FR2650516A1 - Dispositif permettant d'assurer la proprete d'une fenetre pour une enceinte de traitement - Google Patents

Abstract

Un hublot d'observation 10 capable d'offrir une visualisation propre en continu est fourni. La visualisation propre est le résultat du maintien d'un écoulement unidirectionnel d'un gaz de purification depuis l'objectif du hublot 50 et ce jusqu'à la chambre 60 sur laquelle le hublot est monté. Une voie d'écoulement annulaire 34 entourant le chemin de visualisation assure la distribution du gaz de purification jusqu'à une paroi poreuse interne 36 de la voie annulaire 34. Le gaz de purification traverse la paroi poreuse interne 36 et s'écoule selon une direction unique jusqu'à la chambre 32.

Description

DISPOSITIF PERMETTANT D'ASSURER LA PROPRETE D'UNE

FENETRE POUR UNE ENCEINTE DE TRAITE.MENT

La présente invention ne concerne pas une produc-

tion de poudre dans laquelle on souhaite s'intéresser au produit principal issu de la production, c'est à

dire à la poudre elle-même. La présente invention con-

cerne plutôt un sous-produit de la production de poudre ainsi qu'une poudre fine qui est un sous-produit d'un traitement de fusion. Le sousproduit est un nuage de très fines particules qui se forme à l'intérieur d'un

dispositif dans lequel un quelconque matériau est tra-

vaillé, traité, ou fondu.

Un certain nombre de procédés de traitement des matériaux se déroulent à l'intérieur d'une enceinte ou d'un conteneur, soit parce que les matériaux à traiter doivent être protégés de l'atmosphère, soit parce que

l'on craint que les matériaux & traiter ne se disper-

sent à travers une installation de traitement et qu'ils contaminent au premier chef des zones qui doivent par

ailleurs être propres à l'intérieur de l'installation.

De tels procédés de traitement des matériaux com-

prennent le chauffage à haute intensité des métaux, le dépôt par pulvérisation de plasma, le chauffage par plasma, le chauffage par arc plasma, le rechargement des défauts de surface des métaux par pulvérisation, l'atomisation de métaux par des gaz, le chauffage de métaux par faisceau d'électrons, ainsi que d'autres

procédés de traitement des matériaux.

Un tel procédé de traitement des matériaux en-

traine la formation d'une poudre fine. Un procédé cou-

rant permettant d'atomiser des matériaux en une poudre fine consiste en l'atomisation d'un flux constitué par un matériau à l'état liquide ou en fusion par un flux de gaz qui entre en collision avec le flux liquide de manière à le disperser et à l'atomiser. La présente

invention n'est pas concernée par une formation de pou-

dre au moyen d'une atomisation par gaz.

Cependant, une telle atomisation s'accompagne de la production d'une poudre extrêment fine, comme par

exemple un bouillard ou un nuage légers de poudre mé-

tallique issue des métaux en fusion qui sont atomisés

au moyen de l'action de flux de gaz qui entrent en col-

lision avec un flux de métal en fusion.

Un autre de ces procédés de traitement des ma-

tériaux consiste en l'utilisation de la poudre obtenue dans un procédé de dépôt par pulvérisation dans lequel la pulvérisation s'effectue soit à partir d'un métal à l'état liquide, soit au moyen d'un écoulement de poudre

à travers une flamme plasma de telle sorte que les par-

ticules de poudre entrent en fusion à l'intérieur d'une

pulvérisation de matière en fusion.

La présente invention n'est pas concernée par ce procédé de traitement des matériaux, mais est concernée par un brouillard. ou un nuage de très fines particules qui est un sous-produit de ce procédé de traitement des matériaux. Il existe un certain nombre d'autres techniques de traitement des matériaux qui entraînent la formation d'une vapeur ou d'une poudre fine, ou l'utilisation d'une vapeur ou d'une poudre fine, pour fabriquer des articles, et qui génèrent des brouillards ou des nuages de particules très fines en tant que sous-produit de

tels procédés de traitementdes matériaux.

Lors du déroulement de beaucoup de ces procédés, il est souvent souhaitable d'avoir un certain accès vi- suel au phénomène clé qui accompagne le traitement des

matériaux. Cependant, un tel accès visuel peut être di-

minué, modifié ou obscurci par ces brouillards ou ces nuages de très fines particules. Un certain nombre de configurations ont été proposées et développées afin de permettre de visualiser l'intérieur d'une chambre de traitement lors du déroulement du traitement de manière à permettre d'observer, d'appréhender, ou de contrôler

certains critères du traitement.

Lorsque des nuages de fines particules sont géné-

rés à l'intérieur d'une enceinte, en tant que sous-

produit du traitement, ou par réaction vis-à-vis des matériaux traités, le phénomène véritablement critique

qui se passe à l'intérieur de l'enceinte peut être mas-

qué par le nuage de particules qui se forme à l'inté-

rieur de la chambre. Une des caractéristiques de ces nuages qui se forment à l'intérieur des chambres de traitement est constituée par la tendance qu'ont les particules à se déposer sur les surfaces internes de la chambre, y compris sur la surface interne d'une fenêtre ménagée dans une paroi de la chambre. Un tel dépôt de

matière particulaire peut entrer en conflit avec la vi-

sualisation et peut gêner l'observation effectuée de-

puis l'extérieur de la chambre. Dans des cas extrêmes, l'observation de l'intérieur de la chambre peut être entièrement empêchée du fait des occlusions de matière particulaire qui se produisent sur la surface interne

de la fenêtre.

De nombreux systèmes ont été imaginés pour garder la surface interne de ces fenêtres de visualisation propre. Cependant, on a pu observer que beaucoup de ces systèmes ont un effet limité, car ils accroissent le temps pendant lequel la visualisation peut s'effectuer,

mais au-delà d'une période prolongée, la matière parti-

culaire opacifie progressivement la fenêtre et gêne la visualisation ou tout autre transmission de lumière au

travers de la fenêtre.

Antérieurement, des tentatives ont été faites

pour garder les hublots de visualisation de ces appa-

reils propres, et ont nécessité l'utilisation d'un ri-

deau de gaz, ou d'écoulements de gaz, ou d'un film mo-

bile, ou d'obturateurs. Cependant, il a été établi que ces techniques donnaient des résultats mitigés pour le

maintien des hublots de visualisation en état de pro-

preté. Bien que ces techniques aient apporté une aide limitée pour le maintien des hublots de visualisation en état de propreté, d'autres problèmes ont résulté de

leur utilisation. Un de ces problèmes concerne l'utili-

sation d'un rideau de gaz ou d'un écoulement de gaz.

Cette utilisation nécessite généralement des écoule-

ments gazeux ayant un débit important ou des écoule-

ments gazeux à grande vitesse. Cette grande vitesse ou

ce volume important de l'écoulement gazeux génère rapi-

dement des zones hautement turbulentes et à haute pres-

sion au voisinage du hublot de visualisation. Ceci peut

aboutir à la création de tourbillons au sein de l'écou-

lement gazeux, à l'entraînement des particules et à leur placage sur les fenêtres de visualisation, alors même que ce volume important de gaz et que cette grande

vitesse du gaz est utilisée pour empêcher un tel dépôt.

A l'inverse, la technique du film mobile est sim-

plement basée sur le principe selon lequel le dépôt de matière particulaire est permis, mais uniquement sur un film transparent. Si un dépôt se produit, le film est

alors enroulé de manière à ôter du chemin de visuali-.

sation le film qui est porteur des particules, et de manière à remplacer ce film souillé par un nouveau film

net qui peut alors recevoir les dépôts de matière par-

ticulaire ultérieurs. On peut aussi avoir un film transparent net qui se déplace de façon continue le long du hublot de visualisation de manière à présenter une partie transparente nette au niveau de l'emplace- ment du hublot de visualisation, et ce même si un dépôt continu de matière particulaire s'effectue sur le film

lorsqu'il passe au niveau du hublot de visualisation.

Cette technique du film net nécessite un degré élevé

d'équipement en petit matériel de montage qui fonction-

ne selon un mode dynamique et peut potentiellement être très encombrant en taille et très incommode dans son fonctionnement. En outre, le film introduit un élément supplémentaire à l'intérieur du chemin de visualisation

et peut être partiellement opaque à des signaux lumi-

neux qui traversent ce chemin, comme par exemple la

lumière infrarouge.

La technique par obturateur est simplement cons-

tituée par un système mécanique à l'intérieur duquel un hublot de visualisation est physiquement isolé de la chambre dans laquelle le matériau finement divisé ou à l'état de vapeur est traité. Lors de l'utilisation d'un obturateur, le hublot de visualisation est isolé mais l'obturateur est ouvert lorsque des observations sont effectuées et est fermé après qu'elles aient été faites. La technique de l'obturateur pose problème car elle ne permet pas une observation- continue. En outre, cette technique a pour inconvénient que, dans les brefs instants o l'obturateur est ouvert et o la matière particulaire se dépose sur l'objectif de visualisation, il n'y a aucun mécanisme pour ôter la matière qui s'est

déposée, et elle s'accumule simplement à chaque ouver-

ture de l'obturateur.

Par conséquent, un objet de la présente invention est de fournir un moyen permettant d'effectuer une visualisation en continu à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle un matériau finement divisé ou à l'état

de vapeur est produit ou est traité.

Un autre objet est de fournir un chemin optique aménagé a l'intérieur de la paroi d'une enceinte dans laquelle un matériau finement divisé ou à l'état de

vapeur est produit ou est traité.

Un autre objet est de fournir un hublot de visua-

lisation pour un dispositif dans lequel un matériau est plaqué sur la paroi du dispositif, de sorte que le

hublot de visualisation ne soit pas obstrué.

D'autres objets transparaitront en partie de la

description qui suit, ou seront signalés dans cette mé-

me description.

Dans un de ses aspects les plus larges, l'objet

de l'invention peut être réalisé en aménageant un méca-

nisme de fenêtre propre dans la paroi d'une enceinte

dont la surface interne est susceptible d'être recou-

verte par un matériau finement divisé. En premier lieu, ce mécanisme nécessite de pratiquer une ouverture à

l'intérieur de la paroi de l'enceinte de manière à dé-

finir un chemin optique pour l'enceinte. Une fenêtre transparente est placée au niveau de la partie la plus externe du chemin optique. Un jeu. de parois interne et externe généralement annulaires s'étend autour d'une partie externe du chemin de visualisation de manière à définir entre les parois un volume d'écoulement de gaz annulaire. La paroi annulaire interne du volume est réalisée en un matériau poreux afin de permettre un écoulement de gaz au travers de cette paroi. La fenêtre est montée' au niveau de l'extrémité externe du volume d'écoulement de gaz annulaire. Le volume d'écoulement de gaz annulaire ainsi que la fenêtre sont montés dans

l'ouverture de l'enceinte de manière à assurer la fer-

meture de cette ouverture par rapport au gaz ambiant

qui se trouve à l'intérieur ou à l'extérieur de l'en-

ceinte. Un moyen d'alimentation en gaz est fourni pour amener du gaz jusqu'au volume de manière à induire un

écoulement de gaz au travers de la paroi poreuse inter-

ne à l'intérieur du chemin de visualisation de l'en-

ceinte grâce auquel le dépôt de matière sur la fenêtre ne se produit pratiquement pas.

L'explication qui suit se' comprendra plus aisé-

ment si l'on se réfère aux figures qui.l'accompagnent parmi lesquelles: la figure 1 est une coupe axiale de la fenêtre propre selon la présente invention; la figure 2 est une coupe verticale d'une fenêtre analogue à la.fenêtre de la figure 1 mais montée selon un angle qui assure une meilleure visualisation; et la figure 3 est une représentation schématique

d'une fenêtre utilisée en relation avec une alimen-

tation en gaz ainsi que d'autres dispositifs.

Un des objectifs de la demanderesse, lors de la

conception d'une structure permettant de garder une fe-

nêtre de visualisation propre, était d'éviter et de surmonter la tendance qu'ont les gaz à se déplacer selon un mode turbulent dans la zone de la fenêtre de

visualisation, ainsi que la tendance qu'ils ont à for-

mer des tourbillons qui engendrent un retour de courant

de la matière particulaire ou de la vapeur qui se dépo-

se alors sur une fenêtre. Pour s'opposer à un tel écou-

lement turbulent, la demanderesse s'est attachée à fournir un écoulement unidirectionnel uniforme d'un gaz de nettoyage, cet écoulement s'effectuant assez loin de

la fenêtre. Apres une phase de tests étendue d'écou-

lement de gaz par rapport à la fenêtre, la demanderesse a trouvé qu'il est possible de réaliser un écoulement unidirectionnel uniforme en utilisant un dispositif,

tel que représenté sur la figure 1.

Si l'on se réfère maintenant à la -figure 1, on

peut voir un dispositif permettant de fournir une fenê-

tre propre pour une enceinte à l'intérieur de laquelle se déroule un traitement ou une production de matière finement divisée ou à l'état de vapeur. Le dispositif de visualisation 10 est monté sur une enceinte telle

qu'une chambre ou un four 12. Le dispositif de visu-

alisation 10 est monté au-dessus d'une ouverture 14 pratiquée dans la paroi du four. Un collier 16 ainsi qu'une collerette 18 sont de façon permanente fixés & la paroi du four au moyen de la soudure 20. Une pièce

en forme de tambour 22 comportant une collerette infé-

rieure 24 et une collerette supérieure 26 est montée

au-dessus de la collerette 18 au moyen des boulons 28.

Une plaque formant orifice 30 peut être montée entre la collerette 18 et la collerette 24 afin de permettre un contrôle de l'écoulement de gaz en provenance de

l'intérieur d'une chambre 32 et en provenance de l'in-

térieur du centre évidé de la pièce en forme de tambour

22, jusqu'à la chambre 60.

Par ailleurs, on peut supprimer la plaque formant orifice, et on peut aussi utiliser une plaque formant orifice telle que la plaque 42 qui comporte un collier

43 dirigé vers le bas représenté en pointillés. Un vo-

lume annulaire 34 est formé entre les parois latérales de la pièce formant tambour 22, c'est à dire entre une

paroi poreuse interne 36 et une paroi imperméable ex-

terne 38. Le gaz peut parvenir dans le volume 34 en passant par le tuyau d'admission de gaz 40 qui s'étend

au travers de la paroi imperméable latérale 38.

La plaque formant orifice 30 comporte un orifice limité 42 dont le diamètre est nettement plus petit que celui de l'ouverture centrale 32 de la pièce en forme de tambour 22, comme il est évident sur la figure. Des joints toriques 44 et 46 constituent respectivement une

étanchéité entre la collerette en 18 et la plaque for-

mant orifice 30, ainsi qu'entre la collerette 24 et la plaque formant orifice 30. Les proportions des parties représentées sur la figure 1 correspondent à celles des

parties actuellement présentes dans un dispositif uti-

lisé avec succès à titre expérimental et qui est capa-

ble de garder la fenêtre de visualisation 50 propre

pendant de longues périodes.

Un joint torique 48 est placé à l'intérieur d'un évidement de forme adaptée pratiqué dans la collerette 26 et constitue une étanchéité entre la collerette 26 et le rebord de l'élément de fenêtre transparent 50. La fenêtre 50 est maintenue en place au moyen d'une plaque annulaire supérieure 52 ainsi qu'au moyen d'un jeu de boulons 54 qui relient la plaque annulaire supérieure

52 et la collerette 26.

Le fonctionnement du dispositif nécessite l'ame-

née d'un gaz par l'orifice 40 jusqu'à la chambre annu-

laire 34 afin de permettre au gaz de pénétrer à l'inté-

rieur de la chambre centrale 32 au travers de la paroi

poreuse 36. Comme la paroi poreuse 36 entoure intégra-

lement la chambre centrale 32, l'entrée du gaz s'effec-

tue de tous les côtés. Apres être entré dans la chambre 32, le gaz s'écoule vers le bas au travers de l'orifice

42 pratiqué dans la plaque formant orifice 30 de mani-

ère à constituer un écoulement unidirectionnel uniforme

peu important de gaz depuis la chambre 32 jusqu'à l'in-

térieur du four 12, dont seulement une partie de la pa-

roi 13 est représentée sur la figure 1. Cet écoulement de gaz à l'intérieur de l'enceinte 12 délimitée par la paroi 13 empêche ou diminue fortement tout dépôt sur la fenêtre 50, qu'il s'agisse de-'matière particulaire ou d'une condensation due à une quelconque vapeur générée ou traitée à l'intérieur de la chambre de traitement 60

située dans l'enceinte 12.

Le gaz amené par l'orifice 40 jusqu'au volume 34, et de là jusqu'à la chambre 32 peut être n'importe quel gaz habituellemnet utilisé dans l'atomisation par gaz ou dans le fonctionnement d'un. pistolet à plasma, et peut typiquement être de l'hélium ou de l'argon ou un mélange de ces gaz dans des proportions variées afin

d'assurer un fonctionnement de la chambre 32 & la pres-

sion atmosphérique ou à pression réduite. Par exemple, un tel dispositif a fonctionné avec succès avec des pressions du gaz contenu dans la chambre d'environ un tiers d'atmosphère jusqu'à plus d'un atmosphère. La

pression de l'alimentation en gaz doit être suffisam-

ment forte pour vaincre des chutes de pression qui peu-

vent survenir à l'intérieur du système et aussi pour créer un écoulement de gaz positif à l'intérieur de la

chambre 32 puis à l'intérieur du four 12.

L'utilisation d'une plaque formant orifice 30 ou

d'un tube allongé tel que le tube 43 permet un fonc-

tionnement du hublot d'observation avec un écoulement

de gaz réduit.

Une autre forme du dispositif est représehtée sur

la figure 2. Dans le dispositif de la figure 2, le hu-

blot d'observation est conçu de manière à permettre une visualisation selon un certain angle de la paroi 113 de

l'enceinte 112. Bien que la structure du dispositif de.

la figure 2 soit presque analogue à celle de la figure 1, on note quelques différences, et ces différences

sont mises en évidence dans la description qui suit.

Dans cette description o la structure est analogue à

celle de la figure 1, les mêmes index de référence sont utilisés moyennant un incrément de 100 unités. Ainsi,

la fenêtre de la figure 1 porte l'index 50, et la fenê-

tre de la figure 2 est désignée par l'index 150. La pa-

roi du four relative à cette structure de la figure 2

est référencée par l'index 113, et la paroi du four re-

lative à la structure de la figure 1 est désignée par

l'index 13. Généralement, il y a un mécanisme de visua-

lisation 110 constitué d'une pièce en forme de tambour 122. Un support incliné 116 maintient la pièce en forme de tambour 122 en place et positionne la pièce en forme de tambour au-dessus d'une ouverture 114 ménagée dans la paroi 113. Le support 116 est lié à la paroi 112 par soudage ou par n'importe quel moyen de montage adéquat tel que le brasage, le collage, etc. La pièce en forme de tambour est constituée d'une collerette supérieure 126 et d'une collerette inférieure 124 qui comportent

une paroi externe 138 ainsi qu'une paroi poreuse in-

terne 136 qui s'étend entre les deux collerettes. La paroi interne 136 entoure une chambre interne 132 à l'intérieur de laquelle un gaz est acheminé par un écoulement qui traverse la paroi poreuse 136. Entre la paroi poreuse interne 136 et la paroi externe 138, une

chambre annulaire 134 permet la réception et la distri-

bution du gaz qui provient d'un orifice d'admission 140.

Les boulons 128 assurent la fixation de la col-

lerette 124 au support 116. Les boulons 154 assurent la

fixation de la collerette 126 aux plaques 152 et 153.

Les plaques 152 et 153 maintiennent un objectif 150

entre elles.

On observe quelques différences de structure qui

concernent la visualisation de l'intérieur du four.

selon un certain angle. Dans la structure de la figure 2, il est évident que l'ouverture 151 est excentrée dans la plaque 152, et il en est ainsi pour avoir une ligne de visée qui permet une position plus avantageuse pour visualiser l'intérieur 160 de l'enceinte située à l'intérieur de la paroi 112. Une autre différence de structure concerne la collerette 124. Il est évident

que l'intérieur de la chambre 132 est excentré par rap-

port à la collerette 124, ou, réciproquement, que la

collerette 124 est- montée de façon excentrée par rap-

port aux autres éléments de la pièce en forme de tambour 112, et en particulier les éléments de parois 136 et 138. Ici encore, la chambre 132 est excentrée

afin d'améliorer la visualisation de l'enceinte 160 si-

tuée à l'intérieur du four limité par la paroi 113, mais un tel montage en excentricité n'est pas essentiel

pour la mise en oeuvre de la présente invention.

Lors du fonctionnement, un gaz est amené depuis l'orifice d'admission 140 jusqu'au volume annulaire 134, et s'écoule à travers la paroi poreuse interne 136

jusqu'à la zone de visualisation 132. L'écoulement uni-

forme du gaz à l'intérieur de la zone de visualisation ou chambre centrale 132, et de là à travers l'ouverture

114 ménagée à l'intérieur 160 de l'enceinte dans la pa-

roi 112 empêche ou réduit fortement le retour de cou-

rant de vapeur ou de matière particulaire fine depuis l'enceinte 160 jusqu'à la surface inférieure d'un

objectif 150.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on peut voir une représentation schématique de la façon dont le dispositif de la présente invention peut être

utilisé. Une enceinte 220 est fournie pour le traite-

ment de certains matériaux, ce traitement aboutissant à la production d'un matériau finement divisé ou à la production de vapeurs de ce matériau. Le mécanisme de fenêtre 210 selon la présente invention est monté à l'intérieur d'une paroi 212 de l'enceinte 220. Une

visualisation à travers la fenêtre 210 permet d'obser-

ver un poste de traitement 230 placé à l'intérieur de l'enceinte 220. Le traitement peut s'effectuer, par exemple, au moyen d'une torche à plasma 232 représentée

schématiquement et qui traverse une étanchéité 216 si-

tuée dans une paroi 214.

Une telle fenêtre 210 peut aussi être utilisée en relation avec un capteur de rayons infrarouges, comme décrit dans le brevet des Etats Unis n 4 656 331 dont

le titulaire est la demanderesse de la présente inven-

tion.

Le plasma 234 peut entraîner le dépôt d'un maté-

riau à l'état de fusion très finement divisé sur un tambour tournant 236 supporté par un arbre 238 pour

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permettre sa rotation qui s'effectue au moyen d'un mo-

teur à vitesse variable 240, lui-même maintenu par un

support de moteur 242. L'alimentation en gaz et en pou-

dre du pistolet à plasma 232 n'est pas représentée ici car elle ne constitue pas un élément de la présente in- vention. Un gaz est amené jusqu'au mécanisme 210 de fenêtre propre au travers de l'orifice d'admission de gaz 240 depuis un réservoir de gaz 242 équipé d'une

jauge classique 244 et d'une vanne de contrôle d'écou-

lement 246. L'écoulement de gaz s'effectue le long du tuyau à gaz 248 jusqu'à l'orifice d'admission du gaz

240 du mécanisme 210 de fenêtre propre représenté sché-

matiquement sur la figure 3.

Le traitement d'un matériau par torche à plasma

constitue seulement un des nombreux traitements possi-

bles, comme il a été expliqué ci-avant, traitements

pour lesquels la fenêtre propre de la présente inven-

tion constitue un système de visualisation ou de dé-

tection utiles. Un autre traitement peut comporter, par exemple, généralement une fusion à haute intensité, un polissage ou une pulvérisation, ou une-atomisation par gaz d'un métal à l'état liquide, ou une pulvérisation qui forme un dépôt sur une surface réceptrice telle que

la surface tournante 236 représentée sur la figure 3.

Dans ce qui suit, on trouvera une description

générale du système, et un moyen d'accès optique peut être aménagé depuis l'extérieur d'une chambre dont l'atmosphère contient un matériau à l'état de vapeur ou finement divisé. De nombreuses modifications peuvent être apportées, à la fois au niveau de la structure et du traitement qui est effectué à l'intérieur d'une

* telle enceinte. Certaines de ces modifications apparaî-

tront clairement à l'homme de l'art à la lecture des

exemples qui suivent.

Exemple 1:

Une structure de fenêtre comme celle de la figure 1 a été fabriquée. Les deux cylindres concentriques 36 et 38 ont une longueur d'environ 120,7 mm (4,75

pouces), et des collerettes sont soudées & une extrémi-

té de ces cylindres afin de' permettre le montage de la fenêtre au niveau d'une ouverture pratiquée dans une paroi du four. Le cylindre interne est réalisé en acier inoxydable fritté 304 présentant une porosité nominale de 10 microns et une épaisseur d'environ 1,6 mm

(1/16 ème de pouce). Le métal poreux est obtenu à par-

tir d'une tôle disponible sous la référence "Mott metallurgical part n' 1100". La tôle de métal poreux a été laminée à froid et soudée bord à bord. Cette tôle sert à constituer le cylindre interne 36 du dispositif et un cylindre externe d'acier inoxydable 304 est aussi fourni, et présente un diamètre interne d'environ 127

mm (5 pouces). Ainsi, le cylindre intene 36 et le cy-

lindre externe 38 sont séparés par un espace d'environ

4,8 mm (3/16 ème de pouce). Un raccord fileté d'envi-

ron 6,3 mm ( de pouce) est soudé au cylindre externe pour permettre de purger l'orifice 40 d'alimentation en

gaz. La fenêtre fonctionne avec un tube-rallonge cylin-

drique présentant un diamètre interne d'environ 114,3 mm (4,5 pouces) et une longueur d'environ 127 mm (5 pouces) si l'on compte l'épaisseur de la collerette, cette extension cylindrique s'effectuant vers le bas à la manière du collier 43 de la figure 1. Le dispositif

a aussi fohctionné avec succès sans utiliser un quel-

conque tube-rallonge ou une quelconque plaque formant

orifice.

L'acier inoxydable n'est pas nécessaire pour la

réalisation du tubage de la fenêtre, et d'autres maté-

riaux peuvent tout aussi bien être utilisés. Lors de la

fabrication de la fenêtre, on préfère réaliser un sou-

dage pour les jonctions étanches au gaz vu que le brasage provoque un étalement du métal d'apport de brasage et une obstruction de parties non négligeables

du métal poreux.

La fonction du métal poreux dans l'exemple ci-

avant, comme dans la structure décrite ci-avant, est d'assurer une distribution uniforme de l'écoulement de gaz jusqu'à la fenêtre de la chambre 32 afin d'éviter

que le gaz tourbillonne, et afin d'éviter que ces tour-

billons n'entrent en contact avec le gaz et les parti-

cules de la chambre. Ce métal poreux a aussi pour rôle de réduire la turbulence et le mouvement d'entraînement qui en découle. Dans lagéométrie de test de l'exemple ci-avant, la limitation de l'écoulement provoquée par le métal poreux joue le rôle d'un répartiteur de chute

de pression de telle sorte que le gaz peut être intro-

duit en un endroit 40 et peut néanmoins s'écouler à l'intérieur de la chambre 32 par l'ensemble des parois latérales. Il est bien entendu que le métal poreux, comme celui utilisé dans les exemples décrits ci-avant,

convient très bien, mais n'est pas le seul matériau po-

reux ou le seul système de porosité qui peut être uti-

lisé dans la mise en oeuvre de la présente invention étant donné que d'autres matériaux poreux et d'autres systèmes de porosité peuvent être utilisés avec succès

lors de la mise en oeuvre de la réalisation.et du fonc-

tionnement d'une structure de fenêtre propre comme décrite ci-avant. Par exemple, un jeu d'écrans fins ou une charge de matière granulée placée entre des écrans

peuvent constituer le matériau poreux.

Lors des tests réalisés avec les structures dé-

crites dans l'exemple 1, on a établi que les configu-

rations testées étaient très efficaces pour éviter tou-

te turbulence à l'intérieur de la chambre à fenêtre ainsi que dans le chemin optique qui traverse la chambre à fenêtre. Il est possible d'augmenter ou de réduire la longueur de la chambre, et cette longueur dépend du diamètre réel de la chambre et de la pression

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du gaz utilisé à l'intérieur de l'enceinte 60. Généra-

lement, plus le diamètre de la chambre 32 est grand, plus une extension cylindrique telle que l'extension 43

est longue, ceci afin d'obtenir un fonctionnement sa-

tisfaisant de la fenêtre propre. En d'autres termes,

pour des plus grands diamètres, il est nécessaire d'a-

voir des extensions plus longues, ces dimensions étant définies par des rapports longueur sur diamètre de la chambre à fenêtre. Une des raisons est que, lorsque deux gaz différents de densités différentes sont utilisés, il y a un risque d'inversions d'écoulements induites par la poussée d'Archimède. Ces inversions peuvent permettre à la matière particulaire contenue à l'intérieur de l'enceinte 60 de parvenir jusqu'à la fenêtre. Afin d'éviter de telles inversions, des rapports longueur sur diamètre plus grands doivent être utilisés. Lorsque ces rapports plus grands sont utilisés, un écoulement de gaz plus faible peut souvent

être mis-en oeuvre jusqu'à la chambre 32.

Une cause de ces inversions réside dans l'intro-

duction d'un gaz froid à l'intérieur du volume annu-

laire 34 ainsi qu'à l'intérieur de la chambre 32, ce

gaz se mélangeant avec un gaz chaud contenu dans l'en-

ceinte 60. Généralement, il est préférable que la tem-

pérature du gaz qui entre soit approximativement la même que la température du gaz contenu dans l'enceinte, mais cet objectif n'est pas souvent facile à atteindre,

et ce pour différentes raisons.

Une autre cause de ces inversions réside dans l'utilisation d'un gaz plus léger tel que l'hélium en relation avec une atmosphère de chambre plus lourde, constituée par de l'azote ou de l'argon. Généralement, on préfère un diamètre de fenêtre plus petit quand des

rapports longueur sur diamètre plus petits sont possi-.

bles. De tels dispositifs tendent à réduire les inver-

sions induites par la poussée d'Archimède.

Dans des applications o l'on souhaite qu'il y ait de faibles protubérances au niveau de l'extérieur

du four, il est possible disposer la couronne de diffu-

sion du gaz telle que la couronne 43' de la figure 1 à l'intérieur de l'enceinte telle que l'enceinte 60. Des écoulements de gaz d'environ 0, 112 m3 par minute (4 pieds cube par minute) d'argon ou d'environ 0,028 m3 par minute (1 pied cube par minute) d'hélium

se sont avérés adéquats pour garder des fenêtres pro-

o10 pres lors de nos recherches expérimentales o la fenê-

tre était montée sur un dispositif dans lequel une fu-

sion à arc plasma était conduite à l'intérieur de l'en-

ceinte, ou dans lequel un dép6t par plasma à solidi-

fication rapide était mené à l'intérieur de l'enceinte.

Ces écoulements n'ont pas affecté de manière défavo-

rable le fonctionnement des fours avec lesquels ils

étaient utilisés.

Un écoulement de gaz plus faible est possible

avec de l'hélium pour des fenêtres orientées vertica-

lement et comportant de longues extensions cylindriques dirigées vers le bas telles que l'extension 43 de la

figure 1. On estime aussi que l'augmentation de l'écou-

lement de gaz doit être nettement plus grande pour des fenêtres de plus grand diamètre, ceci afin d'éviter un

dépôt de vapeur ou de matière particulaire.

Exemple 2:

Une fenêtre maintenue propre par un gaz, comme représentée sur la figure 1, a été conçue pour être

utilisée sur un four à basse pression à l'intérieur du-

quel un traitement de dépôt par plasma à solidification rapide est mené. Le tube poreux interne présente un

diamètre d'environ 114,3 mm (4,5 pouces) et le tube ex-

terne a un diamètre interne d'environ 127 mm (5 pouces). Le tube a une longueur d'environ 127 mm (5 pouces), et il est fermé en son sommet par une fenêtre en saphir qui a une épaisseur d'environ '6,3 mm (X de pouce). Une extension cylindrique occupe environ 127 mm (5 pouces) à l'intérieur du four. L'axe des tubes, et par conséquent le chemin optique qui traverse les tubes sont positionnés à environ 65' par rapport à la verticale. Le traitement de- dépôt par plasma à solidi- fication rapide se déroule à l'intérieur du four avec une grande variété de matériaux, de compositions des gaz de la torche et de densité des dépôts. Certaines conditions sont choisies de manière à créer un gaz très sale à l'intérieur du four. De l'argon et de l'hélium

de purification sont tous deux utilisés.

Une purification par l'argon est efficace pour un écoulement de gaz qui se situe à un seuil d'environ 0,067 m3 par minute (2,4 pieds cube par minute) à 0,078 m3 par minute (2,8 pieds cube par minute). On a jugé, sur la base de ces résultats, que pour des campagnes o une très grande propreté s'impose, des écoulements d'environ 0,056 m3 par minute (2 pieds cube par minute) peuvent s'avérer efficaces. L'efficacité des campagnes

est jugée sur la base d'une inspection physique et vi-

suelle des fenêtres après que les campagnes soient ter-

minées, ainsi que sur la base d'une observation de l'entrée du gaz dans la chambre et de l'entrée de la

fumée à l'intérieur de l'évidement de la fenêtre pen-

dant le test. L'apparence générale du système ainsi que les mécanismes apparents liés à l'encrassement d'une fenêtre d'une telle géométrie, sont très semblables à ceux du dispositif de fusion par arc plasma décrit dans l'exemple 1. L'écoulement de gaz à l'intérieur de la chambre peut être déterminé de façon satisfaisante en observant la dispersion de matière particulaire depuis la chambre à fenêtre. Pour un écoulement d'argon, les

seuils sont déterminés sur la base de l'écoulement mi-

nimum nécessaire pour arrêter des tourbillons de gaz

contenus à l'intérieur de la chambre et qui sont por- -

teurs de matière particulaire, cet arrêt devant s'ef-

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fectuer avant que ce gaz n'atteigne la fenêtre. On a observé que l'échappement de fumée depuis la chambre à

fenêtre s'effectuait de façon unidirectionnelle.

De l'hélium purifie efficacement l'évidement de la fenêtre à des écoulements inférieurs à 0,017 m3' par

minute (0,6 pied cube par minute). Ce résultat est co-

hérent avec l'exemple 1 mentionné ci-avant. Dans un

dépôt par plasma à solidification rapide, une stratifi-

cation stable de matière particulaire apparaît de mani-

ère évidente dans l'évidement de la fenêtre. Sur la

base de cette évidence, on a conclu qu'il est vraisem-

blable que la fenêtre soit manoeuvrée au plus près,

sans l'extension cylindrique, si de l'hélium est uti-

lisé comme gaz de purification. Ce résultat est cohé-

rent avec les résultats obtenus dans l'exemple 1, qui indique que les poussées d'Archimède jouent un rôle critique dans la détermination des niveaux d'écoulement

du gaz de purification.

On a déterminé qu'un contrôle de densité du gaz

est intéressant, en ce qu'il permet de réduire des dif-

férences de densité existant entre le gaz de puri-

fication et le gaz contenu.à l'intérieur de la chambre.

La pression de la chambre, dans le cas d'un dépôt par plasma à solidification rapide décrit dans l'exemple 2, est maintenue à environ 33 325 Pa (250 torr) pendant

l'ensemble des campagnes menées.

A la place de l'objectif en saphir du dispositif de l'exemple 2, on peut utiliser un objectif en quartz ou en matériau connu sous la marque Pyrex, ou, en fait,

n'importe quel objectif en verre de fenêtre classique.

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Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dipositif permettant d'assurer la propreté d'une fenêtre (50) destinée à être placée à l'intérieur de la paroi d'une enceinte (12), la surface interne de cette fenêtre (50) étant opacifiée par un matériau finement divisé, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: - une ouverture (14) pratiquée à l'intérieur de la paroi de l'enceinte (12), qui définit une zone de visualisation; - une fenêtre transparente (50) placée au niveau

de la partie la plus externe de la zone de visua-

lisation; - des parois interne (36) et externe (38) généralement annulaires qui entourent une partie externe de la zone de visualisation et qui définissent entre elles un volume d'écoulement de gaz annulaire (34), la paroi interne annulaire (36) étant poreuse, la fenêtre (50) étant montée au niveau de l'extrémité externe de la zone de visualisation, le volume d'écoulement de gaz annulaire (34) et la fenêtre (50) étant montés dans l'ouverture (14) de l'enceinte (12) de manière à empêcher par l'ouverture (14) le passage d'un gaz ambiant qui se dirige vers l'enceinte (12) ou qui en vient; et - un moyen d'alimentation en gaz permettant d'acheminer un gaz jusqu'au volume (34) afin d'induire un écoulement de gaz à travers la paroi poreuse interne (36) dans la zone de visualisation, cet écoulement de

gaz empêchant un dépôt de matière sur la fenêtre (50).

2. Dispositif selon la revendication - 1, caractérisé en ce que la fenêtre (50) est une fenêtre réalisée avec l'un des matériaux suivants: du verre à fenêtre, du verre connu sous la marque Pyrex, du verre,

du quartz, du saphir, et du trisulfure d'arsenic.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque formant orifice (30) est placée en-dessous du volume d'écoulement de gaz annulaire (34) afin de limiter le retour de courant du

gaz de la chambre (32) contre la fenêtre.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un collier (43) dirigé vers le bas est placé en-dessous du volume d'écoulement de gaz (34)

dans l'enceinte (12).

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi poreuse interne (36) est

un milieu poreux.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement de gaz induit par la paroi poreuse interne (36) s'écarte de la fenêtre (50)

selon une direction unique.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois interne (36) et externe (38) sont fixées aux collerettes d'extrémité (24, 26) et en ce qu'elles présentent la forme générale

d'un tambour (22).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaz de purification utilisé est choisi parmi le groupe suivant de l'hélium, de

l'argon, et des mélanges de ces deux gaz.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi poreuse interne (36) est

réalisée en acier inoxydable poreux.