Brevet FR2478220A1 — publié le 19810918

POMPE ET PROCEDE DE POMPAGE D'UN FLUIDE La présente invention concerne une pompe pour un fluide, plus particulièrement destinée à titre d'exemple à constituer au moins un étage d'une pompe à vide pour l'obtention d'un vide exempt de contamination d'huile. Elle concerne ausi le procédé de pompage mottant en oeuvre un tel dispositif, Pour beaucoup d'applications de la technique du vide, l'obteution d'un vide "propre", sans contamination d'huile, est un besoin essontiel. C'est ainsi que les pompes à diffusion d'huile somt de plus en plus souvent remplacées par des pompes ioniques, oryogéniques etc... Malhourausement, ces pompes modernes ne peuvent être misess en oeuvre que si l'on s déjà obtenu une pression "primaire" de l'ordre de la- Torr au maximum. Ce vide primaire doit bien entendu être propre lui aussi. Dans l'état actuel de la technologie, des vides primaires propres de 10- Torr ne peuvent être obtenus que par des pompes à sorption, refroidies à l'as@t@ liquide avec tous les imconvénients que cela comporte. Les seules pompes mécaniques propres en usage sont les pompes dites à membrane. Leur vide limite dans les systèmes à un étage est de l'ordre de quelques dizaines de torr au moins. Cette limite relativement élevée est due, entre autres choses, à l'usage de soupages génératrices de ce qu'on appelle un volume mort ; à la fin de chaque cycle, un petit volume de gaz pompé est emprisonné à la pression de refeulement et retourne dans l'enceinte vidée. D'autre part, les forces exercées à l'admission des gaz doivent équilibrer la pression atmosphérique et le dispositif mécanique d'entrainement est nécessairement lourd et encombrant. La présente invention a pour objet un moyen d'obtenir avec une pompe à membrane un vide primaire "propre", correspondant à une pression limite inférieure à celle des dispositifs existants, avec des moyens mécaniques plus légers et de plus faible encombrement. L'invention s'applique donc à une pompe pour transférer un fluide d'un orifice d'admission à un orifice de refoulement. Selon l'invention, la pompe est constituée par une membrane souple, imperméable, tendue sur un corps fixe rigide, auquel elle est fixée de façon étanche par sa périphérie, les orifices d'aspiration débouchant sous la membrane au centre du corps fixe, les orifices de refoulement étant ménagés dans la région périphérique, dans la membrane elre-mEme, ou alternativement, dans le corps rigide. La face externe de la membranf est d'autre part, dans sa partie centrale, solidaire par collage ou tout autre moyen, d'une platine mobile rigide, de profil circulaire ou polygonal. Cette platine s'appuie toujours par une génératrice au moins, sur le corps rigide, créant ainsi deux compartiments isolés adjacents. Des dispositifs mécaniques, pneumatiques ou électroma gnétiques, impriment à la platine un mouvement pendulaire, augmentant et diminuant ainsi alternativement le volume de chaque compartiment. La géométrie de la platine met automatiquement au cours de ce mouvement, le compartiment en expansion en communication avec l'orifice d'aspiration, tandis que le compartiment en compression en est isolé. Un certain volume de fluide est ainsi admis dans le compartiment en expansion, tandis qu'un autre volume est isolé et comprimé dans le compartiment en compression. À la fin de la compression, la partie libre de la membrane est soulevée par la pression interne à sa périph6- rie, libérant les orifices de refoulement.Le fluide est évacué et la membrane reprend sa position plaquée sur le corps rigide, obturant les orifices de refoulement pendant la phase d'admission. Au cours d'une oscillation complète, chacun des lux compartiments joue ainsi alternativement le role de chambre d'admission et de compression. On remarquera d'autre part que la pression atmosphérique extérieure exerce sur la platine mobile des forces égales de part et d'autre de son axe doscillation et que le couple ré sultant et toujours nul. Deux différences importantes avec les pompes à membranes existantes sont à souligner c'est le volume d'expansion ou de compression qui joue le rple des soupapes. le volume de compression tend vers 0 à la fin de chaque cycle. I1 n'y a pas de volume mort et la pression finale est déterminee seulement par le dégazage des surfaces et les imperfections de fabrication. d'autre part, la pression extérieure exerce un couple nul sur la platine mobile et le mouvement oscillatoire de celle-ci peut etre obtenu en mettant en jeu des forces relativement faibles et donc, des dispositifs légers et peu encombrants (électroaimants par exemple.) L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés. La figure 1 représente une section longétudinale de la pompe. On distingue le corps rigide fixe 1 avec l'orifice centrale d'aspiration 2j la platine mobile de profil polygonal 3 la membrane souple 4 et les deux paires d'électo-aimants À, a et B, b (les bobines ne sont pas représentées). Les aimants A et B sont solidaires du corps fixe rigide 1 (fixation non représentée sur la figure) tandis que les aimants a et b sont solidaires de la platine mobile 3, par l'intermédiaire des cadres articulés 5. Les paires d'électro-aimants A, a et B, b sont alimentées alternativement grace à des diodes par une source de courant alternatif.A l'instant représenté sur la figure, seule la paire 3, b est alimentée et la platine mobile 3 est plaquée à droite de l'orifice d'aspiration sur le corps rigide 1. C1 est pour le compartiment de droite la fin de la période de compression : le gaz comprimé soulève la membrane à la périphérie et s'échappe par l'orifice de refoulement 6. Dans le compartiment de gauche au contraire, qui est en communication avec l'orifice d'asuiration, c'est la fin de la période d'admission. Le courant va maintenant s'inverser et exciter uniquement la paire d'électro-aimants A, a. Le compartiment de gauche va devenir le volume de compression et le compartiment de droite, le volume d'admission.On voit sur la figure comment le profil polygonal de la platine mobile 3 met alternativement en communication avec l'orifice d'aspiration 2 les parties gauche et droite de la pompe. Dans cette réalisation le corps rigide 1 est plan et la platine mobile a un profil polygonal ; d'autres géométries sont évidemment possibles et rentrent dans le cadre de l'invention par exemple, le corps fixe et la platine mobile peuvent être deux surfaces cylindriques de rayons différents, etc... Les parties rigides peuvent être réalisées en acier inox ou en toute autre matière rigide convenable. La membrane fexible est ici en néoprène mais peut entre réalisée avec d'autres matières souples. La figure 2 représente une coupe transversale de la pompe mettant en évidence le dispositif électromécanique utilisé. On distingue le corps rigide plan 1, la platine mobile 3, la membrane souple 4, une paire d'électro-aimants A, a avec les bobines d'excitation 7 et le cadre 5 rendant solidaire la platine mobile 3 avec l'aimant a. La figure 3 représente schématiquement les différentes positions de la platine mobile au cours d'un cycle de fonc ti onnement. La figure 4 indique la manière dont sont alimentés les électro-aimants. Les enroulements d'une paire de bobines donnée sont parcourus dans un sens opposé de façon que les piles des aimants en regard soient de signe contraire. Le matériau magnétique qui constitue les noyaux doit avoir une perméabilité magnétique élevée et un cycle d'hystérésis étroit comme par exemple l'alliage fer-nickel connu commercialement sous le nom de "supranhyster 50". Dans le but de réduire les pertes par induction on peut aussi constituer les noyaux par des empilages de tôles minces en fer-silicium. Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation décrit à titre d'exemple : des forces autres qu'électromagnétiques peuvent tout aussi bien être utilisées. Dans tous les cas on peut noter qu'avec une pompe ainsi réalisée le couple exercé sur la platine mobile par la pression extérioure est nul et que les dispositifs mécaniques, électromécaniques, ou pneumatiques à mettre en jeu peuvent ainsi être de puissance réduite : l'encombrement et le poids de la pompe sont donc relativement très faibles. D'autre part, l'absence de volume mort permet d'abaisser la pression limite. Cette pompe est tout maturcellement destinée aux applications où un vide primaire propre sans contamination d'huile, avec une pression limite faible doit être obtenu, si possible avec des moyens légers et peu encombrants. Par exemple, pour l'amorgage des pompes ioniques ou oryogéniques, @tilisées sur une grande échelle dans les laboratoires de recherche et dans l'industrie électronique. REVENDICATIONS 1. Pompe pour transférer un fluide d'un orifice d'aspiration à un orifice de refoulement, caractérisée : par le fait qu'elle est constituée par une membrane souple imperméable tendue sur un corps rigide auquel elle est fixée de façon dans che par sa périphérie, l'orifice dtaspiration débouchant sous la membrane dans la région centrale du corps rigide et les orifices de refoulement débouchant sous la membrane dans la région périphérique du corps rigide ou bien étant ménagés dans la membrane elle me, toujours dans la région périphérique t par le fait que la surface externe de la membrane est en partie solidaire d'une platine cylindrique mobile de profil cir oculaire ou polygonal ; par le fait que cette platine est toujours appuyée sur le corps rigide le long d'une génératrice au moins, créant ainsi deux compartiments séparés adjacents ; par le fait que la pompe comporte deux dispositifs au moins pour faire osciller la platine mobile sur le corps fixe augmentant et diminuant ainsi alternativement le volume de chaque compartiment ; par le fait que le profil polygonal ou circulaire de la platine mobile met automatiquement le compartiment en expan- sion en communication avec ltorifice d'aspiration tandis que le compartiment en compression en est isolé ; par le fait qu'à la fin de la compression dans un compartiment la membrane se soulève à la partie périphérique correspondante, libérant les orifices de refoulementS et reprend sa position plaquée au corps rigide dès que le fluide est évaoué ; par le fait que, au cours de l'expansion, la partie lbre de la membrane reste plaquée sur le corps rigide obturant les orifices de refoulement correspondants. 2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les dispositifs pour faire osciller la platine mobile sont constitués par deux paires d'électro-aimants, chaque paire étant alimentée par une des alternances d'une tension alternative ; par le fait que dans chaque paire un électro-aimant est fixé au corps rigide tandis que l'autre est fixé a' la platine mobile. Quand une paire est alimentée la partie cor respondante de la platine mobile est plaquée contre le corps rigide. A l'alternance suivante, c'est au contraire la partie symmétrique de la platine qui est plaquée et ainsi de suite. 3. Pompe selon la revendication 1 caractérisée par le fait que deux systemes semblables agissent de part et d'autre d'un même corps rigide, l'orifice d'admission débouchant de part et d'autre de ce corps. 4. Procédé de pompage d'un fluide entre un orifice d'as piration et des orifices de refoulement, caractérisé par le fait qu'il consiste à créer dans le voisinage de l'orifice d'aspiration deux compartiments isolés de volume alternative ment croissant et décroissant au moyen d'une membrane souple étanche fixée d'une part sur la périphérie d'un corps rigide fixe et d'autre part solidaire d'une platine cylindrique os cillante ; par le fait que chaque compartiment ainsi créé n'est en communication avec l'orifice d'admission que quand son volume est croissant et isol4 quand son volume est décroissant. Le gaz ainsi comprimé soulève la membrane à sa périphérie et est évacué par les orifices de refoulement ainsi libérés,