontale afin de faciliter l'écoulement du fluide fixé, piigé ou condensé sur celles-ci. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparattront b l'aide de la description ci-aprbs, donnée à titre d'exemple, et des dessins annexés s'y rapportant sur lesquels - la figure 1 représente en coupe un mode de réalisation simple d'un baffle d'équerre selon l'invention - la figure 2 illustre une méthode du tracé permettant d'établir les valeurs limites du pas variable des ailettes de section cirsalaire et des ouvertures centrales pratiquées dans ces ailettes;; - la figure 3a et 3b illustrent une bride permettant le raccor dament en parallèle de deux moyens de pompage au baffle de la figure 1 - la figure 4a représente en coupe le mode de réalisation préféré d'un pibge - baffle cryogénique selon l'invention, la figure 4b illustre une vue de face de celui-ci ; et - la figure g représente en coupe un mode de réalisation de ltéX; ment 31 de la figure 4a, destiné à alimenter le piège - baffle en fluide cryogénique. Tel qu'il est représenté sur la figure 1, le baffle d'équerre selon l'invention comprend un corps 1 coudé en angle droit, qui constitue le conduit entre une enceinte et un groupe de pom- page k vide comprenant, par exemple, une pompe h diffusion, auxquels il est respectivement raccordé b l'aide de brides d'entrée 2 et de sortie 3. Le corps 1, ici de section rectangulaire, est raccordé à un tube cylindrique 4 assurant sa liaison avec le groupe de pompage au moyen d'une pince intermédiaire 5. Il est å noter que le corps 1 peut également avoir une section autre que rectangulaire comme par exemple circulaire ou elliptique.Pour assurer l'opacité entre le plan horizontal de sortie da coude (parallble A celui de l'orifice d'admission de la pompe) et le plan vertical de son entrée il est muni d'un faisceau d'ailettes 6 minces, cylindriques et coaxiales b pas variable. Chacune des ailettes 6 est respectivement fixée par ses deux extrémités aux parois latérales du corps 1. L'axe 0 des ailettes 6 est perpendiculaire au plan définit par les axes des conduits d'entrée (corps 1) et de sortie (tube 4) du renvoi d'angle (coude)0 Dans un plan parallèle au plan de la bride de sortie 3 cet axe 0 est avantageusement situé approximativement au niveau de la paroi inférieure du conduit d'entrée (corps 1). iwans un plan parallèle au plan de la bride d'entrée 2, il est déporté vers cette dernière par rapport au point de la paroi du conduit de sortie (tube 4) le plus proche de cette bride 2. les plans respectivement reliant les deux extrémités des ailettes à leur axe commun forment un angle cRinférieur b 90 , c'est-à-dire qu'aucune tangente, à ces ailettes n'est horizontale afin d'assurer l'écoulement vers la sortie du fluide piégé ou condensé. les ailettes 6 sont généralement réalisées en un métal bon conducteur thermique et elles sont refroidies par un fluide frigorigène circulant dans des tubes contigus à celles-ci (non représentés sur la figure 1). Dans un mode de réalisation de l'invention les ailettes périphériques 7 et 9 sont continues tandis que les ailettes intermédiaires sont interrompues dans leur partie médiane afin d'accrottre la conductance de cet élément tout en maintenant l'opacité. la détermination du pas et de la largeur de l'interruption des ailettes résulte d'un tracé géométrique en tenant compte de 1'impératif de l'opacité optique, illustré par exemple sur la figure 2. Sur la figure 2, on a représenté une méthode du tracé du pas variable des ailettes et de la largeur maximale admissible de leur interruption, valable au cas où les extrémités de toutes les ailettes se situent sur deux plans ayant une intersection dans l'axe des ailettes. On y trace d'abord la droitehorizontale OA, puis l'on choisit l'anglet qui doit être inférieur à 90 et l'on trace la droite OB, ces deux droites délimitant l'étendue des ailettes. Ensuite on divse l'angle &alpha; par deux et l'on trace la droite 5 enfermant avec la droite OA un angle égal à &alpha;/2. Dès lors on peut effectuer le choix du rayon OR1 de l'ailette intérieure 7 du coude, de manière qu'au moins l'extrémité supérieure de celle couvre la partie la plus à gauche du conduit de sortie (tube 4) et on trace un arc de cercle au rayon OR1 qui respectivement coupe les droites OA et OB aux points RA1 et RB1. Ensuite on trace une tangente à cet arc de cercle au rayon OR1 àl'intersection de celui-ci avec la droite OC, cette tangente Ra2 RB2 intersectant la droite OA au point RA2 et la droite OB au point RB2, dont les distances par rapport au centre 0 donnent un rayon OR2 légèrement supérieur au rayon maximal admissible de la seconde ailette. Puis on trace un arc de cercle au rayon lé- gèrement inférieur à ORA2 et une tangente à celui-ci à son intersection avec la droite OC la tangente RA3 RB3 détermine le rayon de la troisième ailette qui doit être inférieur à OR3 de la même manière que la tangente RA2 RB2 pour la seconde. Pour déterminer la largeur maximale de l'interruption de chaque ailette on peut procéder de deux manières différentes a) soit on trace une première droite RA3 RB2 reliant l'extré- mité supérieure de l'ailette en question à l'extrémité inférieure de l'ailette suivante.Le point d'intersection de la pre mabre droite avec l'arc de cercle représentant l'ailette constitue l'une des extrémités de l'ouverture maximale dont l'autre er trémité est représentée par l'intersection de l'arc de cercle au rayon 2 avec la droite 5, c'est-à-dire dans un cas général, par le point milieu de cette ailette ; b) soit on trace uae seconde droite RA2 RB3 reliant l'extrémité inférieure de l'ailette en question à l'extrémité supérieure de l'ailette suivante.Les extrémités de l'interruption maximale de cette ailette sont respectivement représentées par l'iatersec- tion de la secoade droite avec l'arc de cercle représentant l'ailette et le point médian de cette dernière. les angles d'ouverture maximale admissible sont respectivement représentés ici soit par l'angle (&alpha; - ss ou par l'angle ( # - &alpha;/2). il est à noter que, lorsque le pas des ailettes est inSé- rieur au pas maximal, il est possible d'augmenter l'ouverture médiane de la manière suivante : si l'une des extrémités de l'ouverture est déterminée par l'intersection entre l'ailette à couper et la droite reliant l'une des extrémités de cette dernière à l'extrémité opposée de l'ailette suivante, l'autre extrémité de l'ouverture maximale est représentée par celle des deux ietez; sections entre cette ailette et la droite reliant les deux ex trémités de l'ailette suivante, qui est la plus éloignée de la première. On notera ici, que les ailettes peuvent prendre des formes autres que circulaire, voir elliptique, hyperboliqwe, parabolique ou généralement curviligne, qui seront dans ce cas homothétiques par rapport à un centre 0 Ou bien encore, les angles formés par les deux droites reliant-les extrémités des ailettes à leur centre d'homothétie peuvent être différents. Dans ces cas, en général, le pas maximal admissible peut etre déterminé à l'aide d'un tracé oh la droite reliant les deux extrémités d'une ailette doit être au moins tangente à l'ailette précédente ou bien la couper en deux points.Ceci signifie, pour des ailettes en forme d'arc de cercle que la corde doit au moins toucher l'ailette préc#dente. Pour le tracé de l'interruption des ailettes on procède de la manière décrite précéd#ent. Les figures 3a et 3b illustrent un type de bride de ortie permettant de relier le baffle de la figure 1 en parallèle à deux moyens de pompagesdistincts, qui peuvent être de nature dif- férente (par exemple, une pompe à diffusion et une pompe ionique) sans qu'il y ait d'interaction entre ceux-ci (c'est-à-dire péné- traction da fluide moteur autour de l'une des pompes dans l'autre). la figure 3a représente une vue d'en haut de la bride de jonction de deux pompes en parallèle et la figure 3b une coupe selon de la première. sur les figures 3a et 3b on a représenté en 14 le conduit de sortie du baffle, 13 étant la bride solidaire de celui-ci. La bride 13 comprend des ouvertures 11 et 12 respectivement rac cordes aux orifices d'aspiration de deux pompes à vide repré sentées par des tubes cylindriques 15 et 17. Ces tubes cylindriques 15 et 17 sont respectivement solidaires des brides 16 et 18 montées sur la bride 13, l'étanchéité de ces raccordements étant assurée à l'aide de joints 19 et 20. les figures 4a et 4b représentent le mode de réalisation préféré de l'invention, qui est constitué par un piège - baffle d'équerre cryogénique. Sur ces figures les momies chiffres désignent les mêmes éléments que sur la figure 1. Sur le dispositif illustré par les figures 4a et 4b, les ailettes 6 ne sont pas portées par les parois latérales du corps 1 mais par deux réservoirs latéraux 21 et 22 contenant du fluide cryogénique reliés entre eux par trois tubes 23, 24 et 25 assurant la circulation de ce dernier et la rigidité mécanique de l'ensemble. Le premier tube 23 constitue un obstacle dans le chemin des molécules fluide moteur et de ce fait remplace l'ailette intérieure 7 de la figure 1. L'ensemble composant le piège constitué par les réservoirs latéraux 21, 22 et les ailettes 6 est amovible et Iton peut l'extraire par la face avant. il est logé sur des glisssibres 26 et 27, de pré!~rence à l'aide de galets ou pieds coniques (non représentés) de manière à obtenir des contacts très localisés assurant le minimum de pertes calorifiques0 On a disposé un réservoir supplémentaire 28 de fluide cryogénique (azote liquide, par exemple) au dessus de l'ensemble à l'intérieur du corps 1. Ce réservoir 28 est de forme cylindrique et il est relié au tube inférieur 24 reliant ensemble les réservoirs latéraux 21, 22 à l'aide de deux tubes d'alimentation 29 et 30 et d'une bride 31 de conception particulière, qui sera décrite ci-après (voir figo 5). Le réservoir 28 est alimenté de l'extérieur par un tube 37 traversant le corps 1 de manière étanche0 Une telle disposition du réservoir 28 présente les avantages suivants - assurer l'isothermie du baffle, - augmenter l'autonomie du piège, - augmenter la surface de pompage cryogénique et de la conden sation des vapeurs, - diminution du volume parasite à pomper dans le corps i du coude, et - limitation des pertes d'azote liquide, le réservoir étant sous vide. La bride 31 de liaison entre le réservoir 28 et le piège est démontable et assure également l'évacuation du fluide cryogénique sous forme gazeuse0 A cette fin il relie en outre le tube supérieur 25 à un tuyau d'évacuation 32o Le démontage de la bride 31 est effectué par une ouverture pratiquée dans la face arrière du corps 1, représentée par un tronçon de tube 330 L'ouverture est normalement fermée par une tape 35 et un Joint d'étanchéité 36o On remarquera ici, que le réservoir supplémentaire en charge peut prendre d'autres formes que celle décrite et représentée0 Par exemple, elle peut etre de section rectangulaire, ovale ou elliptique, ce qui lui permet d'occuper davantage de place à l'intérieur du corps t du coude0 La figure 5 représente en coupe un mode de réalisation d'une bride 31 assurant, dLune part l'alimentation et l'évacuation des réservoirs latéraux 21 et 22 des figures 4a et b et, d'autre part, l'amovibilité du piège0 Sur cette figure, la bride 31 comprend deux parties 310 et 311, respectivement solidaires du piège et du réservoir 28 (de la figure sa) qui s'emboîtent l'une dans l'autre. Chacune de ces parties 310 et 311 comprend deux canaux Juxtaposés, les uns pour l'alimentation du piège, désignés respectivement par les repères 312 et 314, et les autres pour l'évacuation de celui-ci, 313 et 315. La bride 31 comprend en outre deux joints d'étanchéité 316 et 317 en une matière élastique ou élastomère constituée, de pré férence, par du polytétrafluoréthylène. Le premier joint 316 muni de deux ouvertures Juxtaposées situées en regard des canaux préci tés sert à isoler ces derniers l'un de l'autre, tandis que le second 317 de forme annulaire entourant le premier sert à isoler les conduits du fluide cryogénique; du système évacué. Les deux pièces 310 et 311 s'emboîtant l'une dans l'autre sont assemblées et montées de manière connue (non représentée sur la figure 5)j la manipulation s'effectuant par l'ouverture arrière 33 du corps 1 (de la figure 4a). Le baffle ou le piège - baffle, objet de l'invention, peut titre utilisé dans tous les cas où il s'agit d'isoler l'un de l'autre deux éléments successifs d'un système à vide au moyen d'un écran optique et/ou d'une barrière thermique, par fixation ou condensation, lorsqu'un coude est indispensable dans le système de vide. Plus particulièrement, ils peuvent titre disposés entre une enceinte à vide et un dispositif de pompage ou entre deux disposé ~tiJ=b de pompage semblables ou différents, montés en cascade ou en parall#e (voir figures 3a et b)o - E#NDICÂTIONS 1 - Baffle d'équerre caractérisé par le fait qu'il comprend : un corps coudé (1) reliant ensemble un conduit d'entrée et un conduit de sortie sensiblement perpendiculaires l'un par rapport à l'autre ; un faisceau d'ailettes curvilignes (6) minces, de formes semblables, disposées dans la partie coudée du corps et assurant 1' opacité optique entre deux plans perpendiculaires situés respectivement à l'entrée et à la sortie du coude, aucune tangente à ces ailettes n'étant horizontale afin de faciliter l'écoulement du fluide fixé, piégé ou condensé sur celles-ci. 2 - Baffle d'équerre suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites ailettes (6) curvilignes sont homothétiques par rapport à un axe (O) commun situé à proximité de l'intersection interne des plans médians des deux conduits perpendiculaires. 3 - baffle d'équerre suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les doites reliant les deux extrémités de chacune des ailettes à l'axe (0) d'homothétie forment un angle inférieur à 9t 4 - Baffle d'équerre suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'axe d'homothétie (O) des ailettes (6) est, d'une part, situé sensiblement au niveau inférieur du plan médian du conduit d'entrée et, d'autre part, légèrement déporté vers ltorifice d'entrée par rapport à l'intersection interne des plans médians des deux conduits perpendiculaires0 5 - Baffle d'équerre suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que les distances entre ailettes voisines du faisceau (6) sont variables. 6 - Baffle d'équerre suivant la revendication 5 telle que rattachée à la revendication 2, caractérisé par le fait que la distance maximale admissible entre deux ailettes voisines est déterminée de manière que la droite reliant les extrémités d'une ailette soit au moins tangente à l'ailette située en amont à la première par rapport à l'axe d'homothétie (O). 7 - Baffle d'équerre suivant l'une des revendications 2, ), 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait, que les ailettes intermédiaires sont interrompues sur leur partie médiane sur une distance maximale délimitée, d'une part, par l'intersection d'une droite reliant l'une des extrémités de cette ailette à ltestrémité opposée de l'ailette voisine située en aval par rapport à l'axe (O) avec la courbe représentant le profil de la première, et, d'autre part, par le point de contact ou l'intersection, la plus éloignée de la première, entre la droite reliant les deux extrémités de cette ailette voisine et la courbe. représentant le profil de l'ailette à interrompre. 8 - Baffle d'équerre suivant l'une des revendications 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que les ailettes (6) ont la forme de cylindres coaxiaux0 9 - BafSle d'équerre suivant l'une des revendications 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que les ailettes (6) sont fixées de part et d'autre entre deux réservoirs latéraux (2t, 22) reliés entre eux, contenant du fluide cryogénique et disposés i l'intérieur du corps (1), l'ensemble formé par les réservoirs et les ailettes constituant un piège cryogénique. 10 - Piège - baffle d'équerre suivant la revendication 9', caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un réservoir suppS mentaire (28) de fluide cryogénique disposé à l'intérieur du corps au-dessus de l'ensemble constitué par les ailettes (6) et les réservoirs latéraux (21, 22) et relié à la partie inférieure de ces derniers par un premier conduit (29i 30), un second conduit d'alimentation (57) du réservoir supplémentaire traversant le corps (1) de manière étanche au vide. il - Piège - baffle d'équerre suivant l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'en vue de réduire les pertes calorifiques, l'ensemble ailettes - réservoirs latéraux est monté sur la paroi inférieure du corps à laide de pieds de surface réduite lui assurant des contacts très localisés avec cette paroi. 12 - Piège - baffle d'équerre suivant l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'en vue de rendre le piège amovible, la paroi inférieure du corps comprend des glissières portant l'ensemble ailettes - réservoirs latéraux par l'intermédiaire de galets. 13 - Piège - baffle d'équerre suivant la revendication 12 telle que rattachée à la revendication 10, caractérisé par le fait qu'en vue de relier le réservoir supplémentaire (28) à un ensemble ailettes - réservoirs latéraux amovible, il comprend une bride (31) cozeportant deux parties (310, 311) s'emboitant l'une dans l'autre, ces deux parties comprenant respectivement des canaux d'alimentation et d'évacuation juxtaposés, isolés l'un de l'autre au moyen d'un premier Joint d'étanchéité (316) muni de deux ouvertures juxtaposées en regard desdits canaux et rendus ensemble étanches au vide par un second joint (317) de forme annulaire entourant ledit premier joint (316). 14 - Système à vide comprenant une enceinte et au moins un dispositif de pompage à vide, caractérisé par le fait qu'il comporte un baffle ou piège - baffle d'équerre suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 92 10, 11, 12 ou 13 inséré en amont de l'un desdits dispositifs de pompage.