FR2572794A1 - Method for increasing the absorption capacity of a cryopumping pump and associated cryopumping pump - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE POUR AUGMENTER LA CAPACITE D'ABSORPTION
D'UNE POMPE DE CRYOPOMPAGE ET POMPE DE CRYOPOMPAGE
ASSOCIEE
Les enceintes destinées à travailler sous un bon vide, c'est-à-dire à une pression inférieure à 10 Pa, ainsi que les processus réalisés à I'inté- rieur de ces enceintes, dégazent. L'expérience montre que les principaux constituants du gaz ainsi dégagé sont l'hydrogène et la vapeur d'eau.PROCESS FOR INCREASING ABSORPTION CAPACITY
OF A CRYOPOMPAGE PUMP AND CRYOPOMPAGE PUMP
ASSOCIATED
The chambers intended to work under a good vacuum, that is to say at a pressure of less than 10 Pa, as well as the processes carried out inside these chambers, degass. Experience shows that the main constituents of the gas thus released are hydrogen and water vapor.
La vapeur d'eau peut être facilement pompée par des moyens classiques ou par une paroi refroidie en-dessous de 100 K. L'hydrogène peut être pompé aisément par des moyens classiques si la pression minimale que l'on veut obtenir n'est pas inférieure à 10 5 Pa. Water vapor can be easily pumped by conventional means or by a wall cooled below 100 K. Hydrogen can be easily pumped by conventional means if the minimum pressure to be obtained is not less than 10 5 Pa.
Pour atteindre une pression inférieure, on emploie une pompe cryogénique.To reach a lower pressure, a cryogenic pump is used.
Le cryopompage permet d'obtenir un vide poussé en fixant les molécules d'un gaz contenu dans une enceinte sur une ou plusieurs surfaces froides en utilisant les phénomènes de condensation et d'adsorption éventuellement renforcés par un effet d'enfouissement appelé cryo-piégeage". Cryopumping makes it possible to obtain a high vacuum by fixing the molecules of a gas contained in an enclosure on one or more cold surfaces by using the phenomena of condensation and adsorption possibly reinforced by a burial effect called cryo-trapping " .
Au cours du processus de condensation, les molécules incidentes sont ralenties par échange d'énergie avec la surface froide et restent prisonnie- res dans le puits de potentiel de Van der Waals. Le procédé est peu sensibLe au nombre de couches condensées et l'on peut fixer de grandes quantités de gaz. During the condensation process, the incident molecules are slowed down by energy exchange with the cold surface and remain trapped in the Van der Waals potential well. The process is not very sensitive to the number of condensed layers and large amounts of gas can be fixed.
Dans le processus d'adsorption, on utilise les forces d'interaction gaz-surface pour retenir les molécules. Suivant le couple gaz-surface considéré, les forces d'interaction peuvent être de même nature que celles rencontrées en condensation (physisorption) ou de type chimique par liaison d'électrovalence ou de covalence (chimisorption). In the adsorption process, gas-surface interaction forces are used to retain the molecules. According to the gas-surface couple considered, the interaction forces can be of the same nature as those encountered in condensation (physisorption) or of chemical type by bonding of electrovalence or covalence (chemisorption).
On connaît plusieurs types de pompes cryogéniques. On connait les pompes à bain d'hélium liquide parmi lesquelles on distingue les pompes immergées avec baffle à chevrons et Les pompes extérieures à géométrie ouverte. On connaît également des pompes qui n'utilisent pas d'hélium liquide en raison des contraintes liées à l'utilisation de ce dernier. Ces pompes comportent un réfrigérateur en circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Gifford McMahon ou un cycle analogue. Several types of cryogenic pumps are known. We know the liquid helium bath pumps among which there are submersible pumps with herringbone baffle and outdoor open geometry pumps. Pumps are also known which do not use liquid helium because of the constraints linked to the use of the latter. These pumps include a closed circuit refrigerator operating on the Gifford McMahon or similar cycle.
Ce type de pompe comporte généraLement deux types d'écrans. Le premier, appelé "écran à basse tem pérature' est porté à une température située entre 40 et 80 K. Le second, appelé "écran à très basse température", est porté à une température inférieure ou égale à 25 K et supérieure à 4,2 K. La température de
L'écran à très basse température est trop élevée pour que l'hydrogène puisse s'y condenser. En effet, la tension de vapeur de l'hydrogène à 4,2 K est de L'ordre de 10 Pa. Pour que le cryopompage puisse avoir lieu, on utilise un absorbant tel que du charbon actif ou un autre matériau comme des zéolithes fixé sur
L'écran à très basse température. L'hydrogène est absorbé par le charbon actif à une température égale ou inférieure à 25 K.On peut ainsi atteindre des pressions de L'ordre de 10 à 10-7 Pa.This type of pump generally includes two types of screens. The first, called "low temperature screen" is brought to a temperature between 40 and 80 K. The second, called "very low temperature screen", is brought to a temperature less than or equal to 25 K and greater than 4 , 2 K. The temperature of
The screen at very low temperature is too high for hydrogen to condense there. In fact, the vapor pressure of hydrogen at 4.2 K is around 10 Pa. In order for cryopumping to take place, an absorbent such as activated carbon or another material such as fixed zeolites is used sure
The screen at very low temperature. The hydrogen is absorbed by the activated carbon at a temperature equal to or lower than 25 K. We can thus reach pressures of the order of 10 to 10-7 Pa.
Cependant, dans une pompe cryogénique de ce type, la capacité de l'absorbant, par exemple Le charbon actif, à absorber l'hydrogène est Limitée. Quand il est saturé, il n'absorbe plus l'hydrogène. La vitesse de pompage commence à décliner des qu'on approche de la saturation, jusqu'à s'annuler complètement. However, in a cryogenic pump of this type, the capacity of the absorbent, for example activated carbon, to absorb hydrogen is limited. When it is saturated, it no longer absorbs hydrogen. The pumping speed begins to decline as soon as saturation is approached, until it vanishes completely.
Il est alors nécessaire de remplacer ou de régénérer la surface absorbante. Afin d'augmenter la durée de fonctionnement de la pompe entre deux remplacements ou deux régénérations de la surface absorbante, on a cherché à augmenter la quantité d'absorbant, par exemple de charbon actif. Cette solution conduit à augmenter la surface absorbante car pour assurer un bon pompage, il est nécessaire que l'absorbant soit disposé sur une seule couche et en contact intime avec L'écran porté à très basse temperature. Il s'ensuit donc une augmentation des dimensions de la pompe, et par conséquent, de son encombrement, ce qui est un inconvénient.It is then necessary to replace or regenerate the absorbent surface. In order to increase the operating time of the pump between two replacements or two regenerations of the absorbent surface, attempts have been made to increase the quantity of absorbent, for example activated carbon. This solution leads to increasing the absorbent surface because to ensure good pumping, it is necessary that the absorbent is placed on a single layer and in intimate contact with the screen brought to very low temperature. It therefore follows an increase in the dimensions of the pump, and therefore, its size, which is a drawback.
On a cherché également à abaisser ta température de l'ecran, par exemple en utilisant un cryogé nérateur permettant une température plus basse, soit encore en ajoutant un troisième écran à une température plus basse. Cependant, cette solution augmente la complexité de la pompe et conduit à une augmentation de son coût. We also tried to lower your screen temperature, for example by using a cryogenic generator allowing a lower temperature, or even by adding a third screen at a lower temperature. However, this solution increases the complexity of the pump and leads to an increase in its cost.
La présente invention a précisément pour objet un procédé qui permet d'augmenter la durée de fonctionnement d'une pompe cryogénique. The present invention specifically relates to a method which makes it possible to increase the operating time of a cryogenic pump.
Ce procédé, adapté à une pompe comportant une enveloppe dans laquelle se trouve au moins un écran comportant une surface absorbante, se caractéri- se en ce que : - ladite enveloppe étant à la pression atmosphérique,
on élève la température de la surface absorbante de
quelques degrés a quelques dizaines de degrés, - on laisse passer un délai de quinze minutes au moins
en maintenant l'élévation de température de la sur
face absorbante, - on fait progressivement le vide à l'ìnterieur de la
dite enveloppe tout en maintenant le chauffage de
la surface absorbante de façon que celle-ci conserve
une température supérieure de quelques degrés à
quelques dizaines de degrés au-dessus de la tempéra
ture ambiante, - quand La pression dans la pompe et L'enceinte entre
dans le régime moléculaire, on démarre la pompe
cryogénique.This process, suitable for a pump comprising an envelope in which there is at least one screen comprising an absorbent surface, is characterized in that: - said envelope being at atmospheric pressure,
the temperature of the absorbent surface is raised by
a few degrees to a few tens of degrees, - a delay of at least fifteen minutes is allowed to pass
maintaining the temperature rise of the on
absorbent surface, - vacuum is gradually created inside the
said envelope while maintaining the heating of
the absorbent surface so that it retains
a temperature a few degrees higher than
a few tens of degrees above the temperature
ambient temperature, - when the pressure in the pump and the enclosure enters
in the molecular regime, we start the pump
cryogenic.
Suivant te mode de chauffage et l'élévation de température atteinte, on peut soit arrêter le chauffage à cet instant, soit le poursuivre modérément jusqu'au moment où la température de l'étage à très basse température est abaissée en-dessous de 25 K. Depending on the heating mode and the temperature rise reached, you can either stop the heating at this instant, or continue it moderately until the temperature of the stage at very low temperature is lowered below 25 K .
Dans certains -cas, il peut s'avérer nécessaire de diminuer La puissance de chauffage de façon à ne pas détériorer ta pompe. In some cases, it may be necessary to reduce the heating power so as not to damage your pump.
Les avantages obtenus grâce à ce procédé consistent dans Le fait que l'éLévation de la température de L'écran de quelques degrés ou de quelques dizaines de degrés au-dessus de la température ambiante a pour effet de diminuer fortement sa capacité d'absorption à cette température sous une pression égale à La pression atmosphérique. Cette différence de température favorise égaLement La désorpt-ion de l'ab- sorbant sous vide. Ces deux phénomènes conjoints conduisent à une augmentation de sa capacité d'absorption. The advantages obtained thanks to this process consist in the fact that the rise in the temperature of the screen by a few degrees or a few tens of degrees above the ambient temperature has the effect of greatly reducing its absorption capacity at this temperature under a pressure equal to atmospheric pressure. This temperature difference also promotes desorption of the absorbent under vacuum. These two joint phenomena lead to an increase in its absorption capacity.
L'invention concerne également une pompe cryogénique adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé. The invention also relates to a cryogenic pump adapted to the implementation of this method.
Cette pompe comporte une enveloppez une bride solidaire de t'enveloppe, destinée au raccordement de la pompe à une enceinte dans laquelle on souhaite faire le vide, un premier écran, dit écran à basse température, situé dans L'enveloppe, un second écran, dit écran à très basse température, également situé dans l'enveloppe, et recouvert d'un absorbant de L'hydrogène, des moyens pour abaisser la température à l'intérieur de ladite enveloppe. Elle se caractérise en ce qu'elle comporte des moyens de chauffage de ladite surface absorbante. This pump comprises an envelope a flange secured to the envelope, intended for the connection of the pump to an enclosure in which it is desired to create a vacuum, a first screen, called a low temperature screen, located in the envelope, a second screen, said screen at very low temperature, also located in the envelope, and covered with an absorbent of Hydrogen, means for lowering the temperature inside said envelope. It is characterized in that it comprises means for heating said absorbent surface.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux figures annexées qui représentent seulement un mode d'exécution. The invention will now be described in more detail with reference to the appended figures which represent only one embodiment.
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une pompe cryogénique adaptée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Figure 1 is a schematic sectional view of a cryogenic pump suitable for implementing the method according to the invention.
La figure 2 représente Les courbes isothermes d'adsorption d'un kilogramme de charbon actif avec chauffage et sans chauffage. FIG. 2 represents the isothermal adsorption curves of a kilogram of activated carbon with heating and without heating.
La cryopompe 2 représentée sur la figure 1 est du genre de celles qui comportent un réfrigérateur en circuit fermé fonctionnant selon le cycle de
Gifford McMahon ou un cycle équivalent, ce qui permet d'éviter les contraintes liées à l'utiLisation d'un bain d'hélium liquide. Le circuit de réfrigération, qui ne fait pas partie de l'invention proprement dite, ne sera pas décrit en détail.The cryopump 2 shown in FIG. 1 is of the type which includes a closed circuit refrigerator operating according to the cycle of
Gifford McMahon or an equivalent cycle, which avoids the constraints linked to the use of a liquid helium bath. The refrigeration circuit, which is not part of the invention itself, will not be described in detail.
La pompe 2 comporte une enveloppe étanche cylindrique 4 munie d'une bride 6 destinée à son raccordement à une enceinte 8 représentée en traits mixtes, dans laquelle on désire établir un vide poussé, c'est-à-dire de l'ordre de 10 å 10 Pa. Une premier re pompe 10 raccordée à L'enceinte 8 permet d'établir un vide au moins suffisant pour démarrer la pompe cryogénique. The pump 2 comprises a cylindrical sealed envelope 4 provided with a flange 6 intended for its connection to an enclosure 8 shown in phantom, in which it is desired to establish a high vacuum, that is to say of the order of 10 å 10 Pa. A first re pump 10 connected to enclosure 8 makes it possible to establish a vacuum at least sufficient to start the cryogenic pump.
La pompe 2 comporte un premier écran 12 dit "écran à basse température", par exemple 80 K et un second écran 14 dit "à très basse température", par exemple 20 K. The pump 2 comprises a first screen 12 called "low temperature screen", for example 80 K and a second screen 14 said "at very low temperature", for example 20 K.
L'écran 14 est recouvert d'une couche d'un absorbant tel que le charbon actif. On pourrait également utiliser un tamis moléculaire ou de l'alumine. The screen 14 is covered with a layer of an absorbent such as activated carbon. One could also use a molecular sieve or alumina.
Au-dessus des écrans 12 et 14 on peut trouver un baffle 18. A la partie inférieure de l'enveloppe est raccordée la tête d'un réfrigérateur 20 relié à un com presseur pour former un circuit de refroidissement indépendant. Ce circuit, qui ne fait pas partie de l'in- vention, ne sera pas décrit en détail.Above the screens 12 and 14 there is a cabinet 18. At the bottom of the envelope is connected the head of a refrigerator 20 connected to a compressor to form an independent cooling circuit. This circuit, which is not part of the invention, will not be described in detail.
Conformément à l'invention, des moyens sont prévus pour chauffer L'écran à très basse température. According to the invention, means are provided for heating the screen to a very low temperature.
Dans L'exemple de réalisation représenté, ils sont constitués par une résistance électrique 22 enroulée sur l'écran à très basse température et raccordée à des moyens d'alimentation en courant électrique 24.In the embodiment shown, they consist of an electrical resistor 22 wound on the screen at very low temperature and connected to means for supplying electrical current 24.
Selon un autre mode de réalisation, L'écran 14 est chauffé par rayonnement au moyen d'un émetteur de chaleur par rayonnement infrarouge placé en regard. Cet émetteur peut être du type utilisé dans les appareils de chauffage domestique, ou bien réaLisé à L'aide de découpes extérieures dans L'écran 12. Dans ce cas, on fait circuler un courant électrique dans l'écran découpé, la découpe servant à obtenir une résistance électrique suffisante.According to another embodiment, the screen 14 is heated by radiation by means of an infrared radiation heat emitter placed opposite. This transmitter can be of the type used in domestic heating appliances, or else produced using external cutouts in screen 12. In this case, an electric current is circulated in the cut screen, the cut being used to obtain sufficient electrical resistance.
Selon Le procédé de L'invention, on éiéve La température de l'enveloppe de quelques degrés à quelques dizaines de degrés, pendant au moins quinze minutes. Cette montée en température doit être atteinte quinze minutes au moins avant le début de la mise sous vide. On fait progressivement le vide à l'intérieur de
L'enveloppe tout en maintenant constante la température de la surface absorbante.According to the method of the invention, the temperature of the envelope is raised from a few degrees to a few tens of degrees, for at least fifteen minutes. This temperature rise must be reached at least fifteen minutes before the start of the vacuum. We gradually create a vacuum inside
The envelope while keeping the temperature of the absorbent surface constant.
On démarre la pompe quand la pression dans la pompe et l'enceinte entre dans le régime moléculaire. Par régime moléculaire on entend une pression d'un gaz telle que les molécules sont suffisamment raréfiées pour ne plus se heurter entre elles, tout en continuant à heurter les parois du récipient. Cette pression, qui dépend de la taille du récipient, est de L'ordre de 10 2 Pa. The pump is started when the pressure in the pump and the enclosure enters the molecular regime. By molecular regime is meant a pressure of a gas such that the molecules are sufficiently rarefied to no longer collide with one another, while continuing to collide with the walls of the container. This pressure, which depends on the size of the container, is of the order of 10 2 Pa.
Quand les conditions nécessaires pour démarrer la pompe sont réunies et que l'ordre est donné à celle-ci de démarrer, on peut soit arrêter le chauffage à cet instant, soit le diminuer, soit le conser-ver. Il devra être arrêté -de-toute façon'quand la température de L'étage à très basse température atteindra environ 25 K. When the conditions necessary to start the pump are met and the order is given to start it, you can either stop the heating at this time, or decrease it, or store it. It should be stopped anyway when the temperature of the stage at very low temperature reaches about 25 K.
Ladite enveloppe étant sous vide, on arrête la pompe, on chauffe de façon à élever ta température de la surface absorbante de façon à faire désorber rapidement t'absorbant. En même temps- les gaz sont évacués dans l'atmosphère par une pompe auxiliaire. Said envelope being under vacuum, the pump is stopped, it is heated so as to raise your temperature of the absorbent surface so as to quickly desorb the absorbent. At the same time, the gases are discharged into the atmosphere by an auxiliary pump.
Quand les gaz désorbés sont évacués, on peut redémarrer la pompe tout en conservant, diminuant ou arrêtant le chauffage comme nous slavons vu précédemment. When the desorbed gases are evacuated, the pump can be restarted while maintaining, reducing or stopping the heating as we saw earlier.
La pompe cryogénique de l'invent-ion qui vient d'être décrite trouve encore une application à
La réduction du temps de réchauffage. En effet, lorsqu'on veut remettre une pompe ou un cryogénérateur à la pression atmosphérique, it est nécessaire d'attendre que chacune des pièces qui la constituent soit revenue à la température ambiante. Dans le cas de grosses pompes cryogéniques, ce temps de réchauffage dépasse 24 heures. Grâce aux moyens de -chauffage dont est pourvue la pompe de l'invention, le temps de réchauffage est diminué jusqu 'à un facteur 10. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, le temps de re- chauffage est en effet de deux heures. Ceci permet La suppression de la vanne d'isolement.The cryogenic pump of the invention which has just been described still finds application in
Reduced reheating time. When you want to return a pump or a cryogenerator to atmospheric pressure, it is necessary to wait until each of the parts that constitute it has returned to room temperature. In the case of large cryogenic pumps, this reheating time exceeds 24 hours. Thanks to the heating means with which the pump of the invention is provided, the reheating time is reduced up to a factor of 10. In the example which has just been described, the reheating time is in fact two o'clock. This allows the removal of the isolation valve.
Une autre application est la réduction du temps de régénération et l'augmentation de son efficacité. En effet, quand une pompe est saturée, on arrête la pompe, on la laisse remonter en température et par une pompe auxiliaire on évacue à la pression atmosphérique les gaz relâchés par la pompe. En chauffant on diminue le temps et en portant la température de l'absorbant à une température plus élevée que la tempéra ture ambiante on augmente la capacité d'absorption de l'absorbant comme le montre la figure 2. Another application is the reduction of the regeneration time and the increase of its efficiency. In fact, when a pump is saturated, the pump is stopped, it is allowed to rise in temperature and by an auxiliary pump the gases released by the pump are removed at atmospheric pressure. By heating, the time is reduced and by bringing the temperature of the absorbent to a temperature higher than the ambient temperature, the absorption capacity of the absorbent is increased as shown in FIG. 2.
On a représenté, sur la figure 2, les courbes isothermes d'adaptation de l'--hydrogène d'un kilogramme de charbon actif avec te procédé de L'invention (courbe A) et avec le procédé classique (courbe b). On constate que la quantité d'hydrogène absorbée augmente. Ce résultat confirme que la durée de fonctionnement de la pompe a été augmentée. FIG. 2 shows the isothermal curves for adapting the hydrogen of a kilogram of activated carbon with the method of the invention (curve A) and with the conventional method (curve b). It is noted that the quantity of hydrogen absorbed increases. This result confirms that the operating time of the pump has been increased.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8416885A FR2572794B1 (en) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | METHOD FOR INCREASING THE ABSORPTION CAPACITY OF A CRYOPOMPAGE PUMP AND ASSOCIATED CRYOPOMPAGE PUMP |
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| FR8416885A FR2572794B1 (en) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | METHOD FOR INCREASING THE ABSORPTION CAPACITY OF A CRYOPOMPAGE PUMP AND ASSOCIATED CRYOPOMPAGE PUMP |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2572794A1 true FR2572794A1 (en) | 1986-05-09 |
| FR2572794B1 FR2572794B1 (en) | 1987-06-12 |
Family
ID=9309309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8416885A Expired FR2572794B1 (en) | 1984-11-06 | 1984-11-06 | METHOD FOR INCREASING THE ABSORPTION CAPACITY OF A CRYOPOMPAGE PUMP AND ASSOCIATED CRYOPOMPAGE PUMP |
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|---|---|
| FR (1) | FR2572794B1 (en) |
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1984
- 1984-11-06 FR FR8416885A patent/FR2572794B1/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2572794B1 (en) | 1987-06-12 |
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