FR2666384A1 - Pompe a diffusion. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pompe à diffusion comportant un corps cylindrique (1), au fond (4) duquel se trouve une cuve (7) contenant un liquide de travail et un plateau (8) destiné à la formation d'un film de ce liquide. Ce plateau est en contact thermique avec un dispositif de chauffage (12) assurant l'évaporation du liquide, et est orienté vers l'orifice d'entrée d'une conduite de vapeur (6), montée dans le corps (1) et communiquant avec un espacement (13) formé entre sa surface extérieure et le corps (1), cet espacement (13) communiquant avec l'une des chambres (26) d'un joint hydraulique, l'autre chambre (27) communiquant avec la cuve (7) pour permettre l'arrivée du condensat directement sur le plateau (8). L'invention s'applique notamment à la création et au maintien d'un vide caractérisé par une dépression résiduelle de gaz de 10- 1 à 10- 7 Pa.

Description

La présente invention se rapporte aux techniques du vide, concerne les pompes à dépression à jet de vapeur, ou pompes à diffusion, et a notamment pour objet une pompe à diffusion.

La pompe à diffusion proposée peut être utilisée avec succès pour obtenir et maintenir un vide à pression résiduelle de gaz de 10 1 à de 10 7 Pa dans des enceintes étanches de diverses installations technologiques, ainsi que dans des détecteurs de fuite à spectromètres de masse, en assurant une haute stabilité d'évacuation de gaz légers.

Le fonctionnement des pompes à diffusion est basée, comme on le sait, sur l'action aspirante, aidant à l'évacuation de gaz, d'un jet de vapeur. Lors du chauffage d'un liquide de travail dans la cuve d'une pompe à diffusion, la vapeur formée s'écoule à une vitesse supersonique des orifices de sortie de la conduite de vapeur, sous la forme d'un courant raréfié se dilatant. Le gaz à évacuer s'ajoute par diffusion au courant raréfié de vapeur, subit une compression et est évacué à l'aide d'une pompe à vide primaire de l'enceinte du corps de la pompe à diffusion. La vapeur se condense alors sur la paroi refroidie du corps de la pompe à diffusion et s'écoule à travers un joint hydraulique dans la cuve de réception du liquide de travail, dans laquelle ce dernier subit de nouveau un chauffage en assurant la permanence du fonctionnement de la pompe à diffusion.

Le principe d'évacuation d'un gaz à l'aide d'un jet de vapeur est déterminé par le régime d'écoulement du gaz à évacuer et le régime d'écoulement du jet de vapeur, et est basé sur la diffusion des molécules du gaz à évacuer dans le jet de vapeur. Les molécules du gaz évacué, en se heurtant contre les particules constituant la vapeur acquièrent la composante de la vitesse dirigée dans le sens d'écoulement du jet de vapeur. Ainsi, le pouvoir d'évacuation de la pompe dépend essentiellement de la stabilité du processus de formation de la vapeur dans la cuve contenant le liquide de travail, notamment, de la densité du jet de vapeur.

On connut une pompe à diffusion (US,A, 4140438), comportant un corps cylindrique monté verticalement, ayant un fond présentant un orifice central auquel se joint une cuve pour le liquide de travail (à évaporer), de façon qu'un espacement existe entre le niveau du liquide de travail dans cette cuve et ledit fond, un dispositif de chauffage pour l'évaporation du liquide de travail, monté à la surface latérale extérieure de la cuve, une conduite de vapeur, montée suivant l'axe du corps cylindrique de façon qu'un espacement annulaire existe entre la surface extérieure de la conduite de vapeur et la surface intérieure du corps cylindrique de la pompe, étant appuyée par l'une de ses faces d'extrémité sur le fond de ce corps cylindrique et communiquant par des orifices de sortie avec l'espacement annulaire entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique ; ledit espacement communiquant avec la chambre d'un joint hydraulique destinée à collecter le condensat de liquide de travail, et une autre chambre de ce joint hydraulique, communiquant par un orifice de vidange avec la cuve contenant le liquide de travail. Le fond de la cuve de liquide de travail est convexe, et a la forme d'une coupole. En outre, la pompe à diffusion comporte une tubulure de vidange faisant communiquer la chambre du joint hydraulique avec la cuve pour le liquide de travail. L'orifice de sortie de la tubulure est disposé au-dessus du sommet de la coupole.

Dans la cuve pour le liquide de travail est montée une cloison séparant la zone d'écoulement du condensat de liquide de travail de la zone d'évaporation de ce liquide.

Dans la partie inférieure de la conduite de vapeur est montée un séparateur, destiné à séparer du courant de vapeur, formé dans la cuve, des gouttes de liquide de travail.

Dans une telle pompe à diffusion, l'évaporation se produit à partir de tout le volume de liquide de travail remplissant la cuve, cette évaporation pouvant être éventuellement accompagnée de fluctuations de la pression de vapeur du liquide de travail et ces mêmes fluctuations entravant des variations de la densité du jet de vapeur et, en conséquence, la constance de la pression dans le réservoir à évacuer ne peut pas être assurée.

D'autre part, la structure en question de la pompe à diffusion prévoit le chauffage de tout le volume de liquide de travail, sur toute la profondeur de la cuve, et l'amenée du liquide de travail condensé sur le fond relativement froid de la cuve, aussi la pompe à diffusion consomme-t-elle lors du fonctionnement une grande quantité d'énergie.

On connut une autre pompe à diffusion (DE,C,2900963), analogue à celle considérée ci-dessus, dans laquelle le fond de la cuve récevant le liquide de travail est réalisé en plan. La tubulure de vidange est immergée dans le liquide de travail se trouvant dans la cuve destinée à recevoir ce dernier, et l'orifice de sortie de cette tubulure se situe au voisinage immédiat du fond de la cuve.

Tout comme dans la pompe à diffusion décrite auparavant, l'évaporation du liquide dans la pompe à diffusion considérée se produit à partir de tout le volume du liquide et de ce fait, il y a aussi des possibilités de fluctuations de pression de vapeur du liquide de travail qui empêchent d'assurer la constance de la densité du jet de vapeur, et, finalement, la stabilité des caractéristiques telles que le pouvoir d'évacuation de la pompe à diffusion, ce qui est important en principe en cas d'utilisation dans un détecteur de fuite à spectromètre de masse.

Dans cette pompe à diffusion, pour l'évaporation du liquide, il faut aussi chauffer tout le volume de liquide dans la cuve pour le liquide de travail, ce qui nécessite une grande consommation d'énergie lors de son utilisation.

On connaît une pompe à diffusion (SU,A,1420251) dans laquelle la densité de la vapeur formée du liquide de travail est suffisamment stable. Cette pompe à diffusion comporte un corps cylindrique monté verticalement , ayant un fond présentant un orifice central, que rejoint une cuve recevant le liquide de travail dans laquelle, entre le niveau du liquide de travail et le fond dudit corps, il y a un espacement, et qui comporte monté dans cette cuve un plateau destiné à la formation d'un film de liquide de travail, ce plateau étant fait en un matériau conducteur de chaleur et étant en contact thermique avec un dispositif de chauffage servant à l'évaporation du liquide de travail, ce plateau étant orienté par sa surface frontale, sur laquelle est amené en permanence le liquide de travail, vers l'orifice de sortie de la conduite de vapeur longeant l'axe du corps cylindrique et montée sur le fond du corps cylindrique, cette conduite de vapeur communiquant par des orifices de sortie avec l'espacement annulaire existant entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique, cet espacement communiquant à son tour avec la chambre d'un joint hydraulique destinée à l'admission du liquide de travail condensé, l'autre chambre de ce joint hydraulique étant en communication par un orifice de vidange, avec la cuve pour le liquide de travail.

Le plateau destiné à la formation d'un film de liquide de travail est partiellement immergé dans le liquide de travail et est monté dans le fond de la cuve de liquide de travail, avec possibilité de rotation. Dans ce plateau, des orifices débouchants sont pratiqués assurant lors de la rotation du plateau l'amenée du liquide de travail à partir de la cuve à la surface frontale supérieure dudit plateau, orientée vers l'orifice d'entrée de la conduite de vapeur. Le liquide de travail condensé s'écoule par l'orifice de vidange du joint hydraulique dans la cuve pour le liquide de travail, par la paroi de cette dernière.

Le dispositif de chauffage pour l'évaporation du liquide de travail est disposé directement à l'intérieur du plateau destiné à la formation d'un film de liquide de travail.

Le chauffage faisant s'évaporer le film de liquide de travail formé du liquide de travail arrivant par les orifices débouchants, permet de diminuer l'énergie consommée par la formation de vapeur, or il est nécessaire de consommer de l'énergie pour la rotation du plateau.

Les conditions de la montée du liquide de travail par les orifices débouchant du plateau tournant pour la formation d'un film de liquide de travail, pour lesquelles l'amenée du liquide de travail de la cuve vers la surface frontale supérieure du plateau est assurée, dépendent des propriétés du liquide de travail, de la vitesse de rotation, de la température du plateau servant à la formation du film de liquide de travail et des dimensions des orifices débouchants dans ce plateau. Pour cette raison, pour chaque liquide de travail, il faut sélectionner un régime approprié optimum de fonctionnement de la pompe, en prenant en considération les facteurs énumérés ci-dessus, ce qui complique les conditions d'utilisation de la pompe à diffusion.

La formation d'un film de liquide de travail sur le plateau en rotation et le chauffage de ce dernier jusqu'à son point d'ébullition exige l'introduction dans la structure de la cuve de liquide de travail d'un ensemble hermétique assurant la transmission de la rotation à partir d'un moteur électrique au plateau servant à la formation d'un film de liquide de travail et la transmission de l'énergie électrique au dispositif de chauffage servant à l'évaporation du liquide de travail, monté dans le plateau. La structure dudit ensemble est sophistiquée car il doit pouvoir fonctionner sous de hautes températures de l'ordre de 3000C, déterminées par le point d'ébullition du liquide de travail, ce qui diminue la fiabilité de son fonctionnement.

De plus, le coût de la pompe à diffusion considérée est assez élevé, car le coût seulement dudit ensemble hermétique comprenant un moteur électrique est comparable au coût total des autres pompes à diffusion connues et même dépasse ce dernier.

L'invention vise à fournir une pompe à diffusion dans laquelle le plateau pour la formation d'un film de liquide de travail et l'orifice de vidange du joint hydraulique soient respectivement monté et disposé de telle façon, que la formation d'un film de liquide de travail à la surface frontale du plateau provenant du condensat de ce liquide formé dans la chambre d'admission du joint hydraulique soit assurée, que par cela même, soit diminuée l'énergie consommée lors de l'utilisation de la pompe, et en même temps que soit simplifié la structure de cette dernière.

Le problème posé est résolu du fait, que dans une pompe à diffusion qui comporte un corps cylindrique monté verticalement comportant un fond présentant un orifice central, auquel fond une cuve destinée à recevoir un liquide de travail se joint, un espacement existant entre le fond du corps et le niveau du liquide dans la cuve, cette dernière comportant un plateau sous forme de disque pour la formation d'un film de liquide de travail, fait en un matériau conducteur de chaleur, en contact thermique avec un dispositif de chauffage provoquant l'évaporation du liquide de travail, et orienté par sa surface frontale, recevant en permanence le liquide de travail, vers l'orifice d'entrée d'une conduite de vapeur, cette conduite étant disposée le long de l'axe du corps cylindrique, repose sur le fond du corps cylindrique et communique par des orifices de sortie avec un espacement annulaire entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique, cet espacement communiquant, lui-même avec une chambre d'un joint hydraulique destinée à admettre le condensat de liquide de travail, dont une autre chambre, par l'intermédiaire d'un orifice de vidange, communique avec la cuve pour le liquide de travail, selon l'invention ; le plateau pour la formation d'un film de liquide de travail étant fixé rigidement dans la cuve de liquide de travail, et l'orifice de vidange du joint hydraulique se situant au-dessus du plateau pour la formation d'un film de liquide de travail, cette disposition permettant d'amener le liquide de travail directement sur la surface frontale du plateau.

Pour une diminution plus importante de la consommation d'énergie, il est rationnel de fixer le plateau destiné à la formation d'un film de liquide de travail au-dessus du niveau de liquide de travail dans la cuve qui le contient.

Il serait avantageux que le joint hydraulique soit formé de deux chambres coaxiales, dont l'une est constituée par la zone inférieure, de l'espacement annulaire entre la surface extérieure de la conduite de vapeur et la surface intérieure du corps cylindrique, que l'autre soit constituée par l'espace formé entre une partie de la surface intérieure de la conduite de vapeur et la surface extérieure d'un cylindre creux fixé au fond du corps cylindrique, et que la pompe à diffusion comporte un entonnoir fixé au cylindre creux, cet entonnoir ayant son orifice de petit diamètre orienté vers le plateau pour la formation d'un film de liquide de travail et servant en même temps d'orifice d'entrée à la conduite de vapeur et d'orifice de vidange au joint hydraulique.

L'amenée permanente du liquide de travail condensé directement sur la surface frontale supérieure du plateau immobile destiné à la formation d'un film de liquide de travail et à l'évaporation du liquide de travail à partir de sa surface formant ledit film excluent une ébullition à gros bouillons du liquide et les fluctuations de la pression de vapeur, ce qui assure la constance de la densité du jet de vapeur et, par conséquent, la stabilité des caractéristiques aspirantes (du pouvoir d'évacuation) de la pompe à diffusion, ce qui est en principe très important pour son utilisation dans un détecteur de fuite à spectromètre de masse.

Lors de l'évaporation du film de liquide de travail à partir de la surface du plateau servant à l'évaporation du liquide de travail, ce plateau est chauffé à une température de 3000C environ, la vapeur se trouve à l'état de surchauffe, ce qui augmente l'énergie du jet de vapeur et, partant, la vitesse du courant de vapeur. Il en résulte que la vitesse d'évacuation, développée par la pompe à diffusion, croit de 20% au moins.

En outre, l'évaporation d'un film de liquide de travail diminue l'énergie consommée par la pompe à diffusion de 30 à 40%, vu qu'il n'est plus nécessaire de chauffer tout le volume du liquide de travail se trouvant dans la cuve destinée à le contenir. Dans ces conditions, le système de refroidissement du corps de la pompe se trouve aussi simplifié. Les pompes à diffusion ayant une telle structure, étant utilisées en tant que moyens d'évacuation dans des détecteurs de fuite, n'exigent pas de présence d'un système de refroidissement à l'eau artificiel. Pour ces pompes, il suffit d'utiliser le refroidissement du corps par convection naturelle de l'air. En conséquence, une possibilité apparaît de diminuer fortement, de 1,5 à 2 fois, la massivité de la structure métallique de la pompe. L'absence de l'amenée d'eau de refroidissement et un poids relativement faible permettant d'utiliser la pompe à diffusion, comme un moyen d'évacuation ambulant ce qui est très important dans le cas où on l'utilise dans les détecteurs de fuite.

La structure de la pompe à diffusion ne comporte pas de pièces mobiles, est très simple et, par conséquent, présente une fiabilité accrue.

Grâce à une fixation du plateau pour la formation d'un film de liquide de travail au-dessus du niveau du liquide de travail dans la cuve, la consommation d'énergie se trouve encore diminuée, car le chauffage de tout le volume du liquide de travail se trouvant dans la cuve de liquide de travail n'est nécessaire qu'au début du fonctionnement de la pompe, jusqu'à sa mise au régime stationnaire.

Lors d'un écoulement libre dans le vide du condensat de liquide de travail à partir du joint hydraulique vers le plateau destiné à la formation d'un film de liquide de travail, il se produit le dégazage de ce dernier. Cet effet est amplifié si l'écoulement du condensat du joint hydraulique sur le plateau se produit par la surface de l'entonnoir fixé au cylindre creux du joint hydraulique. En outre, l'entonnoir permet, pour différents types et différentes dimensions de pompes à diffusion, de choisir, indépendamment des paramètres thermophysiques de la pompe, le diamètre optimum du corps de la pompe et le diamètre du plateau destiné à la formation du film de liquide de travail.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à diffusion (coupe longitudinale), selon l'invention
- la figure 2 représente un élément de détail A de la figure 1 ; et
- la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 d'un autre mode de réalisation de la pompe à diffusion de l'invention équipée d'un dispositif de chauffage monté à l'extérieur du volume de la cuve pour le liquide de travail.

La pompe à diffusion comporte un corps cylindrique hermétique (figure 1) monté verticalement et comportant une bride 2 dstinée à coupler le corps 1 au corps d'une installation technologique correspondante (non représenté sur la figure 1), dans laquelle doit être créé et maintenue une dépression déterminée par le régime technologique, dont la valeur peur aller de 10 1 à
Pa. Une tubulure de sortie 3 destinée à être raccordée à une pompe de pré-vidage est fixée sur le corps cylindrique 1 (non représenté sur la figure 1), par l'intermédiaire de laquelle le gaz pompé est évacué.

Dans le fond 4 du corps cylindrique 1 a été pratiquée une ouverture centrale 5. Ce fond 4 possède une forme sensiblement annulaire et plate. Dans le corps cylindrique 1 et parallélement à son axe est montée une conduite de vapeur 6 s'appuyant sur le fond 4.

Une cuve 7 destinée au liquide de travail et également de forme cylindrique est reliée au fond 4 du corps cylindrique 1. Cette cuve 7 destinée au liquide de travail est solidement reliée au corps cylindrique 1, par l'intermédiaire, par exemple, d'un joint d'étanchéité soudé.

La figure 1 illustre un mode de réalisation de la cuve 7 destiné au liquide de travail dans lequel le diamètre de la cuve est supérieur au diamètre du corps cylindrique 1.

Dans la cuve 7, un plateau 8 est monté qui sert à la formation d'un film de liquide de travail et est orienté par sa surface frontale supérieure 9 vers l'orifice central 5 du fond 4 du corps cylindrique 1. Le plateau 8 pour la formation d'un film de liquide de travail est rigidement fixé dans la cuve 7 pour le liquide de travail, par exemple au moyen de montants 10 reliés au fond 11 de la cuve 7 pour le liquide de travail, disposés en cercle et équidistants.

Le plateau 8 destiné à la formation d'un film de liquide de travail est en contact thermique avec un dispositif de chauffage 12 destiné à assurer l'évaporation du liquide.

Le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail est réalisé en un matériau conducteur de chaleur qui peut être par exemple le cuivre, l'aluminium ou bien un acier.

Dans la pompe à diffusion proposée, on utilise comme liquide de travail des liquides minéraux ou synthétiques classiquement utilisés dans les pompes à diffusion, ces liquides possédant une haute stabilité thermique, par exemple l'éther polyphénylique.

La conception du dispositif de chauffage 12 permettant d'obtenir l'évaporation du liquide de travail peut être quelconque.

Dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion représentée sur la figure 1, le dispositif de chauffage 12 permettant d'obtenir l'évaporation du liquide de travail prend la forme d'une spirale métallique placée dans un isolateur céramique. Dans ces conditions, le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail est réalisé creux et à l'intérieur de ce dernier est monté le dispositif de chauffage 12 effectuant l'évaporation du liquide de travail, et le contact thermique entre le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail et le dispositif de chauffage 12 assurant l'évaporation du liquide de travail est réalisé grâce à leur conduction thermique.

La conduite de vapeur 6 est montée parallélement à l'axe du corps cylindrique 1, de façon à former un espacement annulaire 13 entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique 1.

La conduite de vapeur 6 est d'une structure classique.

Dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion représentée sur la figure 1, la conduite de vapeur 6 comporte, montées en série le long de la hauteur du corps 1, trois viroles cylindriques 14, 15, 16 ayant des diamètres différents diminuant en fonction de la hauteur du corps cylindrique 1.

Les viroles cylindriques inférieure et médiane 14, 15 sont reliées entre elles de façon étanche par l'intermédiaire d'une virole conique 17.

Les viroles supérieure et médiane 16, 15 sont reliées entre elles par une virole conique 18 s'appuyant sur des butées 19 solidaires de la virole médiane 15, disposées en cercle, et équidistantes. Entre le bord supérieur de la virole médiane 15 et la virole conique 18 se trouve un espacement 20 servant d'orifice de sortie à la conduite de vapeur 6, par lequel l'enceinte de cette dernière communique avec l'espacement annulaire 13 entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1.

La virole cylindrique médiane 15 comporte, fixée sur celle-ci, une tubulure supplémentaire 21 coaxiale à la tubulure de sortie 3. La tubulure 3 a une partie 22 qui est fixée au corps cylindrique 1 et a une forme conique, sa section se réduisant vers l'orifice de sortie de la tubulure de sortie 3. Elle forme avec la tubulure supplémentaire 21 un étage éjecteur de la pompe à diffusion. Un capuchon 23 est monté sur la virole cylindrique supérieure 16, et s'appuie sur des butées 24 solidaires de la virole cylindrique supérieure 16. Un espacement 25 est formé entre le bord supérieur de la virole supérieure 16 et le capuchon 23, cet espacement servant également d'orifice de sortie à la conduite de vapeur 6.

Entre le fond 4 du corps cylindrique 1 et la surface frontale supérieure 9 du plateau 8, servant à la formation d'un film de liquide de travail, orientée vers l'orifice central 5 servant d'orifice d'entrée à la conduite de vapeur 6, il y a un espacement "a" dont la largeur dépend du débit de la pompe à diffusion et peut aller de 5 à 50 mm.

L'espacement "a" doit être tel que le transfert de chaleur du plateau 8, servant à la formation d'un film de liquide de travail, au corps cylindrique 1 soit pratiquement exclu.

La valeur de cet espacement "a" doit aussi satisfaire à la condition de ne présenter au régime de démarrage de la pompe à diffusion aucune résistance supplémentaire au courant de vapeur, dirigé à partir de la surface du liquide de travail se trouvant dans la cuve 7, vers l'orifice d'entrée de la conduite de vapeur 6, en passant par l'espacement "a" situé entre le plateau 8 pour la formation d'un film de liquide de travail et le fond 4. La présence de l'espacement "a" assure aussi le dégazage du condensat lors de son écoulement libre sur le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail, l'écoulement se produisant grâce à la différence des pressions partielles de gaz existantes dans la conduite de vapeur 6 et dans l'espacement 13 entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1.

Le niveau U du liquide dans la cuve 7 pour le liquide de travail peut varier. On considère le niveau U lorsque le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail se trouve immergé partiellement dans le liquide de travail en ne laissant à la surface du liquide que sa surface frontale supérieure 9, qui émerge légèrement au-dessus du niveau U du liquide. On considère le niveau U de liquide de travail minimal lorsque tout le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail se trouve au-dessus du niveau de ce dernier dans la cuve 7 contenant ce liquide. La quantité totale de liquide de travail circulant dans la pompe à diffusion doit suffir au maintien de son débit et de ses caractéristiques de pompage pendant le temps maximal nécessaire de fonctionnement ininterrompu, qui peut atteindre plusieurs dizaines d'heures.

Dans ces conditions, il doit être assuré l'initiation suffisamment rapide, durant 10 à 40 mn, de l'évaporation initiale du liquide de travail à partir de la cuve 7 contenant ce liquide au régime de démarrage de la pompe à diffusion, l'évaporation initiale se produisant grâce au transfert de chaleur à partir du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail et de ses montants de fixation 10, et la mise de la pompe à son régime stationnaire.

Au régime de démarrage de la pompe à diffusion, l'énergie est principaalement consommée par le chauffage de tout le liquide de travail contenu dans la cuve 7 pour le liquide de travail jusqu'à son point d'ébullition. Au régime stationnaire, l'énergie est principalement consommée par l'évaporation du film de liquide de travail de la surface 9 du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail, le transfert de chaleur au liquide de travail contenu dans la cuve 7 pour le liquide de travail diminuant alors à cause de la diminution de la température du plateau 8, servant à la formation d'un film de liquide de travail, lors d'une évaporation endothermique.Lorsque le niveau U du liquide de travail est tel que tout le plateau 8, servant à la formation d'un film de liquide de travail, se trouve entièrement au-dessus du niveau U du liquide dans la cuve 7, l'énergie consommée au régime stationnaire de fonctionnement de la pompe est minimale compte tenu du fait que le transfert de chaleur du dispositif de chauffage 12 au liquide de travail dans la cuve 7 est minimal et est dû uniquement au transfert de chaleur à partir des montants de fixation 10. Cependant dans ce cas, se trouve augmenté le temps d'initiation de l'évaporation initiale au régime de démarrage de la pompe à diffusion. Pour chauffer le liquide de travail dans la cuve 7 jusqu'à son point d'ébullition au régime de démarrage, on peut utiliser aussi un dispositif de chauffage auxiliaire (non représenté sur la figurel, qui sera débranché au régime stationnaire.

L'espacement annulaire 13 entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1 est séparé de la cuve 7 pour le liquide de travail par un joint hydraulique.

Dans la réalisation du joint hydraulique représenté sur les figures 1 et 2, ce dernier est réalisé sous la forme de deux chambres coaxiales 26, 27 (figure 2). L'une de ces chambres, 26, destinée à recevoir le condensat de liquide de travail, est constituée par la partie basse de l'espacement annulaire 13 (figure 1) entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1. Et l'autre chambre 27, (figure 2) se situe entre la partie basse de la surface intérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface extérieure d'un cylindre creux 28 fixé au fond 4.

L'espacement annulaire 13 (figure 1) entre la suface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1 communique avec la chambre 26 (figure 2) du joint hydraulique, chambre, servant à recevoir le condensat de liquide de travail, l'autre chambre, 27, du joint hydraulique par l'orifice de vidange, qui est l'orifice central 5, communique avec la cuve 7 pour le liquide de travail.

Dans la partie inférieure de la conduite de vapeur 6 (figure 1) il y a un groupe d'orifices 29 équidistants (figure 2), ces orifices étant disposés en cercle, au dessous du bord supérieur du cylindre creux 28.

Pour l'amenée du condensat de liquide de travail directement à la surface frontale du plateau 8 (figure 1) servant à la formation d'un film de liquide de travail, ce dernier doit avoir un diamètre dépassant celui de l'orifice de vidange du joint hydraulique. Le rôle d'orifice de vidange du joint hydraulique, dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion illustrée sur les figures 1,2, est assuré par l'orifice central 5 du fond 4. C'est-à-dire que le diamètre D1 du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail est supérieur au diamètre D2 de l'orifice central 5.

Dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion illustrée sur la figure 3, le corps cylindrique 30 fait un tout avec la cuve 31 contenant le liquide de travail, ce qui simplifie la fabrication de la pompe à diffusion et diminue ses cotes d'encombrement. Dans ce cas, la pompe à diffusion comporte un entonnoir 32 fixé à un cylindre creux 33 et ayant son orifice de petit diamètre orienté vers le plateau 34, servant à la formation d'un film de liquide de travail, cet orifice de petit diamètre servant d'orifice d'entrée à la conduite de vapeur 35, et d'orifice de vidange au joint hydraulique.La valeur a' de l'espacement entre le bord inférieur de l'entonnoir 32 et la surface frontale supérieure du plateau 34 servant à la formation d'un film de liquide de travail est à choisir en se basant sur les mêmes condidérations que lors du choix de la valeur de l'espacement "a" dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion illustrée sur les figures 1 et 2. Dans le mode de réalisation de la pompe à diffusion représentée sur la figure 3, la cuve 31 contenant le liquide de travail est réalisée dans une forme annulaire et ses parois latérales, extérieures et intérieures, sont formées, respectivement, par les parois du corps cylindrique 30 et un cylindre 36 monté coaxialement au corps cylindrique 30.

Le plateau 34 pour la formation d'un film de liquide de travail est réalisé dans ce cas monolithique et est fixé sur l'extrémité supérieure du cylindre 36. Un dispositif de chauffage 37 effectuant l'évaportation du liquide de travail se trouve fixé à la surface frontale inférieure du plateau 34 servant à la formation d'un film de liquide de travail, est en contact thermique avec ce dernier et est disposé en dehors de la cuve 31 contenant le liquide de travail.

Le niveau U' du liquide de travail dans la cuve 31 qui le contient est réglé en fonction des mêmes conditions qui régissent le choix du niveau U du liquide de travail dans la cuve 7 pour le liquide de travail de la pompe à diffusion représentée sur les figures 1 et 2.

Dans ce cas, le transfert de chaleur à parir du plateau 34 servant à la formation d'un film de liquide de travail au liquide de travail dans la cuve 31 qui le contient au régime de démarrage de la pompe à diffusion est réalisé par l'intermédiaire des parois inférieures conductrices de chaleur de la cuve 31 contenant le liquide de travail, cette paroi étant formée par le cylindre 36. La conduite de vapeur 35 a une structure analogue à celle de la conduite de vapeur 6 représentée aux figures 1, 2.

La pompe à diffusion proposée fonctionne comme suit. Au préalable, la bride 2 (figure 1) est raccordée au corps de l'installation technologique correspondante, dans laquelle il faut créer et maintenir une dépression déterminée par le régime technologique. Ensuite, on raccorde à la tubulure de sortie 3 et on met en marche une pompe de pré-vidage créant dans la tubulure de sortie 3 une pression de l'ordre de 60 Pa, suffisant au fonctionnement de la pompe à diffusion.

Puis, on branche le dispositif de chauffage 12 provoquant l'évaporation du liquide de travail, qui chauffe le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail et les montants 10. Au régime de démarrage de la pompe à diffusion, grâce au contact entre le liquide de travail dans la cuve 7 pour le liquide de travail et les montants 10 avec partiellement, le plateau 8 de formation d'un film de liquide de travail, ce dernier s'échauffe. Lorsque le point d'ébullition du liquide de travail est atteint, commence l'évaporation de ce liquide. Le point d'ébullition des liquides de travail connus utilisés dans les pompes à diffusion se situe dans la plage de températures de 1800C à 2700 C.

La vapeur de liquide de travail formée, en montant, passe par l'espacement "a" entre le plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail et le fond 4 et arrive dans l'orifice central 5 servant d'orifice d'entrée à la conduite de vapeur 6. De la zone de virole cylindrique inférieure 14 la vapeur monte à la virole cylindrique médiane 15 et simultanément, une partie de la vapeur sous la forme d'un jet de vapeur sort par la tubulure supplémentaire 21 dans la partie rétrécie 22 de la tubulure de sortie 3, en assurant l'éjection du gaz à évacuer.

Une partie de la vapeur monte par la conduite de vapeur 6 et sort sous la forme d'un jet à travers les espacements 20 et 25 servant d'orifices de sortie à la conduite de vapeur 6, avec une vitesse croissante jusqu'à une vitesse supersonique grâce à la chute de pression dans l'enceinte de la conduite de vapeur 6 et dans l'espacement 13 entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1.

Dans l'espacement 13 entre la surface extérieure de la conduite de vapeur 6 et la surface intérieure du corps cylindrique 1, se produit la diffusion des molécules du gaz à évacuer dans le jet de vapeur. Ensuite, les molécules du gaz se meuvent, entraînées par le jet de vapeur, dans la direction de la tubulure de sortie 3 et sont entraînées par le jet de vapeur sortant par la tubulure supplémentaire 21 dans la tubulure de sortie 3.

A la surface intérieure du corps cylindrique 1, se produit la condensation de la vapeur à cause du refroidissement artificiel de la surface extérieure du corps cylindrique 1 ou grâce au refroidissement naturel par convection de l'air.

Le condensat de liquide de travail s'écoule par la surface intérieure du corps cylindrique 1 dans la chambre 26 (figure 2) de réception de condensat. Par les orifices 29, pratiqués dans la conduite de vapeur 6, le condensat de liquide de travail pénètre dans l'autre chambre 27 du joint hydraulique. Lorsque le niveau de liquide condensé se trouvant dans la chambre 27 du joint hydraulique dépasse le bord supérieur du cylindre creux 28, le condensat de liquide de travail s'écoule sur la surface frontale supérieure 9 (figure 1) du plateau 8 de formation de film de liquide de travail et se répand sur ce plateau. Simultanément, il se produit l'évaporation sur cette surface frontale 9 grâce au fait que le plateau 8 portant un film de liquide de travail est chauffé jusqu'à une température supérieure au point d'ébullition de ce liquide.Dans ces conditions, la pompe à diffusion passe au régime stationnaire de fonctionnement, pour lequel la formation de la vapeur se produit essentiellement à partir de la surface frontale 9 du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail.

Comme l'évaporation est un processus endothermique, au cours de la formation de la vapeur à partir de la surface frontale supérieure du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail, la chaleur est évacuée de ce dernier, le transfert de chaleur au liquide de travail se trouvant dans la cuve 7 qui le contient diminue et, respectivement, diminue l'intensité de la formation de la vapeur à partir de la surface du liquide de travail se trouvant dans la cuve 7.

Au régime stationnaire de fonctionnement de la pompe à diffusion, la partie essentielle de l'énergie fournie par le dispositif de chauffage 12 est consommée par le chauffage et l'évaportation du film de liquide de travail à partir de la surface frontale 9 du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail.

Ceci permet de réduire sensiblement la consommation de l'énergie lors de l'utilisation de la pompe à diffusion.

L'évaporation du film de liquide de travail exclue l'ébullition à gros bouillons du liquide de travail, ainsi que les fluctuations de la pression de la vapeur, ce qui assure la stabilité des caractéristiques telles que la capacité d'évacuation de la pompe à diffusion. En outre, le pouvoir d'évacuation du gaz dans la pompe à diffusion proposée croit car la vapeur, lors de l'évaporation à partir du plateau 8 servant à la formation d'un film de liquide de travail chauffé, se trouve à l'état de surchauffe, ce qui augmente l'énergie du jet et, en conséquence la vitesse du courant de vapeur.

La pompe à diffusion représentée sur la figure 3 fonctionne d'une façon sensiblement analogue à la pompe à diffusion représentée à la figure 1. La différence réside en ce qui suit. Au régime de démarrage de la pompe, le chauffage du liquide de travail dans la cuve annulaire 31 est effectué du fait du transfert de chaleur à partir du cylindre 36 qui, à son tour, est chauffé par le plateau 34. Le condensat de liquide de travail s'écoule du joint hydraulique sur le plateau 34, servant à la formation d'un film de liquide de travail, par l'entonnoir 32.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Pompe à diffusion, du type comportant un corps cylindrique (1) monté verticalement, ayant un fond (4) présentant un orifice central (5), à ce même fond se joignant une cuve (7) contenant un liquide de travail, entre le niveau (U) du liquide de travail et le fond (4) du corps (1) se trouvant un espacement, et dans laquelle cuve un plateau sous forme de disque (8) est monté, qui sert à la formation d'un film de liquide de travail, étant réalisé en un matériau conducteur de chaleur, étant en contact thermique avec un dispositif de chauffage (12) qui réalise l'évaporation du liquide de travail, ce plateau étant orienté par sa surface frontale (9), sur laquelle le liquide de travail est amené en permanence, vers l'orifice d'entrée d'une conduite de vapeur (6) qui est disposée suivant l'axe du corps cylindrique (1) cette conduite (6) étant montée sur le fond (4) du corps cylindrique (1) et, communiquant par des orifices de sortie, avec un espacement annulaire (13) entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique (1), cet espacement communiquant avec une chambre (26) d'un joint hydraulique, cette chambre servant à la réception du condensat de liquide de travail, l'autre chambre (27) du joint hydraulique communiquant par un orifice de vidange, avec la cuve (7) contenant le liquide de travail, caractérisée en ce que le plateau (8) servant à la formation d'un film de liquide de travail est rigidement fixé dans la cuve (7) contenant le liquide de travail, et l'orifice de vidange du joint hydraulique se situe au-dessus du plateau (8) servant à la formation d'un film de liquide de travail, pour pouvoir amener le condensat de liquide de travail directement sur sa surface frontale (9).

2. Pompe à diffusion selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau (8) servant à la formation d'un film de liquide de travail est fixé plus haut que le niveau (U) du liquide de travail dans la cuve (7) qui le contient.

3. Pompe à diffusion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le joint hydraulique est réalisé sous la forme de deux chambres coaxiales, l'une desquelle étant constituée par la partie inférieure de l'espacement annulaire entre la surface extérieure d'une conduite de vapeur (35) et la surface intérieure d'un corps cylindrique (30), l'autre chambre étant disposée entre une partie de la suface intérieure de la conduite de vapeur (35) et la surface extérieure d'un cylindre creux (33) fixé sur le fond du corps cylindrique (30), la pompe comporte un entonnoir (32) fixé au cylindre creux (33), que l'orifice de petit diamètre de l'entonnoir est tourné vers le plateau (34) servant à la formation d'un film de liquide de travail, et sert en même temps d'orifice d'entrée à la conduite de vapeur (35) et d'orifice de vidange au joint hydraulique.