FR2777951A1 - Pompe cryogenique, te de raccordement, colonne montante, et procede d'installation de colonne montante - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pompe cryogénique.Elle se rapporte à une pompe qui comprend un réservoir sous vide ayant un boîtier délimitant une chambre de vide, un conduit (58) d'échappement, et un conduit (68) de décharge raccordé au conduit (58) d'échappement, et le boîtier délimitant une région de pompage dans la chambre de vide, le conduit (58) d'échappement délimitant un passage (59) d'échappement et le conduit (68) de décharge délimitant un passage (69) de décharge dans la chambre de vide, une colonne montante (62) de filtre montée dans le conduit (68) de décharge et s'étendant dans le passage (59) d'échappement, au moins un panneau cryogénique disposé dans la région de pompage, et un réfrigérateur cryogénique qui est en contact thermique avec le panneau cryogénique.Application au pompage de vide.

Description

La présente invention concerne une pompe cryogénique ayant un filtre à

l'échappement, un T de raccordement, une

colonne montante, et des procédés de. filtration et d'ins-

tallation d'une colonne montante de filtre.

Les pompes cryogéniques à vide retirent les gaz d'une atmosphère par mise à l'état solide de molécules de gaz sur des panneaux cryogéniques à basse température. De nombreuses pompes cryogéniques produites récemment mettent en oeuvre un principe commun de réalisation. Une telle pompe est décrite

dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 655 046 déli-

vré en 1987 à Eacobacci et Planchard. La figure 1 représente un exemple de cette pompe cryogénique. La pompe comporte un boîtier 12 qui contient un réfrigérateur cryogénique 18 à

deux étages et au moins deux panneaux cryogéniques compre-

nant un panneau de pompage primaire 34 et un organe 44 de protection contre le rayonnement, aussi appelé parfois "panneau". Le boîtier 12 possède une bride 14 montée à son

extremite ouverte.

Lors d'une utilisation dans l'industrie, la bride 14 est montee sur un orifice formé sur une cuve qui délimite une chambre de travail. Par une ouverture avant 16 de la pompe cryogénique, du gaz peut circuler depuis la chambre de travail vers une chambre de vide délimitée par le boîtier 12. A l'intérieur de la chambre de vide, des gaz sont

condensés sur chacun des panneaux cryogéniques 34 et 44.

L'organe 44 de protection contre le rayonnement comprend de façon générale un boîtier qui est fermé mis à part un arrangement frontal 48 placé entre le panneau de pompage

primaire 34 et la chambre à évacuer. L'organe 44 de protec-

tion contre le rayonnement est refroidi par un premier étage 29 du réfrigérateur 18 à une température comprise entre 60 et 130 K. Des gaz à température élevée d'ébullition, tels que la vapeur d'eau, qui pénètrent depuis la chambre de travail, se condensent sur l'arrangement frontal 48, alors que le reste de l'organe 44 est utilisé essentiellement pour la protection du panneau de pompage primaire 34 contre le rayonnement thermique. Le panneau 34 est habituellement maintenu à une température de 4 à 25 K par un second étage

32 du réfrigérateur 18 et il est utilisé pour la conden-

sation des gaz à faible température d'ébullition qui passent par l'arrangement frontal 48. La face inférieure du panneau 34 est revêtue de charbon actif adsorbant 36 qui permet l'extraction des gaz à température d'ébullition particuliè- rement faible, tel que l'hydrogène. D'autres panneaux peuvent par exemple comprendre des plaques empilées ayant du

charbon actif aux surfaces inférieures des plaques.

Le réfrigérateur cryogénique 18, dans ce mode de réalisation, est un refrigérateur à deux étages qui assure le refroidissement à l'aide d'un cycle de refroidissement de Gifford-McMahon, dans lequel le réfrigérateur 18 extrait de la chaleur des panneaux 34 et 44 lorsqu'il détend de l'hélium gazeux comprimé. Le réfrigérateur 18 est entraîné par un moteur 22 et reçoit de l'hélium par une conduite 24 d'alimentation. L'hélium traité est retiré du réfrigérateur par une conduite 26 de retour qui renvoie l'hélium à un compresseur qui comprime à nouveau l'hélium pour assurer un

traitement répété.

Les panneaux cryogéniques établissent un vide à l'inté-

rieur de la chambre de vide essentiellement par séparation

des molécules de gaz de l'atmosphère par solidification.

Lorsqu'une molécule de gaz qui flotte librement vient frapper un panneau cryogénique, celui-ci extrait l'énergie thermique de la molécule de gaz. Si la quantité d'énergie thermique extraite est suffisante, la phase de la molécule de gaz passe de l'état vapeur à celui d'un condensat solide sur le panneau cryogénique. Avec les gaz ainsi condensés et/ou adsorbés sur les panneaux cryogéniques, un vide poussé est créé à l'intérieur à la fois de la chambre de vide et de

la chambre de travail.

Lorsqu'un vide poussé a été établi, les pièces peuvent être déplacées vers la chambre de travail et extraites de

celle-ci par des sas de chargement partiellement évacués.

Comme chaque ouverture de la chambre de travail a un sas de chargement, des gaz supplémentaires pénètrent dans la

chambre de travail. Ces gaz se condensent alors sur les pan-

neaux cryogéniques de manière que la chambre soit à nouveau mise sous vide et que les faibles pressions nécessaires au traitement soient obtenues. Au coursdu temps, le rendement et la capacité de pompage de la pompe cryogénique diminuent lorsque la quantité de condensat accumulée sur les panneaux cryogéniques augmente. En outre, un risque de détérioration des pièces placées dans la chambre de travail et un risque

potentiel sanitaire et de sécurité existe à cause des possi-

bilités de panne d'alimentation ou d'autres causes de réchauffement rapide qui peuvent provoquer une sublimation

des gaz condensés qui peuvent contenir des produits chi-

miques dangereux.

Ainsi, les panneaux cryogéniques 34 et 44 sont soumis périodiquement à une procédure de régénération au cours de laquelle les panneaux cryogéniques 34 et 44 sont réchauffés suivant un programme réglé afin que les gaz condensés soient libérés des panneaux cryogéniques. Les gaz libérés sont

retirés de la chambre de vide par un conduit 58 d'échap-

pement. Une soupape 60 de décharge est placée à l'extrémité du conduit 58 et règle la circulation du gaz sortant de la chambre de vide. Cette soupape 60 peut aussi former une sortie des gaz qui se subliment en cas d'arrêt non programmé

de la pompe cryogénique.

Un exemple de soupape de décharge 60 est une soupape de réduction de pression qui comporte un capuchon qui, lorsque la soupape est fermée, est maintenu contre un joint torique par un ressort. Si la pression est suffisante pour que la soupape s'ouvre, le capuchon est poussé à distance du joint torique d'étanchéité et les gaz évacués circulent le

long du joint. En l'absence d'un filtre, des débris entrai-

nés dans le courant de gaz qui sort s'écoulent aussi dans le conduit d'échappement et se collectent souvent sur le joint torique et le capuchon de fermeture. Ces débris comprennent

des particules de charbon actif provenant du panneau cryo-

génique ou d'autres débris résultant du traitement dans la chambre de travail. L'accumulation des débris sur le joint d'étanchéité et le capuchon empêche la fermeture étanche de la soupape. En conséquence, des fuites apparaissent dans la pompe cryogénique au niveau de la soupape de décharge et

provoquent une charge indésirable de la pompe cryogénique.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure

1, une colonne montante 62 de filtre, parfois appelée sim-

plement "filtre", est placée à l'embouchure du conduit d'échappement afin que les débris entraînés dans le courant de gaz qui sort soient filtrés. La colonne montante 62 de filtre comporte une grille d'acier d'inoxydable sous forme d'un cylindre ayant une extrémité ouverte 64. L'extrémité ouverte empêche une élévation potentiellement dangereuse de la pression dans la chambre si la grille du filtre se bouche pour une raison quelconque. La colonne montante 62 du filtre

a une longueur d'au moins 10 cm environ et elle est instal-

lée dans la pompe cryogénique par l'ouverture avant 16, soit avant l'installation des panneaux cryogéniques 34 et 44, soit après l'enlèvement de ces panneaux pour l'accès au conduit d'échappement 58 depuis l'intérieur de la chambre de vide. Au cours de ces dix dernières années, la réalisation des pompes cryogéniques est passée d'un alignement vertical coaxial du réfrigérateur et des panneaux cryogéniques à un

alignement horizontal ou à plat du réfrigérateur, le réfri-

gérateur étant aligné le long d'un axe perpendiculaire à celui des panneaux cryogéniques. Ce perfectionnement a conduit à un changement de réalisation du boîtier. Des cylindres séparés sont maintenant raccordés afin qu'ils

entourent à la fois le réfrigérateur et les panneaux cryogé-

niques à l'intérieur d'une chambre de vide. Cette réalisa-

tion est manifestement moins encombrante que la réalisation coaxiale si bien que l'espace à l'intérieur du boîtier est plus limité. En outre, le conduit d'échappement a été déplacé vers l'enveloppe du premier étage qui n'est pas facilement accessible depuis l'intérieur de la chambre et qui laisse très peu d'espace libre. En conséquence, on n'a pas utilisé de colonne montante de filtre dans les pompes

cryogéniques "à plat". En conséquence, les joints d'étan-

chéité doivent être nettoyés régulièrement afin que

l'intégrité du vide soit conservée dans la chambre.

Selon l'invention, la pompe cryogenique comporte un conduit d'échappement qui délimite un passage d'échappement raccordé au boîtier. Un conduit de décharge est raccordé à ce conduit d'échappement. Le conduit de décharge possède une colonne montante de filtre montée à l'intérieur, et la

colonne montante dépasse dans le passage d'échappement.

Dans un mode de réalisation préféré, la colonne mon-

tante de filtre est conique avec une base ouverte et un rebord ouvert aux extrémités opposées. Le rebord ouvert est disposé à l'intérieur du conduit d'échappement, et ce

conduit est orienté suivant un axe qui forme un angle impor-

tant et il est de préférence approximativement perpendi-

culaire au conduit de décharge. En outre, une pompe primaire est montée sur le conduit d'échappement et une soupape de décharge comportant un joint torique est montée de façon amovible sur le conduit de décharge. En outre, la colonne montante de filtre comprend une grille de fil métallique dont la dimension et la configuration sont telles qu'elle peut être introduite, sans modification notable de forme,

dans le conduit de décharge et en position lorsque la sou-

pape de décharge est séparée du conduit de décharge. Un mode

de réalisation particulièrement avantageux de colonne mon-

tante de filtre a des dimensions qui sont établies pour l'obtention des performances voulues de filtration lors d'une utilisation avec des tés couramment utilisés et ayant

des dimensions fixes. Plus précisément, ce mode de réali-

sation comporte un rebord libre ayant un diamètre compris entre environ 3,8 et 6,35 mm, une longueur comprise entre environ 51 et 61 mmn, et un anneau de base ayant un diamètre

externe d'environ 17,5 mmn.

Dans un autre mode de réalisation préféré, un panneau

cryogénique au moins est disposé suivant un axe, à l'inté-

rieur de la chambre sous vide, et est en contact thermique avec un réfrigérateur cryogénique qui s'étend le long d'un axe perpendiculaire à l'axe du panneau cryogénique. De plus, le boîtier comporte une enveloppe d'un premier étage à laquelle est raccordé le conduit d'échappement. De plus, le conduit d'échappement est raccordé à une extrémité du

conduit de décharge.

Un procédé selon l'invention permet la filtration des particules qui sont entraînées dans le gaz dégagé par une chambre de pompage de la pompe cryogénique pendant une procédure de régénération. D'abord, un panneau cryogénique placé dans la chambre de pompage est chauffé afin que les

gaz condensés se subliment à partir du panneau cryogénique.

Les gaz sublimés sont évacués de la chambre de pompage vers un conduit d'échappement. A partir de ce conduit, les gaz sublimés sont évacués vers un conduit de décharge. Lorsque le gaz s'écoule du conduit d'échappement vers le conduit de décharge, les particules entraînées dans le gaz sublimé sont filtrées par une colonne montante de filtre disposée dans le

conduit de décharge et qui s'étend dans le passage d'échap-

pement. Enfin, le gaz sublimé est évacué du conduit de

décharge par une soupape de décharge.

Un autre procédé selon l'invention concerne l'installa-

tion d'une colonne montante de filtre dans une pompe cryo-

génique. Un réservoir sous vide est réalisé comme décrit précédemment. La colonne montante de filtre est installée

par enlèvement d'une soupape de décharge d'une monture pla-

cée à une extrémité d'un conduit de décharge. La colonne montante de filtre est alors introduite par la monture dans le conduit de décharge vers une position dans laquelle la

colonne montante de filtre s'étend dans le conduit d'échap-

pement. La soupape de décharge est alors remontée sur la monture. L'invention présente l'avantage de donner un filtre de particules extrêmement efficace qui peut être introduit dans

un espace d'intersection à la jonction des conduits d'échap-

pement et de décharge. En outre, la colonne montante de filtre selon l'invention est plus facile à installer que les modèles utilisés dans les réalisations antérieures de pompes cryogéniques. Les colonnes montantes de filtre selon l'invention peuvent aussi être facilement installées dans des pompes cryogéniques des modèles existants. En outre, les dimensions de la colonne montante de filtre ont été selectionnées afin que celle-ci assure une extraction très efficace des particules, avec une faible différence de

pression dans le filtre, même après une accumulation impor-

tante de particules. Enfin, la colonne montante de filtre selon l'invention permet une réduction notable ou même l'élimination du nettoyage programmé du joint torique d'étanchéité monté sur la soupape de décharge pour le

retablissement du vide après régénération.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront mieux de la description qui va suivre

d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'une pompe cryogénique de la technique antérieure; la figure 2 est une coupe d'une pompe cryogénique selon l'invention; la figure 3 est une coupe, partiellement sous forme schématique, d'un té comprenant une colonne montante de filtre; la figure 4 est une vue en élévation latérale d'une colonne montante de filtre; la figure 5 est une vue en élévation latérale de la grille de fil de la colonne montante de filtre; et la figure 6 est une vue en élévation latérale de

l'anneau de base de la colonne montante de filtre.

La figure 2 représente une pompe cryogénique selon l'invention. Cette pompe possède un boîtier 12 qui loge la plus grande partie de la chambre de vide. Le boîtier 12 comprend une enveloppe 20 d'un premier étage et un cylindre externe 21. Le cylindre externe 21 comprend une extrémité fermée 15 et loge les panneaux cryogéniques 34 et 44, alors que l'enveloppe 20 du premier étage loge au moins un premier étage 29 d'un réfrigérateur cryogénique 18 avec un radiateur 28 d'un premier étage. Une bride 14 est montée sur le

cylindre externe afin qu'elle permette la mise en coopé-

ration d'une pompe cryogénique avec un orifice d'une chambre de travail. Il est fréquent que la pompe cryogénique soit montée sur la chambre de travail suivant un axe vertical, le cylindre externe 21 se trouvant à la partie supérieure alors que l'enveloppe 20 du premier étage et du moteur 22 se trouve au-dessous. Cette orientation peut être représentée par une rotation à 90 dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 2. La chambre de vide communique avec

la chambre de travail par une ouverture frontale 16.

Deux panneaux cryogéniques destinés à condenser des gaz

sont disposés à l'intérieur de la chambre de vide. Les pan-

neaux cryogéniques comprennent un organe 44 de protection

contre le rayonnement et un panneau primaire 34 de pompage.

Un arrangement frontal 48 de l'organe 44 est disposé à l'intérieur de l'ouverture avant 16 pour la condensation des gaz à température élevée de condensation lorsqu'ils pénètrent depuis la chambre de travail. Le reste de l'organe 44 de protection contre le rayonnement s'étend du côté opposé à l'ouverture avant 16 pour la délimitation d'un volume 36 de condensation. Un panneau de pompage primaire 34 est disposé dans ce volume 36. Dans ce mode de réalisation,

le panneau de pompage primaire 34 a la forme d'un arran-

gement de déflecteurs sur lesquels les gaz peuvent se condenser. Le panneau de pompage primaire 34 est monté sur un second étage 32 d'un réfrigérateur cryogénique 18 de Gifford-McMahon à deux étages. Un radiateur d'un second étage est en contact thermique intime avec le second étage 32 et le panneau de pompage primaire 34. Par ailleurs, l'organe 44 de protection contre le rayonnement est monté sur un premier étage 29 du réfrigérateur 18. Un radiateur 28 du premier étage est en contact thermique intime avec le premier étage 29 et l'organe 44 de protection contre le

rayonnement.

A l'intérieur du réfrigérateur 18, un refroidissement est obtenu par traitement d'un courant cyclique de gaz

comprimé, par exemple d'hélium, dans un cylindre de réfri-

gération. Une source de gaz comprimé, c'est-à-dire un compresseur, est habituellement raccordée à une première extrémité du cylindre par un robinet d'entrée. Un robinet d'échappement est placé dans une conduite d'échappement qui part de la première extrémité du cylindre vers le côté à basse pression du compresseur. Initialement, un organe de déplacement, comprenant un matériau d'échange de chaleur par

régénération (régénérateur) est placé a une seconde extré-

mité du cylindre. Le robinet d'échappement est fermé et le robinet d'entrée est ouvert si bien que le cylindre se remplit de gaz comprimé. Lorsque le robinet d'entrée est encore ouvert, l'organe de déplacement se déplace vers la première extrémité et repousse le gaz comprimé dans le régénérateur vers la seconde extrémité, le gaz se refroidissant lorsqu'il passe dans le régénérateur. Lorsque le robinet d'entrée est fermé et le robinet d'échappement est ouvert, le gaz se détend dans la conduite d'échappement à basse pression et se refroidit encore plus. Le gradient résultant de température dans la paroi du cylindre à la seconde extrémité provoque la circulation de chaleur de la charge (c'est-à-dire des panneaux cryogéniques) vers le gaz à l'intérieur du cylindre. Ensuite, lorsque le robinet d'échappement est ouvert et le robinet d'entrée est ferme,

l'organe de déplacement revient vers la seconde extrémité.

Le gaz est ainsi ramené dans le régénérateur qui renvoie la

chaleur au gaz froid, et le cycle est terminé.

Pour que des températures suffisamment basses pour condenser des gaz à faible température d'ébullition telles que l'azote, l'oxygène et l'argon, soient obtenues, un second étage 32 est ajouté au réfrigérateur 18. Le second étage 32 introduit de l'hélium gazeux qui a déjà été refroidi par le premier étage 29 et le refroidit encore plus, habituellement à une température comprise entre 4 et K.

Le réfrigérateur 18 s'étend suivant un axe perpendi-

culaire à l'axe autour duquel l'organe 44 de protection

contre le rayonnement est pratiquement symétrique. Le pre-

mier étage 29 du réfrigérateur 18 s'étend dans l'enveloppe du premier étage à laquelle il est raccordé au second étage 32. Le second étage 32 dépasse du premier étage 29 dans la région de pompage délimitée par le cylindre externe 21. Un conduit d'échappement 58 d'un té 50 est raccordé à l'enveloppe 20 du premier étage à distance des panneaux cryogéniques 34 et 44. Le té 50 est représenté plus en détail sur la figure 3. Le conduit d'échappement 58 délimite un passage 59 qui est en communication avec le reste de la chambre de vide et permet ainsi aux pressions élevées dans le boîtier 12 d'être évacuées par le conduit d'échappement 58. Les pressions élevées apparaissent souvent lorsque les panneaux cryogéniques sont régénérés comme décrit dans la suite. A l'extrémité du conduit d'échappement 58 distante du boîtier, une pompe primaire est destinée à établir un faible

vide préliminaire dans la chambre de vide.

Une extrémité d'un conduit de décharge 68 est montée sur le conduit d'échappement 58. Le conduit de décharge 68 délimite un passage 69 de décharge et il est orienté suivant

un axe perpendiculaire à l'axe du passage d'échappement 59.

Le conduit de décharge 68 aboutit à 'son extrémité opposée à une monture 70 d'une soupape amovible 60 de décharge. Une colonne montante de filtre 62 est disposée dans la monture 70 et une soupape amovible de décharge 60 est enfilée dans la monture 70 et entoure la colonne montante de filtre 62 à

l'intérieur des passages 69 et 59 de décharge et d'échap-

pement. La soupape 60 de décharge comporte un capuchon 73 qui, lorsque la soupape est fermée, est maintenu contre un joint torique 74 d'étanchéité par un ressort 76. Le ressort 76 est rappelé vers le passage 69 de décharge par un corps taraudé 78 ayant une plaque perforée 80 d'extrémité. Lorsque la pression dans le passage dépasse 104 Pa, la force du

ressort 76 est dépassée et le capuchon 73 est poussé à dis-

tance du joint torique 74 et il permet ainsi la circulation

des gaz évacués le long du joint 74 d'étanchéité.

La colonne montante 62 de filtre est représentée sur la figure 4. Elle comporte une grille conique 72 de fil métallique ayant un diamètre de 0, 14 mm, sous forme d'une

grille à armure toile à 32 x 32 orifices par centimètre.

L'ouverture de la base 84 a une dimension de 15,7 mmn et le diamètre du rebord ouvert 86 à l'extrémité étroite est de préférence compris entre 3, 8 et 6,35 mmn. Un diamètre d'au moins 3,8 mm est nécessaire pour permettre le passage des liquides cryogéniques qui peuvent passer dans le té. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le diamètre

du rebord ouvert 86 est compris entre environ 4,6 et 5,6 mm.

Comme l'indique la figure 3, la longueur du té 50, le long de l'axe du conduit 68 de décharge depuis le bord éloigné 71 de la monture 70 vers la paroi interne éloignée 61 du conduit 58, est comprise entre 58 et 62, 5 mm. Cette

plage est donnée en fonction des tolérances de fabrication.

Le bord distant de la base 84 de la colonne montante de

filtre 62 se trouve au niveau du bord 71 de la monture 70.

Ainsi, l'espace compris entre le rebord 86 de la colonne 62 et la paroi interne distante 61 du conduit 58 est la différence entre la longueur du té 50 et celle de la colonne

62.

La longueur de la colonne 62, mesurée suivant l'axe de symétrie pratiquement depuis l'extrémité de la base 84 vers le rebord 86, est de préférence comprise entre environ 51 et 58 mm afin que le rebord 86 se trouve dans le passage d'échappement lorsque le filtre 62 est installé dans le té

comme décrit précédemment. De préférence, la colonne mon-

tante 62 a une longueur qui est plus courte d'environ 5,3 mm que la longueur du té pour laisser un espace correspondant de 5,3 mm entre le rebord 86 et une paroi opposée du conduit d'échappement. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la longueur de la colonne montante de filtre est comprise entre 54,4 et 55,9 mmn. A cause des tolérances de fabrication sur les dimensions de la colonne montante de filtre, on suppose que celle-ci a une tolérance de 0,7 mm, qui tient compte de la variation de 0,7 mm par rapport à une longueur cible de 55, 1 mm dans le mode de réalisation précédent. Une longueur de 55,1 mm donne l'espace voulu de ,3 mmn dans le té moyen ayant une longueur de 60, 4 mm. Comme la trajectoire du fluide et du courant de particules provenant du conduit d'échappement dans le conduit de

décharge est pratiquement perpendiculaire à la grille métal-

lique 62, une colonne montante de filtre ayant une longueur préférée d'environ 55,1 mm et un rebord ouvert de diamètre

préféré d'environ 4,6 mmn ne permet qu'à très peu de parti-

cules, ou même à aucune, d'échapper au piégeage dans un té classique, décrit précédemment. En outre, on considère qu'une colonne montante de filtre 62, même ayant un diamètre de rebord ouvert de 5,6 mmn et une longueur qui laisse un espace de 8,1 mm entre le rebord 86 et la paroi interne 61

du té, capture plus de 90 % des particules introduites.

D'autre part, lorsque la dimension de l'espace ou du rebord ouvert 86 diminue, la différence de pression dans la

colonne montante de filtre 62 augmente. De plus, la diffé-

rence de pression augmente aussi lorsque la grille 72 est pratiquement bouchée par des particules piégées. L'existence de l'ouverture délimitée par le rebord ouvert 86, ainsi que

sa dimension et sa position, sont importantes car l'ouver-

ture permet un passage libre du courant de gaz même lorsque l'ensemble de la surface de la grille 72 est bouché par les particules. Si l'ensemble de la grille 72 se bouche sans sortie suffisante, telle que formée, par le rebord 86, la pression peut s'accumuler dans la chambre de vide à une

valeur telle que l'appareillage peut être détérioré. Sur-

tout, une vanne à obturateur coulissant placée à l'ouverture avant de la pompe cryogénique est la première a être en panne en cas de surcharge de pression dans la chambre. Les modes de réalisation ayant des dimensions correspondant aux plages précitées ne donnent pas une différence de pression

dépassant des limites acceptables, c'est-à-dire une diffé-

rence de pression supérieure à 1,72 bar, même lorsque la

grille 72 est pratiquement bouchée par les particules.

Il est également important que l'ouverture délimitée par le rebord 86 forme une sortie des liquides cryogéniques qui s'égouttent depuis la région de pompage. Comme indiqué précédemment, la pompe cryogénique représentée sur la figure 2 est souvent montée avec le cylindre externe 21 à la partie supérieure et le moteur 22 à une partie inférieure suivant un axe vertical. Lorsque les panneaux cryogéniques sont

réchauffés, une partie des gaz condensés peuvent se liqué-

fier au lieu de se sublimer. Le liquide résultant s'égoutte habituellement de la région de la pompe délimitée par le cylindre externe 21 vers le volume délimité par l'enveloppe du premier étage. Comme les dimensions du boîtier 12 sont intimement réglées afin que l'espace libre soit minimal dans la chambre de vide, l'enveloppe 20 du premier étage peut rapidement se remplir de liquide cryogénique. En conse- quence, le liquide cryogénique s'ecoule de l'enveloppe du premier étage dans le té 50 représenté sur la figure 3. Si la pression dans la chambre de vide est suffisamment grande pour déclencher la soupape de décharge 60, le liquide cryogénique est dirigé du passage 59 d'échappement au passage 69 de décharge. Le liquide cryogénique ne peut

cependant pas pénétrer habituellement dans la grille métal-

lique 72. Ainsi, l'ouverture délimitée par le rebord 68 forme un passage très important pour le liquide cryogénique afin que celui-ci ne bouche pas le té 50 et ainsi n'empêche pas la circulation du liquide et du gaz à l'extérieur du boîtier 12. Après passage au niveau du rebord 86 de la colonne montante 62, le liquide cryogénique s'ecoule par la soupape de décharge 60 et dans un autre conduit dans lequel

il peut être collecté et retire. La colonne montante 62 peut être facilement installée dans les pompes

cryogéniques existantes qui comportent une soupape de décharge amovible 60 montée sur un conduit de décharge partant d'un conduit 58 d'échappement. Il suffit de

séparer la soupape de décharge 60, habituellement par dévis-

sage du conduit 68. La colonne montante de filtre 62 est alors insérée, avec le rebord 86 qui entre le premier, dans le passage 69 de décharge. Après insertion totale, l'anneau de base 84 exerce une pression contre la paroi interne du

conduit 68, et assure ainsi la fixation de la colonne mon-

tante 62 en position. L'installation est terminée par une nouvelle fixation de la soupape de décharge 60, si bien que

la colonne montante 62 est enfermée dans la chambre de vide.

Comme noté précédemment, le stimulus principal de l'accumulation de pression et de la libération des

particules dans la chambre de vide est la procédure de régé-

nération. Lorsqu'une procédure de régénération est exécutée, les panneaux cryogéniques sont réchauffés si bien que les gaz condensés se subliment à partir de ces panneaux. Lorsque les gaz sont libérés, la pression dans la chambre de vide augmente jusqu'à ce que la soupape de décharge soit chassée en position d'ouverture et évacue les gaz libérés en dehors de la chambre. Vers la fin de la régénération, la pression dans la chambre diminue au-dessous de 104 Pa, et la soupape de décharge se ferme. La pompe primaire, fixée au conduit d'échappement, est alors mise en fonctionnement afin qu'elle réduise encore plus la pression dans la chambre avant de

refroidir à nouveau les panneaux cryogéniques.

Expérience Dans un essai préliminaire, on a établi une référence par circulation d'un courant de gaz chargé de particules dans le conduit d'échappement et dans le conduit de décharge sans incorporation d'un filtre. 426 particules en moyenne ont circulé dans le passage de décharge 69. L'essai a alors été répété avec une colonne montante de filtre 62 ayant une ouverture de 5,593 mm de diamètre. et une longueur de

52,68 mm, dans un té 50 ayant une longueur de 60,81 mm.

2,3 % des particules de référence en moyenne sont placées dans le filtre 62. L'essai a été répété avec une colonne montante de filtre 62 ayant une ouverture de 4,57 mm de diamètre et une longueur de 51,74 mm dans un té 50 ayant une longueur de 59,87 mm. Lors de l'utilisation de ce filtre 62, 1,0 % en moyenne des particules de référence ont traversé le filtre 62. La longueur de la colonne montante de filtre utilisée dans ces essais a été réglée afin qu'elle donne une dimension d'espacement de 8,13 mm qui est la valeur maximale de la plage de dimensions d'espacement (2,54 à 8,13 mm) indiquée comme acceptable dans ce mode de réalisation. Des filtres plus longs, qui donnent des espacements plus petits, sont supposés retenir plus de particules entrant dans le

passage d'échappement, sinon la totalité.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses

eléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Pompe cryogénique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un réservoir sous vide ayant un boîtier (12), un conduit (58) d'échappement raccordé au boîtier (12), et un

conduit (68) de décharge raccordé au conduit (58) d'échappe-

ment, le réservoir de vide délimitant une chambre de vide, et le boîtier (12) délimitant une région de pompage dans la chambre de vide, le conduit (58) d'échappement délimitant un passage (59) d'échappement dans la chambre de vide et le conduit (68) de décharge délimitant un passage (69) de décharge dans la chambre de vide, une colonne montante (62) de filtre montée dans le conduit (68) de décharge et s'étendant dans le passage (59) d'échappement, au moins un panneau cryogénique (34, 44) disposé dans la région de pompage, et un réfrigérateur cryogénique (18) qui est en contact

thermique avec le panneau cryogénique (34, 44).

2. Pompe cryogénique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que le conduit (68) de décharge se raccorde au conduit (58) d'échappement en formant un angle important, et la colonne montante (62) de filtre a un rebord ouvert

disposé à l'intérieur du passage (59) d'échappement.

3. Pompe cryogénique selon la revendication 2, carac-

térisée en ce que la colonne montante (62) de filtre a une

forme conique.

4. Pompe cryogénique selon la revendication 3, carac-

térisée en ce que la colonne montante (62) de filtre a une base ouverte (84) opposée au rebord ouvert, et la base ouverte (84) délimite une ouverture circulaire importante et

le rebord ouvert délimite une petite ouverture circulaire.

5. Pompe cryogénique selon la revendication 4, carac-

térisée en ce que la colonne montante (62) de filtre

comporte une grille de fil.

6. Pompe cryogénique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que le conduit (68) de décharge se termine à

l'endroit o il se raccorde au conduit (58) d'échappement.

7. Pompe cryogénique selon la revendication 6, carac-

térisée en ce que le conduit (58) d'échappement s'étend suivant un axe et la colonne montante *(62) de filtre s'étend le long d'un second axe approximativement perpendiculaire à l'axe du conduit (58) d'échappement.

8. Pompe cryogénique selon la revendication 7, carac-

térisée en ce qu'une soupape (60) de décharge est montée sur

le conduit (68) de décharge.

9. Pompe cryogénique selon la revendication 8, carac-

térisée en ce que la colonne montante (62) de filtre a une dimension et une configuration telles qu'elle peut être introduite, sans modification notable de sa forme, dans le conduit (68) de décharge et en position lorsque la soupape

(60) de décharge est séparée du conduit (68) de décharge.

10. Pompe cryogénique selon la revendication 9, carac-

térisée en ce que la soupape (60) de décharge comporte un

joint torique.

11. Pompe cryogénique selon la revendication 10, carac-

térisée en ce qu'une pompe primaire est montée sur le

conduit (58) d'échappement.

12. Pompe cryogénique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que le panneau cryogénique (34, 44) s'étend le long d'un axe primaire, et le réfrigérateur cryogénique (18)

s'étend le long d'un axe perpendiculaire à l'axe primaire.

13. Pompe cryogénique selon la revendication 12, carac-

térisée en ce que le boîtier (12) comprend une enveloppe d'un premier étage (29) et le conduit (58) d'échappement est

raccordé à l'enveloppe du premier étage (29).

14. Pompe cryogénique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un réservoir de vide ayant un boîtier (12), un conduit (58) d'échappement raccordé au boîtier (12), et un conduit (68) de décharge raccordé au conduit (58) d'échappement, le réservoir de vide délimitant une chambre de vide, le boîtier (12) comprenant un cylindre externe et une enveloppe d'un premier étage (29), et le cylindre externe s'étendant le long d'un axe primaire et délimitant une région de pompage, l'enveloppe du premier étage (29) étant raccordée au cylindre externe et s'étendant depuis le cylindre externe suivant un axe perpendiculaire à l'axe primaire, un organe (44) de protection contre le rayonnement et un panneau de pompage primaire disposés dans la région de pompage, un réfrigérateur cryogénique (18) ayant un premier étage (29) et un second étage (32), le premier étage (29) étant couplé thermiquement à l'organe (44) de protection contre le rayonnement et le second étage (32) étant couplé thermiquement au panneau de pompage primaire, le réfrigérateur (18) s'étendant par l'intermédiaire de l'enveloppe du premier étage (29) dans la région de pompage, un conduit (58) d'échappement raccordé à l'enveloppe du premier étage (29), le conduit (58) d'échappement délimitant un passage (59) d'échappement qui s'étend le long d'un axe passant dans la chambre de vide, un conduit (68) de décharge raccordé au conduit (58) d'échappement, le conduit (68) de décharge délimitant un passage (69) de décharge et le passage (69) de décharge s'étendant dans la chambre de vide le long d'un second axe

qui est perpendiculaire à l'axe du passage (59) d'échap-

pement, et

une colonne montante (62) de filtre montée à l'inté-

rieur du conduit (68) de décharge, la colonne montante (62)

de filtre s'étendant dans le passage (59) d'échappement.

15. Pompe cryogénique selon la revendication 14, carac-

térisée en ce que la colonne montante (62) de filtre comprend une grille de fil de forme conique ayant une base ouverte (84) et un rebord ouvert opposé à la base ouverte

(84), la base ouverte (84) délimitant une ouverture circu-

laire large et le rebord ouvert délimitant une petite ouverture circulaire, le rebord ouvert étant disposé à

l'intérieur du passage (59) d'échappement.

16. Té, caractérisé en ce qu'il comprend: un conduit (58) d'échappement qui s'étend suivant un axe et délimite un passage (59) d'échappement, un conduit (68) de décharge qui s'étend suivant un second axe approximativement perpendiculaire à l'axe du conduit (58) d'échappement, le conduit (68) de décharge ayant une extrémité adjacente raccordée au conduit (58) d'échappement a une extrémité opposée, le conduit (68) de décharge délimitant un passage communiquant avec le passage (59) d'échappement, et

une colonne montante (62) de filtre montée à l'inté-

rieur du conduit (68) de décharge, cette colonne montante

(62) s'étendant dans le conduit (68) de décharge à l'inté-

rieur du passage (59) d'échappement.

17. Té selon la revendication 16, caractérisé en ce que la colonne montante (62) de filtre a une dimension et une configuration telles qu'elle peut être introduite, sans modification notable de sa forme, à l'extrémité opposée du

conduit (68) de décharge et en position.

18. Té selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une soupape (60) de décharge montée

à l'extrémité opposée du conduit (68) de décharge.

19. Té selon la revendication 18, caractérisé en ce que la colonne montante (62) de filtre a une forme conique ayant une base ouverte (84) et un rebord ouvert opposé à la base ouverte (84), la base ouverte (84) délimitant une ouverture

cylindrique large et le rebord ouvert délimitant une ouver-

ture cylindrique petite, le rebord ouvert étant en outre

disposé dans le passage (59) d'échappement.

20. Té selon la revendication 19, caractérisé en ce que la colonne montante (62) de filtre comporte une grille de

fil métallique.

21. Colonne montante de filtre de forme conique, carac-

térisée en ce qu'elle comprend un rebord ouvert, une base ouverte (84) et un anneau de base fixé à la base ouverte (84), le rebord ouvert étant opposé à la base ouverte (84) et ayant un diamètre compris entre environ 3,8 et 6,35 mm, la colonne montante (62) de filtre s'étendant sur une distance comprise entre 51 et 61 mm le long d'un axe de symétrie pratiquement, l'anneau de base ayant un diamètre

externe d'environ 17,5 mm.

22. Colonne montante selon la revendication 21, carac-

térisée en ce qu'elle comprend une grille de fil métallique.

23. Procédé de filtration de particules de gaz libérées par une chambre de pompage d'une pompe cryogénique pendant une régénération, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le chauffage d'un panneau cryogénique (34, 44) dans la chambre de pompage afin que les gaz condensés se séparent du panneau cryogénique (34, 44) par sublimation, l'évacuation du gaz sublimé de la chambre de pompage vers un conduit (58) d'échappement, l'évacuation du gaz sublimé du conduit (58) d'échappement dans un conduit (68) de décharge, la filtration des particules entraînées dans le gaz sublimé avec une colonne montante (62) de filtre montée dans le conduit (68) de décharge et s'étendant dans le passage (59) d'échappement, et l'évacuation du gaz sublimé du conduit (68) de décharge

par la soupape (60) de décharge.

24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en

ce que le gaz sublimé est évacué du conduit (58) d'échap-

pement vers un conduit (68) de décharge qui se raccorde au conduit (58) d'échappement en formant un angle important, et les particules entraînées dans le gaz sublimé sont filtrées par une colonne montante (62) de filtre ayant un rebord

ouvert disposé dans le passage (59) d'échappement.

25. Procédé d'installation d'une colonne montante (62) de filtre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: l'extraction d'une soupape (60) de décharge d'une monture (70) placée à l'extrémité d'un conduit (68) de décharge qui se raccorde, avec un angle important, à un conduit (58) d'échappement, le conduit (58) d'échappement se raccordant à un boîtier (12) de pompe cryogénique, l'insertion d'une colonne montante (62) de filtre dans la monture (70) à l'intérieur du conduit (68) de décharge vers une position à laquelle la colonne montante (62) de filtre s'étend dans le conduit (58) d'échappement, et le remontage de la soupape (60) de décharge sur la

monture (70) à l'extrémité du conduit (68) de décharge.

26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'un rebord ouvert de la colonne montante (62) de filtre est introduit dans la monture (70), puis est suivi par une base ouverte (84) de la colonne montante (62) de filtre afin que le rebord ouvert soit inséré par l'intermédiaire du conduit (68) de décharge à l'intérieur du conduit (58) d'échappement.