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"Perfectionnements apportés aux pompes à condensation"
L'invention est relative à des pompes destinées à faire le vide et utilisant la condensation de vapeur d'un fluide moteur tel que :huile ou mercure.
Les pompes connues de ce genre ont une vitesse de pompage qui diminue rapidement, lorsque la pression du gaz à évacuer devient très faible, par exemple, lors- qu'elle est inférieure à une barye. De plus, cette vi- tesse est beaucoup plus faible pour les gaz légers (hy- drogène, deuterium, helium) que pour les gaz lourds.
La présente invention a pour but d'augmenter en générai la vitesse de pompage desdites pompes, sur- tout pour les gaz très légers et d'empêcher cette vitesse. de diminuer quand la pression du gaz à évacuer-devient
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très faible. Ce dernier résultat, bien qu'obtenu pour tous les gaz, est également particulièrement sensible pour les gaz légers.
L'invention consiste principalement à recouvrir extérieurement certaines parois ou cloisons intérieures chaudes des pompes du genre en question, notamment le chapeau déflecteur se trouvant à l'extrémité supérieure du collecteur intérieur de la pompe, par une deuxième paroi refroidie et thermiquement isolée par rapport à la paroi ou cloison intérieure chaude qu'elle recouvre, et cela afin d'empêcher le contact des molécules de va- peur du fluide moteur avec la sur face extérieure de la partie chaude.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'uti- lisent, de préférence, en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment : en une seconde disposition consistant à placer dans l'admission d'une pompe à condensation, au dessus du chapeau déflecteur, un ou plusieurs disques et un ou refroidis plusieurs anneaux/destinés à arrêter les jets moléculaires de vapeur non condensée dans la pompe, en une troisième disposition relative à un piège intercalé entre une pompe à condensation et la pompe intermédiaire) cette disposition consistant à re- froidir ce piège par un réfrigérant ayant une température inférieure à 0 centigrade,tel qu'air liquide ou neige carbonique, dé préférence,
-Lui robinet étant prévu entre la pompe à condensation et le piège pour isoler ces élé- mentsl'un de l'autre.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application ainsi que certains modes de réalisation desdites dispositions et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux,
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les pompes à condensation du genre (en question comportant application desdites dispositions, les éléments et outils spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les ins- tallations comportant de semblables pompes.
Et elle pourra, de toute façon, être bien com- prise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indi- cation.
La figure 1 montre schématiquement, en coupe axiale, une pompe à condensation établie selon l'inven- tion.
La figure 2 montre une coupe suivant le plan II-II de la'figure l.
La pompe représentée par les dessins comporte un corps refroidi extérieur 1 et un collecteur intérieur .
2. L'extrémité inférieure de ce collecteur est élargie en 3 et forme une chaudière dans laquelle se trouve le fluide moteur à évaporer qui est constitué par exemple par un bain d'huile 4. Ce bain d'huile 4 est chauffé par une résistance électrique 5 dont l'action de chauffage est rendue aussi homogène que possible par un répartiteur de chaleur 6. Les vapeurs d'huile remontent à l'intérieur du collecteur 2, selon les flèches indiquées et en sor- tent,par des ouvertures 7 prévues à l'extrémité supé- rieure du collecteur et éventuellement encore par des ouvertures 8 prévues à un niveau intermédiaire du collec- teur, hors de ce dernier, dans 1*espace annulaire 9 qui se trouve entre le collecteur 2 et la paroi refroidie du corps de pompe 1.
A leur sortie, les jets de vapeur sont .défléchis par des déflecteurs 10 et 11 entourant les ou- vertures 7 et 8 et qui donnent aux jets de vapeur la for- , me de nappes côniques dirigées vers le bas.
Ces jets de vapeur aspirent les gaz à évacuer,
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pour créer le vide désiré à travers l'ouverture supé- rieure 12 du corps de pompe 1 et ces gaz sont évacués hors de la pompe par le conduit 13 qui communique avec la par- tie inférieure de l'espace 9.
En ce qui concerne-lesvapeurs du fluide moteur, elles se condensent au contact de la paroi refroidie du corps de pompe 1 et retournent au bain d'huile 4 en pas- sant par l'espace annulaire 14 de faible épaisseur qui se trouve entre la partie évasée 3 du collecteur et la paroi 1 du corps de pompe.
Des déflecteurs 15 sont prévus pour arrêter les vapeurs d'huile qui pourraient s'élever à travers l'es- pace annulaire 14.
Le refroidissement de la paroi du corps de pompe 1 peut être obtenu de n'importe quelle façon appropriée, par exemple à l'aide d'un réfrigérant tel qu'eau qui traverse une chemise 16 qui entoure le corps de pompe 1, au moins sur une partie essentielle de sa surface. L'en- trée de ce réfrigérant peut se faire en 17 et sa sortie en 18.
Dans une pompe de ce genre, il est nécessaire d'empêcher les molécules du fluide moteur vaporisé de re- monter par l'admission de la pompe vers l'espace où il faut créer le vide.
A cet effet, et selon la disposition princi- pale de l'invention, on entoure certaines parties des parois chaudes du collecteur d'une deuxième paroi re- froidie et thermiquement isolée par rapport à la paroi du collecteur. C'est ainsi qu'on a entouré, dans la pompe représentée par les dessins, le chapeau déflecteur 10 se trouvant à l'extrémité supérieure du collecteur inté- rieur de la pompe d'un deuxième chapeau 19 dont la forme correspond à celle du chapeau 10 et qui est thermiquement isolé de ce chapeau par un intervalle de l'ordre de quel-
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ques millimètres, à l'intérieur duquel règne le vide qui règne dans la pompe.
En outre, le chapeau extérieur 19 est refroidi, par exemple, par le fait qu'il est en liai- son thermique avec la paroi refroidie du corps de pompe 1, et cela à l'aide d'ailettes 20 fixées, d'une part, au deu- xième chapeau 19 et, d'autre'part, à la paroi.1 et ser- vant ainsi en Sterne temps au maintien en place du deuxième chapeau 19. Le gaz à aspirer par la pompe peut évidemment librement ,.. - passer .. à travers les intervalles entre les ai- lettes 20.
''Inexpérience a montré que, par suite de la prévi- sion du deuxième chapeau 19 refroidi et isolé par rapport au premier chapeau 10, l'entrée de molécules de vapeur ' dans l'espace au dessus du chapeau 10 peut être complète- ment empêchée. Cet effet peut s'expliquer de la manière . suivante:sans le deuxième chapeau 19, une partie des molécules de vapeur entrerait en contact avec la surface chaude extérieure du chapeau déflecteur 10 et serait ren- voyée, par cette surface chaude, vers l'entrée de la pompe, sans être condensée,. Le deuxième chapeau 19, d'une part, empêche le contact des molécules avec la sûrface chaude du déflecteur 10 et, d'autre part, condense les molécules qui le frappent; et cela par suite du fait qu'il est re- froidi.
Ces molécules ne peuvent donc plus remonter au- dessusdû chapeau.
Pour-des'raisons constructives, on peut diviser le corps de pompe, ainsi que cela a été montré par la figure 1, en deux parties, la division se trouvant au niveau inférieur des ailettes 20, de sorte que la partie supérieure de la pompe comporte ces ailettes, ainsi que le chapeau refroidi 19, tandis que la partie inférieure de la pompe comporte toutes les autres parties. Les deut parties de la chemise de refroidissement de la pompe com- muniquent l'une avec l'autre par un tube en caoutchouc 21.
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Il est à noter que cette division de la pompe en deux parties n'est nullement nécessaire mais facilite, en certains cas, le démontage et le nettoyage de la pompe.
Ou bien on se contente de procéder ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, ou bien on a encore recours à certaines autres dispositions qui s'utilisent de préfé- rence en même temps mais qui peuvent, le cas échéant, être appliquées isolément.
Selon l'une de ces autres dispositions,on pré- voit, au dessus du chapeau déflecteur se trouvant à l'ex- trémité supérieure du collecteur intérieur de la pompe un ou plusieurs anneaux 22 et un ou plusieurs disques 23, refroidis et à condenser ces anneaux et disques/étant destinés à arrêter/les der- nières traces de vapeur d'huile non condensée qui pour- raient encore être observées au dessus de la pompe. Les diamètres de ces anneaux et disques sont avantageusement calculés de façon telle qu'on obtienne un recouvrement de quelques dixièmes de millimètres pour les rayons mo- léculaires qui proviendraient du bord du chapeau déflec- teur se trouvant à l'extrémité supérieure du collecteur intérieur de la pompe, comme cela est indiqué en pointillé sur la figure 1.
Encore une autre disposition de l'invention est relative à un piège qui est avantageusement inter- calé dans le conduit 13 qui relie la sortie de la pompe
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à condensation à l'adr--7issio-n d.e la Po-ipe 1,ntez.iaéàiaii?e (non représentée sur le dessin).
Selon l'invention, on. refroidit ce piège par un. réfrigérant ayant une températureau dessous de 0 centi- grade, par exemple à l'aide de neige carbonique ou d'air .liquide que l'on introduit dans la capacité 24 se trou- vant à l'intérieur de ce piège. Cette capacité 24 se trouve elle-même enfermée dans un boîtier 25 de façon
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telle qu'un intervalle subsiste entre la paroi extérieure de la capacité 24 et la paroi intérieure du boîtier 25,
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-.-.< ,'5 ' intervalle faisant partie du conduit 13. Un bouchon de visite permet l'évacuation des produits condensés dans le piège. Enfin, de préférence, on intercale, entre -le piège et la'sortie de la pompe, un robinet 27 permettant d'i- soler ces éléments 1 , un de l'autre.
Jusqu'à présent, quand on'chauffait fortement
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l*'huile pour donner/(zne'' plus grande vitesse aux molécules vaporisées et une plus grande densité à la vapeur (condi- tion indispensable pour-avoir une grande.vitesse de pom- page pour les gaz légers qui diffusent très facilement en sens inverse dans la vapeur destinée à les entraîner), l'expérience montrait que la pompe se désamorçait, par suite de la production de traces de vapeur parasites cons- tituées notamment parles produits de carbonisation de l'huile. Cet inconvénient est évité par le piège à air liquidé; ou à neige carbonique sur lequel tiennent se condenser ces traces de vapeur parasites, tandis qu'un piège refroidi à lteau n'aurait pas cet effet.
Grâce à cette disposition de l'invention, on peut donc chauffer très tapement l'huile, sans que le fonctionnement de la pompe soit compromis. Bien au contraire, la disparision progressive des tracés de vapeur parasites donne un vide limite qui va constamment en s'améliorant.
A titre d'exemple, on indique encore des résul- tats obtenus, d'une part, avec des pompes du genre de celle représentée par le dessin et comportant les dispo- sitions selon l'invention et, d'autre part, avec des pom- pes non pourvues des dispositions selon l'invention. Une pompe à condensation de vapeur d'huile dont,la surface d'aspiration comprise entre le chapeau et le corps de pompe était de 120 cm 2 a, lorsqu'elle est non pour- vue des dispositions selon l'invention, une vitesse de
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pompage de 150 litres par seconde pour l'air et de 90 litres par seconde seulement pour l'hydrogène sous la pression de une barye.
Cette vitesse de pompage diminue encore quand la pression de l'hydrogène à évacuer est inférieure à une barye : à 0,15 barye, la vitesse de pompage n'est plus que de 30 litres par seconde ; de plus, des traces de vapeur d'huile remontent toujours en pins ou moins grande quantité au dessus de la pompe ; pour les arrêter complètement, il faudrait utiliser des dispositifs en chicane qui diminueraient encore notablement la vites- se de pompage.
La même pompe munie des dispositif prénédents permet d'obtenir une vitesse de pompage de 700 litres par seconde pour l'hydrogène ; cette vitesse de pompage est constante jusqu'aux plus faibles pressions, et absolu- ment aucune trace d'huile n'est observable au dessus de la pompe.
'Une pompe à deux jets de vapeur en tandem, pla- cée dans le même corps de pompe, ayant une surface nette d'aspiration (entre le chapeau se trouvant à l'extrémité supérieure du collecteur intérieur de la pompe et le corps de pompe) de 200 cm2 donne une vitesse de pompage de 1,5 mpar seconde. A la pression de 1,15 barye, la vi- tcsse de pompage est donc 30 fois supérieure à la vitesse de pompage de la pompe non munie des dispositifs décrits.
L'influence du piège à air liquide ou à neige carbonique ressort des observations suivantes :
Une pompe telle que représentée par les dessin,,:: se désamorce pour une intensité légèrement supérieure à 11 ampères dans la résistance chauffante lorsqu'il n'y a pas d'air liquide dans le piège. Par contre; si on pompe., [et de l'air liquide dans le piège, la même fornctionnc encore parfaitement avec 16 ampères dans la résistance chauffante.
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Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite au- cunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses par- ties ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.