Brevet FR2393604A1 — publié le 19790105

La présente invention concerne un procédé antipollution de remise à l'atmosphère des enceintes sous vide, telles que des fours des installations de traitement de surface, des enceintes destinées à la fabrication des couches minces, ainsi que le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour remettre à la pression atmosphérique une enceinte préala- blement sous vide, sans la polluer, on pourrait soit y introduire un gaz neutre dans un état de pureté relativement poussé, par exemple de l'argon ou de l'azote, soit y introduire de l'air sec débarrassé de ses poussières, et par conséquent exempt de vapeur d'eau. C'est en effet la vapeur d'eau qui pollue pour ainsi dire l'enceinte, car, au moment de recréer ultérieurement le vide dans l'enceinte, l'opération s'effectue alors sous une pression partielle de vapeur d'eau, ce qui conduit à des temps de pompage particulièrement longs et donc trop g#nsnts. C'est cette gêne qui est partiellement assi milée à une pollution. Or, remettre à l'atmosphère les enceintes sous vide en y introduisant un gaz neutre peut présenter, suivant sa nature, et notamment pour les enceintes de grande taille, un réel danger, le gaz pouvant se trouver en quantité suffisante pour créer une anoxémie chez les opérateurs. C'est donc une solution proscrite, si bien que, de toutes facons, le gaz neutre éventuellement introduit dans les enceintes pour évacuer les calories des charges après leur traitement sous vide est ensuite pompé. Quant à la solution consistant à introduire de l'air sec, sa mise en oeuvre est onéreuse car, à eEté d'un ballon tampon et d'un compresseur, elle nécessite surtout un sécheur d'air d'un cott très élevé. On a donc jusqu'ici remis à l'atmosphère les enceintes sous vide en y introduisant directement de l'air ambiant filtré. Au niveau de l'orifice d'introduction de l'enceinte, l'air se détend, ce qui entrain une production de froid et donc une condensation de vapeur d'eau. La présente invention vise par conséquent à éliminer l'inconvénient dA à l'introduction directe de l'air ambiant, et concerne, à cet effet, un procédé de remise à l'atmosphère d'une enceinte sous vide, dans lequel on filtre de l'air ambiant et on introduit l'air dans l'enceinte, caractérisé par le fait qu'après avoir filtré l'air ambiant, on le détend avant d'introduire l'air dans l'enceinte0 Grtce au procédé de l'invention, la détente de l'air ambiant ne s'effectue plus à l'intérieur de l'enceinte sous vide. Dans une mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, on récupère les condensats produits par l'abaissement de teipérature provoqué par la détente de l'air ambiant avant d'introduire l'air dans l'enceinte. Dans ce cas, la teneur en eau de l'sir introduit dans ltencein- te est relativement faible. Dans une autre mise en oeuvre intéressante du procédé de 1' in- vention, on réchauffe l'air avant de l'introduire dans 11 enceinte, sensiblement jusqu'à la température ambiante, de manière à éloigner sa température de son point de rosée, et ainsi pratiquement éliminer tout risque de nouvelle condensation en aval, notamment, à l'inté- rieur de l'enceinte. La présente invention concerne également le dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif, agencé pour se raccorder à une enceinte, est caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre destiné à arrenter les poussières solides en suspension dans l'air ambiant, et une chambre de détente de l'air ambiant communiquant, d'une part, avec la dite enceinte et, d'autre part, avec le filtre par un orifice de faible section. C'est au niveau de cet orifice que la détente de l'air nwhiant se produit, avec abaissement de température. D'autres caractéristique de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du dispositif antipollution de remise à l'atmosphère d'une enceinte sous vide, représentée sur la figure unique annexée qui est une vue schématique en élévation du dispositif de l'1ir#ention. Le dispositif 1, représenté sur la figure, comporte trois parties principales : un filtre 2, une chambre de détente 3 et une chambre de réchauffage 4. Le dispositif 1 est raccordé à une enceinte, non représentée sur la figure, par une vanne d'isolement 5, étanche au vide. Le filtre 2 est un filtre à grande surface, de façon que la perte de charge qui y est créée soit la plus faible possible. Il a pour fonction d'arrêter les poussières solides en suspension dans l'ambiance oùi est pris l'air de remplissage de l'enceinte. La chambre de détente 3 a, de préférence, une forme générale cylindrique, et elle comporte, à sa partie inférieure, un ctne 6, collecteur de condensats, obturable par un clapet 7. La paroi 8 de la chambre 3, bien qu'il ne s'agisse pas d'une condition nécessaire, est formée d'un matériau possédant une inertie thermique appropriée, de manière à constituer un accumulateur frigorifique. Le filtre 2 débouche dans la chambre 3 par un orifice 9, de faible section, de manière que la perte de charge qui y est créée soit telle que la détente de l'air ambiant se produise à cet orifice, et disposé tangentiellement à la chambre 3. Un conduit 10 d'évacuation de l'air plonge dans la chambre 3 et est raccordé à la chambre de réchauffage 4 par une bride 11. Le conduit 10, vertical et de forte section pour limiter les pertes de charge, est disposé dans l'axe de la chambre 3. La chambre de réchauffage 4 est garnie, par exemple, de résistances internes blindées à ailettes 11. Elle a pour fonction de réchauffer l'air évacué par le conduit 10 avant que l'air ne pénètre dans l'enceinte, de manière à éliminer, en aval de la chambre 4, tout risque de nouvelle condensation, et notamment dans l'enceinte. La chambre 4 communique avec l'enceinte par une tuyauterie 12, de forte section pour limiter les pertes de charge, qui est raccordée à la vanne 5 et, par l'intermédiaire d'une bride 13, à la chambre 4. Lorsquton ouvre la vanne dtisolement 5 pour remettre à l'atmosphère l'enceinte, le clapet 7, qui est normalement ouvert, se ferme sous l'effet de la dépression créée dans la chambre de détente 3 l'air ambiant est d1 abord filtré par le filtre 2, puis est admis dans la chambre 3 par l'orifice 9, où il est détendu et refroidi. 'air est admis dans la chambre 3 tangentiellement de façon à tourner à grande vitesse autour du conduit 10, et le long de la paroi 8 de la chambre 3, suivant les flèches 14 de-la figure, comme dans un séparateur cyclonique : les condensats résultant de la détente sont ainsi plaqués par centrifugation contre la paroi 8 de la chambre 3, séparés des gaz, et recueillis au fond du cône 6 de la chambre 3, où ils sont retenus par le clapet 7. Les frigories produits par la détente des gaz sont accumulées dans la paroi 8 de la chambre 3, ce qui évite de faire appel à une source froide extérieure supplémentaire. Dès l'ouverture de la vanne 5, un équilibre de pression s'établit rapidement entre l'enceinte et la chambre 3, l'air étant éva cué de la chambre 3 vers l'enceinte par le conduit 10, la chambre de réchauffage 4 et la tuyauterie 12. Le volume de la chambre 3 étant négligeable par rapport à celui de l'enceinte, aucune pollution de l'enceinte par l'air qui se trouvait dans la chambre 3 avant la remise à I' atmosphère, n' est à crs dre. La détente de l'air ambiant au niveau de l'orifice 9 permet ainsi d'abaisser correctement la teneur en eau de l'air pénétrant dans l'enceinte, l'humidité résiduelle de l'air ayant passé l'ori- fice de détente 9 étant encore abaissée gracie à l'accumulateur frigorifique formé par la paroi 8 de la chambre 3 et aux résistances Il de la chambre 4 qui réchauffent l'air sensiblement jusqu'à la température ambiante. À la fin de la remise à l'atmosphère de l'enceinte, la pression atmosphérique règne à nouveau à l'intérieur de la chambre 3, ce qui ouvre le clapet 7 et permet aux condensats d'être évacués. Un nouveau cycle de traitement sous vide dans l'enceinte, non polluée, peut alors recommencer. On notera que l'invention, qui s'applique à la remise à l'atmosphère de toutes enceintes, notamment pour le traitement de surface et la fabrication des couches minces, est particulièrement bien adaptée pour la remise à l'atmosphère des fours sous vide. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de remise à 1D atmosphère d'une enceinte sous vide, dans lequel on filtre de l'air ambiant et on introduit l'air dans l'enceinte, caractérisé par le fait qu'après avoir filtré lBair ambiants on le détend avant d'introduire l'air dans l'enceinte 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on récupère les condensats produits par l'abaissement de température provoqué par la détente de l'air ambiant avant d'introduire l'air dans l'enceinte. 3 Procédé selon la revendication 2 dans lequel on centrifuge l'air détendu pour récupérer les condensats 4.- Procédé selon l'une des revendications 9 à 3, dans lequel on réchauffe l'air avant de l'introduire dans l'enceinte Se Dispositif de remise à l'atmosphère d'une enceinte sous vide pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, agencé pour se raccorder à la dite enceinte, caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre destiné à arrSter les poussières solides en suspension dans l'air ambiant, et une chambre de détente de l'air ambiant communiquant, d'une part, avec la dite enceinte et, d'autre part, avec le filtre par un orifice de faible section 6.- Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la chambre de détente a une forme générale cylindrique et comporte, à sa partie inférieure, un c3ne collecteur de condensats, obturable par un clapet0 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le dit orifice est disposé tangentiellement à la chambre de détente. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel un conduit d'évacuation de l'air communiquant avec l'enceinte plonge dans la chambre de détente 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel la paroi de la chambre de détente constitue un accumulateur frigorifique. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel une chambre de réchauffage de l'air est disposée entre la chambre de détente et l'enceinte.