Brevet FR2293609A1 — publié le 19760702

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Bernard MORET DE ROCHEPRISE, a pur objet un piège cryogénique perfectionné à doubie étage. EiXe trouve une application dans les installations destinées à obtenir un bon vide moléculaire propre. On connait des pièges cryogéniques qui comprennent, dans une enceinte munie de brides de raccordement à un circuit de pompage, une ampoule destinée à recevoir un fluide cryogénique, par- exemple de l'azote liquide. Le liquide cryogénique qui s'évapore lentement dans ladite ampoule est rejeté dans l'atmosphère par une ouverture. L'autonomie d'un tel appareil est, en général, assez faible, en raison de ce que les moyens de pompage, situés sous le piège cryogénique, rayonnent un flux thermique en direction du piège, ce qui a pour effet d'accélérer l'évaporation du liquide cryogénique reslduel. Pour réduire ia consommation, on sait qu'on peut utiliser entre le piège cryogénique et les moyens de pompage, un écran ou "baffie" indépendant à ailettes ou à chicanes, refroidies par une circulation d'eau, ou éventuellement par du fréon délivré par une installation auxiliaire appropriée. L'utilisation d'un tei piège présente plusieurs inconvénients dont les principaux sont la réduction considé- rable de la conductance de l'installation de pompage et le risque de gel lors d'une oupure d'eau. L'invention a préci- sément pour objet un piège cryogénique perfectionné qui évite ces lnconvénlents tout en procurant des avantages lmpor- tants, comme l'augmentation considérable de l'autonomie en fluide cryogénique, la réduction de la consommation se trouvant être pratiquement réduite d'un facteur trois, la constance du piégeage étant maintenue quelle que soit ia quantité résiduelle de fluide crycgénique dans l'ampoule. Avec le piège cryogénique de l'invention un seui remplissage par Jour en liquide cryogénique devient donc possible et son utilisation peut éviter les problèmes de régulaticn automatique de niveau de fluide. Ces fesu,tdts sjnt obtenus en remplaçant l'écran inférieur indépendant de l'art antérieur par un écran disposé sous l'ampoule destinée à recevoir le liquide cryogénique, ledit écran étant refroidi paî un serpentin dans lequel circule le fluide gazeux résuitant de l'évaporation du liquide cryogénique contenu dans i'ampoule. De façcn plus précise, la présente invention a pour objet un piège cryogénique perfectionné à double étage du genre de ceux qui comprennent, dans une enceinte munie de brides de raccordement à un circuit de pompage, une ampoule munie d'un conduit pour l'introduction d'un liquide cryogénique et équipée d'un écran disposé sous ladite ampoule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, un serpentin de refroidissement, en contact avec ledit écran et communiquant à une extrémité avec la partie supérieure de ladite ampoule permettant de réutiliser les gaz d'évaporation de l'ampoule et débouchant à l'autre extrémité dans l'atmosphère, ainsi que des moyens pour obturer ledit conduit d'introduction. De toute façon, les caractéristiques et avantages du dispositif de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe du piège cryogénique selon l'invention - la figure 2 illustre l'évolution de la pression dans une installation de pompage munie du piège cryogénique de l'invention. Sur la figure 1, est représenté schématiquement et en coupe, le piège cryogénique à double étage de l'invention. Ce piège 10 est intercalé entre une canalisation de pompage 12 aboutissant à des moyens de pompage 14 et une canalisation ou enceinte d'utilisation 15 Le raccordement entre ces différentes parties s'effectue par des brides classiques 16 et 18 munies de joints d'étanchéité non représentés. Le piège 10 comprend une enceinte 20 et une ampoule 22 destinée à recevoir un liquide cryogénique qui est introduit par un conduit 24 comprenant une barrière thermique constituée d'un soufflet 25 ondulé à paroi mince. Selon l'lnventlon, le piège cryogénique comprend en outre un écran 26 et un serpentin de refroidissement 28, en contact avec l'écran 2S et communiquant avec a partie supérieure de ladite ampoule par une ouverture 30 et débouchant dans l'atmos phère par l'évent 32.Le piège comprend également des moyens 34 pour obturer le conduit dtintroductionr lorsque l'ampoule a été alimentée en liquide cryogénique 36. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant. Le fluide gazeux, qui résulte de l'évaporation du liquide cryogénique résiduel 36, pénètre dans le serpentin 28 par l'ouverture 30 et circule dans celui-ci, pour s'échapper finalement dans l'atmosphère parl'évent 32. L'écran 26 est donc refroidi par le fluide gazeux-qui s'échappe de l'ampoule. Dans le cas de l'utilisation d'azote liquide comme fluide de refroidisseent, l'azote gazeux qui s'échap pe de l'ampoule est à la température d'Evaporation du fluide et il débouche dans l'atmosphère à une température inférieure à l'ambiante. L'écran 26 est donc porté à une température moyenne de l'ordre de - 300C donc très inférieure à ia température des pièges classiques refroidis par exemple à l'eau. On comprend, après cette description, que l'installation de pompage qui est munie du piège cryogénique de l'invention possède une meilleure conductance que celles qui sont équipées des pièges à ailettes ou à chicanes de l'art antérieur, car l'élément 26, s'il assure bien son rôle d'écran thermique, ne réduit pas pour autant la section du conduit de pompage, comme dans les dispositifs de l'art antérieur. - I1 va de soi qu'un tel piège est susceptible de s'adapter sur toutes les canalisations de pompage. La figure 2 représente un relevé experimental obtenu avec une installation de pompage équipée d'une pompe à diffusion d'huile, du piège cryogénique selon l'invention, et d'un manomètre, dans le cas le plus courant où le fluide cryogénique est de l'azote liquide. La courbe représentée.est celle des variations de la pression P, exprimée en torr (1 torr = 1,33 Pascal) et portée en ordonnée, en fonction du temps t porté en abscisse et compté en heures. Après une période de mise en éq-libre des différents paramètres, la pression atteint un palier qui se poursuit jusqu'd environ 27 heures, ce qui représente l'autonomie du dispositif sous vide moléculaire. La consommation en azote liquide est alors de l'ordre de 0,15 1/h pour un piège ayant un diamètre nominal d'environ 150 mm REVENDICATION Piège cryogénique perfectionné à double étage, du genre de ceux qui comprennent, dans une enceinte munie de brides de raccordement à un circuit de pompage, une ampoule munie d'un conduit pour l'introduction d'un liquide cryogénique et équipée d'un écran disposé sous ladite ampoule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un serpentin de refroidissement en contact avec ledit écran et communiquant à une extrémité avec la partie supérieure de ladite ampoule permettant de réutiliser les gaz d'évaporation de l'ampoule et débouchant à l'autre extrémité dans l'atmosphère, ainsi que des moyens pour obturer ledit conduit d'introduction.