Pompe à -vide à Condensation. La présente invention concerne une pompe < < vide à condensation du type à jet annulaire et du genre dans lequel les gaz à évacuer ont accès à l'extérieur du jet annulaire de vapeurs du fluide -de travail, ayant un tuyau de réception partant d'une chambre de va porisation et sui-monté par un capuchon pour faire dévier le courant de vapeurs, de façon à lui donner la forme d'un jet annulaire di rigé vers le bas.
Il est connu que quelques types de pom pes à condensation, fonctionnant avec du mercure comme fluide de travail, peuvent travailler avec d'autres fluides que le mer cure, et, par un choix approprié du fluide de travail (par exemple des distillats obtenus par une distillation fractionnée d'huile miné rale clans un vide élevé), leur fonctionnement comme pompe à vide peut être amélioré.
Quel que soit le fluide de travail, ses va peurs passeront de la pompe vers le disposi tif à évacuer jusqu'à ce que la pression, dans ce dispositif, soit approximativement égale à la pression de saturation des vapeurs du fluide de travail à la température de la par tie la plus froide de la pompe, ou de la trappe froide, au cas où l'on a prévu une trappe refroidie à l'air liquide entre la pompe et le dispositif à évacuer. Au cas où l'on n'utilise point de trappe froide, et où du mer cure est employé comme fluide de travail, la pompe étant refroidie à l'eau, il y aura, dans le dispositif à évacuer, des vapeurs de mer cure à une pression d'environ 0,001 mm.
Si l'on utilise toutefois de l'huile convenable ment préparée comme fluide de travail, il y aura dans le dispositif à évacuer des vapeurs d'huile à une pression considérablement plus faible, de 10-6 mm ou même de 10-7 mm par exemple. On a trouvé que, bien que le fonctionnement d'une pompe de condensation du type décrit puisse ainsi être améliora, cette amélioration entraîne un préjudice du fonctionnement sous d'autres rapports, parce due dans ces pompes, par suite des pertes de chaleur dans le tuyau de réception et dans la.
tige supportant le capuchon ordinaire, il se produit une condensation des vapeurs du fluide de travail sur ces parties, et comme le fluide de travail employé ne peut pas être chauffé, au delà d'une température déter minée, sans subir de décomposition thermi que, il n'est possible que de vaporiser le fluide de travail suffisamment rapidement pour que la partie des vapeurs qui n'est pas condensée sur le tuyau de réception et le capuchon forme un courant suffisamment compact pour produire une action de pom page.
La quantité des vapeurs condensée sur le tuyau de réception et le capuchon est plus grande que dans le cas où l'on emploie du mercure comme fluide de travail, à cause de la température plus élevée, nécessaire pour vaporiser l'huile, lorsqu'on emploie de l'huile comme fluide de travail. Dans quelques types de pompes à condensation qui fonction nent de façon excellente avec du mercure, il ne se produit point de pompage lorsqu'on emploie @de l'huile, jusqu'à ce que la pompe soit chauffée à une température telle que l'huile se décompose, en produisant ainsi des quantités de gaz, et la pompe est sans va-leur.
La pompe suivant l'invention peut être utilisée avec d'autres fluides de travail que le mercure et les pertes de chaleur au tuyau de réception et au capuchon .sont rendues aussi faibles que possible.
Suivant l'inven tion, la pompe- est caractérisée en ce que le tuyau de réception et le capuchon qui le sur monte sont supportés par les parties chauf fées de la pompe au moyen de pièces en mé tal ayant une bonne conductibilité thermique, tandis que la connexion du tuyau et du ca puchon avec les parties plus froides de la pompe est établie de façon que la conduc- tion thermique de cette connexion soit trèw petite par rapport à la conduction thermique entre le tuyau de réception et le capuchon d'une part, et les parties chauffées de la pompe, d'autre part.
Cette pompe peut être construite de façon à éliminer hors d'elle-même et à faire passer dans le vide antérieur des substances qui sont présentes dans le fluide de travail comme im puretés produites dans le liquide de travail par décomposition thermique ou par pénétra tion d'une décharge électrique dans le fluide de travail ou ses vapeurs, ou qui entrent dans la pompe à partir du dispositif à évacuer ou qui y sont présentes pour toute autre raison, lesdites substances ayant une volatilité plus grande que le fluide de travail, mais n'étant pas nécessairement gazeuses à la température ambiante et à la pression régnant dans le vide antérieur.
LTne telle pompe peut être avantageuse ment utilisée pour l'établissement du vide dans des appareils électriques tels que des tubes thermioniques, des tubes à rayons X, etc., où l'on n'emploie point de trappe froide et où une vitesse de pompage élevée est re quise.
Un certain nombre -de molécules des va peurs du fluide de travail atteignent, par une succession de collisions avec d'autres molé cules et avec le tuyau de réception, une vi tesse de direction opposée à la vitesse de la masse du courant de vapeurs. Ce courant inverse de molécules est en général d'une densité suffisamment faible pour que des col- Usions de ses molécules entre elles ou avec des molécules de gaz soient très rares au- dessus du jet, de sorte qu'il ne retarde pas considérablement l'action de pompage, mais le courant inverse peut dépasser considérable ment la pression de saturation du fluide de travail à la température ambiante,
et il peut se condenser dans le dispositif à évacuer. Ses molécules exercent, avant de se conden ser, un effet préjudiciable sur le dispositif évacué, et lorsqu'elles se sont condensées dans le dispositif, elles peuvent être décomposées par exemple par un bombardement électroni que donnant naissance à la formation de gaz. Il est donc avantageux de prévoir une sur face refroidie disposée de façon qu'elle vienne intercepter ce courant inverse de mo lécules du fluide d e travail, tandis qu'en même temps la moindre obstruction possible est offerte nu flux de gaz ô, partir du dis positif à évacuer vers la pompe.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, qui en montre une .coupe ver ticale.
Un tube de pompe 1, fermé à son extré mité inférieure, et refroidi à sa partie supé rieure par une chemise d'eau 11, est muni d'un tuyau de réception 2, partant d'une chambre de vaporisation 10 qui s'appuie sur la base du tube de pompe 1 et qui est ceu- trée près du fond par des saillies 8. Une tige centrale 4 supporte un capuchon 6 et réalise le centrage,de la partie supérieure du tuyau de réception 2 par un croisillon 5.
Au-dessus du capuchon 6, la tige 4 est centrée par un croisillon 7. Le tuyau de ré ception 2 et la tige centrale 4 sont en une matière ayant une conductibilité thermique élevée, par exemple en cuivre, la tige cen trale étant fixée, par exemple, par brasage ou soudure, en bon contact thermique sur la base du tube de pompe 1.
Le croisillon 7 est fait d'une matière de faible conductibilité thermique, par exemple en acier ou en porcelaine. Quelle que soit la matière dont ce croisillon est fait, les bras de celui-ci sont @de préférence rendus aussi minces que possible en tant que cela est compatible avec la solidité mécanique relati vement petite nécessaire pour centrer la tige -1; les extrémités libres des bras,de croisillon sont de préférence pointues.
Le croisillon 7 est vissé sur la tige 4 de façon à pouvoir être enlevé conjointement avec le capuchon et le tuyau de réception, en vue du nettoyage.
A une petite distance au-dessous de la che mise d'eau 11 est placé le tube à vide antérieur 8. Pendant le fonctionnement de la pompe, les parties @du tube de pompe 1, .se trouvant au même niveau que le tube à vide antérieur 8, et le tube 8 lui-même, peuvent atteindre des températures considérablement plus élevées que la température ambiante, par exemple de 50 à<B>100</B> C, par conduction -de chaleur<B>à</B> partir de la base.
Ainsi, si des impuretés contenues dans le fluide de travail ont une pression de vapeur, à une température quel conque, par exemple aussi grande que la pres sion des vapeurs du mercure à la même tem pérature, ces impuretés seront à l'état gazeul dans le tube à vide antérieur et ne se con denseront pas, à moins que la pression ne dépasse (dans l'exemple choisi) environ i! mm. Le tube à vide antérieur 8 est agencé pour pouvoir être relié, par un joint métalli que ajusté pouvant être rendu étanche par un joint à huile, à un tuyau recourbé vers le bas de façon que des substances qui se con densent dans le tube à vide antérieur à l'en droit où il est froid ne coulent pas de nou veau dans la pompe.
Le tube à vide anté rieur 8 a une courbure d'abord vers le haut et ensuite vers 1e bas.
Dans la partie,du tube de pompe 1, située entre le tube à vide antérieur 8 et la cham bre de vaporisation 10, on a fixé, autour du tuyau de réception 2, des cônes déviateurs 12 qui s'étendent radialement dans le tube de pompe jusqu'à une distance d'environ 1 mm de la paroi. La partie du tube de pompe 1, qui comprend la chambre de vaporisation, a des parois épaisses et est d'une bonne con ductibilité thermique, cette partie étant éta blie de préférence en cuivre, de façon que la chambre de vaporisation 10 soit entourée de fluide de travail chaud et non de fluide froid. Cette chambre de vaporisation, qui soutient le tuyau 2, est en un métal de bonne conductibilité thermique.
Il y aura ainsi un écoulement de vapeurs vers le haut à l'extérieur .du tuyau de réception 2 et les cônes déviateurs 12 ont pour but d'empêcher ce courant de vapeurs de monter plus haut en passant près du tube à vide antérieur et d'exercer ainsi une action de pompage in verse. La partie du tube de pompe 1 renfer mant les cônes déviateurs a une paroi très mince afin d'empêcher toute conduction de chaleur. Il est désirable que, près du tube à vide antérieur, la température soit telle que des impuretés plus volatiles que le fluide de travail puissent avoir une pression de satura- tion considérable, mais toutefois pas si élevée que la perte de fluide de travail par le tube à vide antérieur soit excessive.
Les chiffres suivants sont donnés, à titre d'exemple, pour indiquer l'ordre .de grandeur de la tempéra ture à laquelle on peut laisser s'élever prati quement les différentes parties du tube de pompe 1, dans une pompe pouvant travailler à l'encontre d'un vide antérieur de 0,75 mm. Au niveau 13: 50-100 C Au niveau 14: 150-200 C Au niveau 15: 250-300 C.
La perte de fluide 4e travail est négli geable, quand bien même on utilise des pres sions de vide antérieur s'approchant de 0,001 mm, lorsqu'on emploie un fluide de travail ayant une pression de vapeur suffi samment basse pour l'évacuation, par exem ple, de valves thermioniques sans l'emploi de réfrigérants artificiels.
Au-dessus du capuchon 6 est fixé, dans le tube de pompe 1 et en bon contact thermique avec celui-ci, un disque conducteur 17, et le capuchon étant de forme tronconique, un dis que conducteur 18 est fixé -à la tige centrale 4. Lorsqu'on emploie un capuchon ayant une forme cylindrique, le disque 18 peut être supprimé. Ces disques ont un diamètre tel qu'une molécule se déplaçant dans la direc tion générale des flèches à partir du niveau 16 ou étant renvoyée dans une direction quel conque, soit arrêtée par les disques 17 et 18 et ne puisse sortir par l'embouchure de la pompe. Dans le cas représenté, on emploie, en addition au disque 18, un disque 19 sup porté au moyen de trois bras par le disque 17.
Le disque 19 n'est pas indispensable et on trouvera en général que l'arrangement -des disques 17 et 18, tout en étant suffisant pour intercepter complètement le courant inverse de vapeurs du fluide de travail, offre une obstruction minimum au flux de gaz venant du dispositif à évacuer.
Les dimensions et les niveaux des disques 17 et 18 sont choisis de façon que, tandis qu'ils remplissent les conditions sus-indiquées, les aires entre le bord du disque 17 et le bord du disque 18, et entre le bord du disque 18 et le tube de pompe 1 et l'aire de l'ouverture du disque 17, soient approximativement égales de façon à obtenir un flux de gaz le plus rapide vers l'entrée 16 -du jet du fluide de travail.
La surface du disque 17 et celle du dis que 19 et de ses supports doivent être for mées de façon que le fluide de'travail qui se condense sur ceux-ci, ne vienne pas tomber en gouttes sur les parties chaudes de la pompe, mais coule en bas à l'intérieur du tube de pompe.
En fonctionnement, le fluide de travail, provenant de la chambre de vaporisation<B>16,</B> monte à l'intérieur du tuyau de réception 2 et est dévié par le capuchon 6 de façon à lui donner la forme d'un jet annulaire dirigé vers le bas et retournant à la chambre -de va porisation 10 par des trous 20 prévus dans la portion de base de cette dernière.
Le fluide de travail passe près de l'embouehure du tube à vide antérieur 8 et une action d'aspiration tend à se manifester, grâce à laquelle un dispositif fixé au sommet du corps de pompe à l'aide de moyens de raccord par vissage, comme il est indiqué au dessin, peut être évacué, les gaz évacués étant éloignés par le tube à vide antérieur 8 qui est, bien entendu, relié à une autre pompe quelconque, grâce à laquelle une évacuation grossière du disposi tif fixé à l'embouchure de la pompe peut être effectuée.
On peut aussi employer deux pompes tel les que celle sus-décrite et disposées en cas cade, fonctionnant avec des fluides de tra vail organiques, l'une de ces pompes étant construite pour travailler à l'encontre de la pression la plus élevée possible avec le fluide donné, tandis que l'autre, appelée pompe à vide fin, est construite pour la vitesse la plus Mevée possible et n'a à travailler qu'à l'en contre d'une pression très faible.
Le risque de surchauffer et de décomposer le fluide de travail dans la pompe à vide fin est ainsi rendu très petit, tandis qu'une décomposition légère .du fluide de travail dans la première pompe n'a pas de conséquence grave. La première pompe peut, si on le désire, être actionnée avec un fluide de travail pas sablement plus volatil.