Brevet FR2782348A1 — publié le 20000218

La présente invention se rapporte à des pompes à vide. Plus particulièrement, l'invention prévoit une pompe à vide hybride du type à éjecteur contenant de multiples tuyères prévues pour obtenir des taux d'évacuation élevés et pour fonctionner avec un rendement élevé. Les pompes à vide sont largement utilisées dans l'industrie, la manipulation et le transport de matériaux, la recherche, en médecine et même dans des applications agricoles. Le degré de vide exigé détermine quel type de pompe est le plus approprié. Les pompes à vide conventionnelles sont de manière typique entraînées par un moteur électrique ou un moteur à combustion interne. Les trois types les plus courants sont la turbine centrifuge, les pompes à palette et les pompes à piston. Les pompes du type à éjecteur sont utilisées pour produire des pressions d'air absolues de 8000 Pa pour un étage unique et de 1333 Pa pour un double étage. D'autres étages peuvent être ajoutés, mais au vide très poussé nécessaire pour des applications telles que le revêtement sous vide de pièces optiques ou pour les films minces déposés sous vide pour la micro-miniaturisation, d'autres types de pompes, tels que le type rotatif à huile étanche ou la pompe à diffusion sont plus appropriés. Une combinaison hybride disponible dans le commerce, par exemple une pompe à jet de vapeur/anneau liquide, peut être le meilleur choix pour certaines applications. Les pompes à vide sont nettement plus efficaces lorsqu'elles sont positionnées aussi près que possible de leur point d'utilisation afin d'éviter de longs tubes de raccordement qui doivent être vidés chaque fois que du vide doit être utilisé. Par exemple, lorsque le vide est utilisé par un robot pour des tâches de manipulation de matériaux, la pompe est de préférence positionnée sur le bras de robot. Toutefois, les mouvements de bras de robot sont ralentis, ou même empêchés, si une charge lourde est fixée sur un tel bras. Par conséquent, c'est un avantage pour des pompes à vide pour une telle utilisation d'être compactes et légères. De nombreuses pompes à vide conventionnelles ayant des corps en métal et des moteurs électriques fixés dessus sont tout à fait inadaptées à un tel service. Les pompes à éjecteur, autrefois connues sous le nom de pompes à jet, fonctionnent suivant le principe de Bernoulli au moyen d'une tuyère libérant un courant de gaz à grande vitesse à travers une chambre d'aspiration reliée à l'équipement à mettre sous vide. Le gaz devant être évacué est entraîné par le gaz à haute pression et est transporté dans un diffuseur en forme de venturi qui convertit l'énergie de vitesse du gaz à haute pression en énergie de pression. N'importe quel gaz sous pression disponible peut être utilisé comme source d'énergie, mais en pratique, le gaz utilisé est de la vapeur ou de l'air. Les pompes à éjecteur ont des avantages attrayants par rapport à d'autres types dans la mesure o elles n'ont pas de pièces mobiles, et ont de faibles coûts d'investissements et d'entretien. Les inconvénients sont que les coûts énergétiques sont plus élevés; et bien que l'air soit gratuit, l'air comprimé peut être coûteux par rapport à électricité. Le bruit peut également être un problème, bien qu'un silencieux de taille correcte monté au niveau de l'orifice de refoulement puisse ramener celui-ci à un niveau acceptable. Des pompes à vide de n'importe quel type, y compris le type à éjecteur, peuvent être reliées en série afin d'obtenir un vide plus poussé ou en parallèle pour atteindre plus rapidement le vide exigé. Les deux types de branchement peuvent être combinés pour produire une rangée de pompes série-parallèle. Les éjecteurs à plusieurs étages offrent des avantages sur le plan du rendement et des niveaux de bruit plus bas. Les éjecteurs à plusieurs étages produisent plus d'écoulement de vide que la consommation d'air comprimé, au contraire des pompes à un seul étage o l'on consomme davantage d'air comprimé que ce qui est retiré lors de la réalisation du vide. Les niveaux de bruit des dispositifs à plusieurs étages sont dans la plage de 55 à 75 dBA, ce qui n'exige habituellement pas un silencieux, comparés aux 90 dBA typiques à prévoir pour des éjecteurs à un seul étage qui rendent l'installation d'un silencieux obligatoire. Dans le brevet US n 4 696 624, le présent inventeur a divulgué un procédé de fabrication d'un dispositif à éjecteur dans lequel plusieurs unités d'éjecteur positionnées dans un boîtier commun ont chacune une chambre d'aspiration. Le dispositif est du type série- parallèle, et possède des clapets permettant le passage d'air d'une chambre à la suivante. Un dispositif semblable est décrit et revendiqué par Lasto dans le brevet US postérieur n 4 880 358. La géométrie de la tuyère optimale est principalement une fonction de la section de la tuyère de gaz moteur et de l'étranglement de venturi, de la pression du gaz moteur, et des pressions d'aspiration et de refoulement; d'autres facteurs d'importance secondaire ont également un effet sur le résultat. Ce qui est clair est que cette géométrie optimale souhaitée pour une tuyère change lorsque la pompe progresse dans l'évacuation d'une chambre. Au démarrage, la pompe à éjecteur est supposée évacuer rapidement de grandes quantités de gaz avec peu de résistance, alors que vers la fin de son activité, la pompe doit évacuer de petites quantités de gaz avec une résistance beaucoup plus élevée. Quelle que soit la situation pour laquelle la tuyère d'éjecteur est optimisée, de l'énergie sous la forme de gaz moteur comprimé est gaspillée au début du pompage ou bien vers la fin, parce que la forme et les dimensions de tuyère ne peuvent pas convenir aux conditions de fonctionnement qui changent. Ce problème est identifié par Tell, qui propose dans le brevet US n 5 205 717 un procédé d'obtention, avec au moins deux éjecteurs actionnés par air comprimé, d'une dépression souhaitée dans le temps le plus court possible et avec la plus petite utilisation d'énergie. Les éjecteurs sont reliés pour travailler un à la fois en réponse à celui d'entre eux qui est alimenté avec de l'air comprimé. L'alimentation en air comprimé est commandée en réponse à la dépression dans une chambre de collecte commune à tous les éjecteurs. Une rangée d'éjecteurs pour le procédé comprend au moins deux tuyères ayant chacune une efficacité optimale à une valeur différente d'air comprimé délivré. Un capteur mesure la dépression dans la chambre commune et dirige l'air comprimé vers un éjecteur à la fois en réponse à la dépression mesurée. En fonctionnement, l'éjecteur fonctionnant le mieux pour l'évacuation de grands volumes reçoit l'air comprimé en premier, et la tuyère fonctionnant la mieux quand la pression d'évacuation est basse reçoit l'air comprimé en dernier. Une gamme de pompes à vide du type à éjecteur disponibles dans le commerce est commercialisée par PIAB. Le vide le plus poussé prétendu pouvoir être obtenu est entre 500 et 10000 Pa, selon le modèle choisi. Un inconvénient des pompes à éjecteur de l'art antérieur est que le rendement est affecté par le transfert d'air dans les chambres intermédiaires, c'est-à-dire entre les étages, entre deux courants d'air parallèles, dont l'un est optimisé pour un pompage de grand volume à faible résistance tandis que le deuxième courant est prévu pour un pompage de faible volume à grande résistance. Ce transfert d'air indésirable est rendu possible par l'utilisation d'une chambre intermédiaire commune pour les deux courants d'air. C'est par conséquent un des buts de la présente invention que d'éviter les inconvénients des pompes à éjecteur de l'art antérieur et de procurer une pompe qui fonctionne plus efficacement à la fois au début et vers la fin de l'établissement du vide. La présente invention atteint les buts ci-dessus en prévoyant une pompe à vide actionnée par air comprimé du type à éjecteur, comportant un boîtier ayant une entrée pour l'air comprimé, une deuxième entrée pouvant être raccordée à l'enceinte devant être évacuée, et une sortie de refoulement, ledit air comprimé entrant étant divisé en au moins deux courants parallèles par une chambre à sortie multiple, chaque courant d'air comprimé passant à travers au moins deux tuyères disposées en série, des chambres intermédiaires entre les tuyères successives de chaque courant parallèle étant prévues séparément pour chaque courant, des soupapes actionnées par pression étant prévues pour empêcher automatiquement l'écoulement du gaz qui est évacué vers certaines desdites tuyères pendant la progression de la production du vide souhaité, et augmenter ainsi l'écoulement d'air dans les tuyères restantes pour l'obtention d'un vide poussé, la pompe étant caractérisée par l'utilisation d'une structure à corps unique qui est utilisée pour supporter de multiples tuyères ayant des formes différentes. Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, il est prévu une pompe à vide de construction empilée comprenant au moins un corps rigide supportant les tuyères, un joint d'étanchéité flexible, et un corps rigide contenant un orifice de gaz, ledit joint d'étanchéité étant comprimé entre les deux corps rigides. Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, il est prévu une pompe à vide dans laquelle lesdites soupapes actionnées par pression sont d'un seul tenant avec le joint d'étanchéité flexible. Il est à noter que, en raison de sa nature modulaire, le dispositif de la présente invention peut servir pour procurer de nombreuses combinaisons différentes. Chaque courant peut être dirigé à travers de multiples tuyères parallèles afin d'augmenter la vitesse d'abaissement de la pression. Plusieurs courants parallèles peuvent être prévus, chacun étant optimisé pour un stade différent du processus d'établissement du vide. Seulement quelques exemples des nombreuses combinaisons possibles vont être décrits ci-après. Des capteurs de pression, tels que ceux décrits par Tell, ne sont pas exigés, du fait que les clapets flexibles dirigent automatiquement l'air entrant provenant de la zone qui est évacuée vers la chambre intermédiaire fonctionnant à la dépression appropriée pour le stade actuel de l'abaissement de la pression. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant aux dessins annexés, qui représentent à titre d'exemple des formes de réalisation préférées de l'invention. Les détails structurels sont représentés seulement lorsque cela est nécessaire pour une compréhension fondamentale de celle-ci. Les exemples décrits, avec les dessins, rendront évident pour les hommes de l'art comment d'autres formes de l'invention peuvent être réalisées. Dans les dessins: La figure 1 est une vue de face d'une forme de réalisation préférée de la pompe selon l'invention; La figure 2 est une vue de côté en coupe montrant la construction empilée de la pompe; La figure 3 est une vue de face d'un joint d'étanchéité avec des soupapes d'un seul tenant; La figure 4 est une vue de face d'une plaque intermédiaire avec quatre orifices de gaz; La figure 5 est une vue de face du joint d'étanchéité de la pompe; La figure 6 est une vue de face d'un corps de boitier de pompe; La figure 7 est une vue de face d'un agencement de pompe ayant de multiples tuyères parallèles; La figure 8 est une vue d'extrémité en coupe d'une plaque équipée des soupapes du type champignon; La figure 9 est une vue de face de la même forme de réalisation; et La figure 10 est analogue à la figure 9, mais possède une soupape anti-retour. On peut voir sur la figure 1 une pompe à vide actionnée par air comprimé du type à éjecteur 10. Le boitier de pompe possède deux composants principaux 12 et 14 que l'on peut voir sur la figure 2. Les deux sont avantageusement fabriqués en matière plastique pour produire une pompe de faible poids. La pompe possède deux entrées, une première entrée 16 pour l'air comprimé que l'on peut voir en haut de la figure 1, et une deuxième entrée 18 pouvant être raccordée à l'enceinte devant être vidée, que l'on peut voir sur la figure 2. Une sortie de refoulement filetée unique 20, que l'on peut voir également sur la figure 2, sert à refouler tous les gaz entrants; un silencieux peut être monté si nécessaire. De l'air comprimé entrant est divisé en deux courants parallèles par une chambre à sortie multiple 22. Chaque courant d'air comprimé passe alors à travers trois tuyères 24 à 34 disposés en série, chaque jet d'air passant à travers des tuyères successivement plus grandes. Des chambres intermédiaires 36, 38, 40, 42 entre des tuyères successives de chaque courant parallèle sont prévues séparément pour chaque courant, chaque chambre aspirant du gaz devant être évacué. Les parois de séparation 44, 46 entre des chambres en dépression adjacentes empêchent l'écoulement de gaz entre les chambres intermédiaires. Des clapets actionnés par pression 48, 50 que l'on peut voir sur la figure 2 sont prévus pour empêcher automatiquement l'écoulement du gaz qui est évacué vers certaines tuyères pendant la progression de la production du vide souhaité. Il en résulte ainsi un écoulement d'air plus fort dans les tuyères restantes pour l'obtention d'un vide poussé. La pompe est caractérisée par l'utilisation d'une structure de corps unique 12 qui est utilisée pour supporter de multiples tuyères 24 à 34 ayant des formes différentes. Le même corps de pompe peut être utilisé pour supporter des tuyères ayant une géométrie différente. Si l'on se réfère au reste des figures, des références identiques ont été utilisées pour identifier des parties similaires. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, on peut voir une pompe à vide d'une construction empilée. Un corps rigide 12 supporte toutes les tuyères 24 à 34, ainsi que l'entrée 16 pour l'air comprimé. Un premier joint d'étanchéité flexible 52, un corps rigide 54 contenant des orifices de gaz 56, et un deuxième joint d'étanchéité flexible 58 sont comprimés entre les deux corps rigides 12, 14 constituant la masse de la pompe. On peut voir sur la figure que les tuyères 24 à 34 sont supportées dans le corps rigide 12, alors que le collecteur creux 60 apparaît dans le deuxième corps rigide 14. Cette séparation des fonctions contribue à la flexibilité de la configuration de conception, de telle sorte que différents agencements de tuyère peuvent être utilisés sans aucune nécessité de changer le collecteur. Le deuxième corps rigide 14 comprend l'entrée 18 de la chambre devant être évacuée, et dans cette forme de réalisation également la sortie d'air 20. La figure 3 illustre un joint d'étanchéité flexible de la pompe à vide décrite en se référant à la figure 2. Trois soupapes actionnées par pression 48, 50 sont représentées d'un seul tenant avec le joint d'étanchéité flexible. L'ouverture 62 permet l'évacuation du gaz. L'ouverture 64 permet l'entrée libre du gaz provenant de la chambre qui est évacuée. Les quatre trous de coin 66 permettent le passage d'éléments de fixation 68 que l'on peut voir sur la figure 2 et qui passent à travers la pompe entière. On peut voir sur la figure 4 une plaque intermédiaire 64 qui, lorsqu'elle est assemblée, est adjacente au joint d'étanchéité représenté sur la figure 3. La plaque porte quatre orifices de gaz 56, dont certains sont obturés par les soupapes 48, 50 jusqu'à ce que la pression dans les chambres intermédiaires 36 à 42 que l'on peut voir sur la figure 1 chute en dessous de niveaux prédéterminés vers la fin du processus d'évacuation. Si l'on se réfère maintenant à la figure 5, il y est représenté un joint d'étanchéité 52 qui, lorsqu'il est assemblé comme sur la figure 2, est disposé entre le boîtier 14 contenant l'entrée 18 de la chambre devant être évacuée et la plaque 54 représentée sur la figure 4. Lorsque de grandes quantités de pompes avec une configuration unique doivent être fabriquées, la plaque intermédiaire représentée sur la figure 4 est combinée avec le corps rigide d'entrée de vide et le joint d'étanchéité 52 de la présente figure est alors éliminé. La figure 6 montre un deuxième corps de boîtier rigide 70 comprenant l'entrée 18 de la chambre devant être évacuée. Le corps 70 n'a cependant pas de sortie d'air, au contraire de la forme de réalisation de la figure 2, la présente forme de réalisation étant utilisée en liaison avec un premier corps de boîtier rigide supportant les tuyères et ayant un orifice de refoulement d'air. La figure 7 illustre un exemple d'agencement de pompe 72 utilisant de multiples tuyères parallèles 74, 76, 78 afin d'augmenter la vitesse d'abaissement de la pression. Les chambres intermédiaires 80, 82 desservant les trois tuyères sont chacune desservies par une unique soupape 48 du type représenté sur la figure 3. Une ligne supplémentaire de tuyères 84, 86, 88 est configurée pour le dernier stade de l'établissement du vide quand de petites quantités de gaz sont aspirées avec une résistance élevée. On peut ainsi voir que la capacité peut être accrue sans augmenter le nombre de soupapes. Au cas o l'on souhaite augmenter encore le nombre de tuyères parallèles, le corps de boîtier rigide 90 peut être épaissi, ou bien un corps supplémentaire peut être ajouté, afin d'accepter d'autres lignes de tuyères sans aucune augmentation du nombre de soupapes. On peut voir sur les figures 8 et 9 des soupapes d'entrée flexibles actionnées par pression 92 d'un type différent de celui précédemment décrit, et qui peuvent être utilisées à la place des soupapes 48, 50 représentées sur la figure 3. Les soupapes d'entrée flexibles 92 sont du type champignon rapportées sur la plaque de base rigide 94. Quand la soupape 92 s'ouvre, du gaz passe à travers les ouvertures 96. Les soupapes 92 peuvent être fabriquées avec des dimensions différentes l'une par rapport à l'autre ou dans des matières différentes, de sorte qu'une soupape s'ouvre à une pression plus élevée qu'une deuxième soupape fixée sur la même plaque. L'ouverture 64 permet l'entrée libre de gaz provenant de la chambre qui est évacuée. La figure 10 montre un détail d'une pompe à vide 98 semblable à celle de la figure 9 mais comportant en outre une soupape anti-retour 100 en communication de fluide avec la deuxième entrée 18. La soupape antiretour empêche le gaz de retourner dans la chambre évacuée quand le pompage est arrêté. REVENDICATIONS 1. Pompe à vide actionnée par air comprimé du type à éjecteur (10), comportant un boîtier ayant une entrée (16) pour l'air comprimé, une deuxième entrée (18) pouvant être raccordée à l'enceinte devant être évacuée, et une sortie de refoulement (20), ledit air comprimé entrant étant divisé en au moins deux courants parallèles par une chambre à sortie multiple (22), chaque courant d'air comprimé passant à travers au moins deux tuyères (24 à 34; 74 à 88) disposés en série, des chambres intermédiaires (36 à 42; , 82) entre des tuyères successives de chaque courant parallèle étant prévues séparément pour chaque courant, des soupapes (48, 50; 92) actionnées par pression étant prévues pour empêcher automatiquement l'écoulement du gaz qui est évacué vers certaines desdites tuyères pendant la progression de la production du vide souhaité, et augmenter ainsi l'écoulement d'air dans les tuyères restantes pour l'obtention d'un vide poussé, la pompe étant caractérisée par l'utilisation d'une structure à corps unique (12) qui est utilisée pour supporter de multiples tuyères ayant des formes différentes. 2. Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pompe est du type multi- éjecteur. 3. Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pompe est d'une construction empilée comprenant au moins un corps rigide (12) supportant lesdites tuyères, un joint d'étanchéité flexible (58), et 13 2782348 un corps rigide (54) contenant un orifice de gaz (56), ledit joint d'étanchéité (58) étant comprimé entre les deux corps rigides. 4. Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites soupapes actionnées par pression (48, 50) sont d'un seul tenant avec ledit joint d'étanchéité flexible (58). 5. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'orifice d'entrée (18) et l'orifice de sortie (20) sont du même côté. 6. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une soupape anti-retour en communication de fluide avec ladite deuxième entrée. 7. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que lesdits corps rigides sont fabriqués en matière plastique afin de produire une pompe de faible poids. 8. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il peut y avoir un ou plusieurs courants dans chaque rangée de chambres. 9. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que toutes les tuyères sont les mêmes ou différentes des tuyères dans une autre rangée de chambres. 14 2782348 10. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que lesdits corps rigides sont fabriqués en matière plastique d'un seul tenant avec une ou plusieurs tuyères afin de produire une pompe de faible poids. 11. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'orifice de sortie est d'un seul tenant avec le boîtier de tuyère. 12. Pompe à vide selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites soupapes actionnées par pression (92) sont séparées du joint d'étanchéité. S15 13. Pompe à vide selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit corps de la pompe à vide et ladite chambre à vide sont d'une seule pièce.