EP1144873B1 - Pompe a vide - Google Patents
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- EP1144873B1 EP1144873B1 EP99973101A EP99973101A EP1144873B1 EP 1144873 B1 EP1144873 B1 EP 1144873B1 EP 99973101 A EP99973101 A EP 99973101A EP 99973101 A EP99973101 A EP 99973101A EP 1144873 B1 EP1144873 B1 EP 1144873B1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump as defined in the preamble of claim 1.
- the invention relates more particularly to a new type of vacuum pump which has significant advantages compared with the pumps currently existing on the market and which operates in the pressure range between 10 -2 mbar and 10 mbar according to an entirely different principle that on which the operation of the existing pumps provided for this pressure range is based.
- the vacuum pumps currently available on the market and intended to work in this range of pressures operate by volumetric gas drive whatever the mechanical device involved. They may, for example, be cam pumps, well known under the name of pump "Root”, the output of which is connected to the input of a primary pump, generally a vane pump or an oscillating piston pump, if one wishes to maintain a pressure of the order of 10 - 2 mbar to 10 mbar in a vacuum chamber or at the outlet of a molecular pump.
- a “Root” pump is a positive displacement machine which allows to drive the gas at low pressure from the inlet to the outlet of the pump where the gas is at higher pressure, by means of two cams with parallel shafts rotating synchronously in the opposite direction according to a well known principle.
- the tightness of such a pump is ensured by a relatively small clearance, of the order of 0.05 mm to 0.25 mm, which exists between the lobes of the cams and the internal wall of the pump.
- document US-A-5,295,791 relates to pumps making it possible to compress or move a fluid according to a principle identical to that of the compressors described in the preamble of claim 1.
- One of the essential aims of the present invention is to provide a vacuum pump which does not have the drawbacks of known positive displacement pumps or of the pumps described and shown in document US-A-5,295,791.
- the pump according to the invention is characterized in that closing means are provided for the opening of outlets which cooperate in synchronism with the vibrating element in such a way as to release this outlet opening when where the gas pressure near this opening is higher than the average pressure called base pressure, prevailing at the inlet opening.
- the characteristic dimensions of the passage through the enclosure of the inlet to the outlet of the latter such as the hydraulic diameter at each location of this passage, which must also be greater than twice and of preferably a hundred times the average free path of the molecules of the gas passing through the above-mentioned enclosure and this for gas pressures between 10 -2 and 1000 mbar and more particularly between 0.01 mbar and 10 mbar.
- the aforementioned enclosure has a decreasing cross section relative to the direction of movement of the gas from the inlet opening to the outlet opening.
- the aforementioned enclosure has the appearance of a pavilion with decreasing section from the gas inlet opening to the gas outlet opening.
- Figure 1 is a schematic elevational view of a first embodiment of a vacuum pump according to the invention.
- Figure 2 is a section along line II-II of Figure 1.
- Figure 3 is a schematic elevational view in series connection of several vacuum pumps according to the first embodiment of the invention.
- Figure 4 is an elevational view of a second embodiment of the invention.
- FIG. 5 is a representation of the evolution of the relative pressure variation, ⁇ p / p 0 , in the pavilion according to FIG. 1 as a function of the distance from the vibrating element.
- the invention relates to a new type of vacuum pump, mainly intended for pumping a gas in a pressure zone between 10 -2 mbar and 1000 mbar and preferably between 10 -2 mbar and 10 mbar. It comprises an enclosure having, on one of its sides, an inlet opening for the gas to be pumped and, on its opposite side, a outlet opening of this gas, as well as means for causing this gas to flow from the inlet opening towards the outlet opening.
- the aforementioned displacement means comprise at least one vibrating element which makes it possible to create in the gas to be pumped sound waves forming a succession of compression and depression zones in this gas moving naturally in this enclosure.
- This pump is distinguished from known vacuum pumps by the fact that means, known per se and not shown in the appended figures, such as electromagnets, are provided for subjecting the vibrating element to a vibration with an amplitude d '' at least twice and preferably at least a hundred times greater than the average free path between two elastic collisions of gas particles in the enclosure.
- the free path is a function of the local pressure, the nature of the gas, more particularly the molecular or atomic diameter of the gas particles, and the temperature.
- This mean free path is the mean distance traveled by the molecules or atoms of a given gas between two elastic collisions of the latter and is proportional to the T / P ratio in which T is the temperature in degrees Kelvin and P the local pressure.
- a closing member is provided at the outlet opening which cooperates in synchronism with the vibrating element, so as to release this outlet opening when the pressure gas near this opening is greater than the average pressure, called base pressure p 0 , prevailing at the inlet opening.
- the inlet opening is as large as possible and preferably has a section which is substantially equal to the largest section of the enclosure.
- the entrance opening does not have a closing member.
- the purpose of all these precautions is to ensure a fluid gas regime from the inlet of the enclosure to the outlet of the latter, opposite to a molecular regime, i.e. a regime in which the gas meets the laws of ventilation.
- the pump according to the invention can be composed of one or more stages, which may or may not be identical.
- FIGS 1 and 2 which relate to a first embodiment of the vacuum pump according to the invention, schematically represent a single-stage pump or possibly a specific stage of a multi-stage pump.
- This stage or this pump comprises an enclosure or hollow body 1 having, on one of its sides, an inlet opening 2 and, on its opposite side, an outlet opening 3.
- the displacement means forming the motor element of the pump, consist, in this particular case, of a membrane or vibrating plate 4 supported by a frame 5 in the enclosure 1, near the inlet opening 2.
- This plate or membrane 4 makes it possible to create sound waves and therefore alternately compression and decompression zones in the enclosure 1.
- the hollow body or the enclosure 1 has an interior shape in the shape of a pavilion, the section of which decreases in a logarithmic manner from the inlet opening 2 to the opening of outlet 3.
- the means for closing the outlet opening 3 are constituted by a valve 6, supported by an armature 7, which, when the pressure P is higher on the narrow side of the pavilion 1, that is to say near the outlet opening 3, that the base pressure P o , opens, thus allowing part of the gas to escape through this outlet opening 3, while an equivalent part of gas enters through the entrance opening 2.
- the valve 6 closes to prevent the gas, which has initially moved towards the high pressure side, that is to say on the side of the outlet opening, to be discharged from the low pressure side of the enclosure 1 near the inlet opening 2.
- the driving effect of pumping is therefore the displacement at the speed of sound of an overpressure wave from the inlet opening 2 towards the outlet opening 3 of the roof 1.
- FIG. 3 schematically represents a vacuum pump according to the invention composed of four successive stages A, B, C and D. These four stages are identical and each correspond to the embodiment of the pump, as shown in FIGS. 1 and 2.
- the chambers 1 of each of them are connected in series by connecting the outlet opening of a given stage to the inlet opening of the next stage and so on.
- Figure 4 relates to a second particular embodiment of the vacuum pump according to the invention.
- an enclosure 1 extends on either side of the vibrating element 4.
- a single inlet opening 2 is provided near this vibrating element 4, so as to allow the gas to penetrate into the two parts of the enclosure 1 on either side of this element and to propagate towards the outlet opening 3 of each of them.
- This configuration has the advantage that it makes it possible to double the pumping speed compared to the vibrating element for the same power consumed.
- the vacuum pumps corresponding to this second embodiment can be connected in series to form a multi-stage pump. To do this, it is sufficient to connect the outlet openings 3 of one of the pumps to the inlet opening 2 of a pump mounted downstream of these outlet openings 3.
- a stationary sound wave is created in the enclosure 1 of the pump, according to the invention, the aim of which is to amplify the pressure variations.
- the distance separating the inlet opening 2 from the outlet opening 3 of the enclosure 1, and more particularly the distance separating the outlet valve 6 from the excitation membrane 4, and the frequencies of vibration of the latter are such that they can create this standing wave in the gas contained in the enclosure 1.
- the excitation frequency of the vibrating element 4 must thus be adapted to the speed of sound in the gas to be pumped. This frequency depends among other things on the average molecular weight and the temperature of the gas.
- the excitation frequency should be of the order of 4.5 times higher for hydrogen than for argon.
- the excitation frequency is generally inversely proportional to the square root of the average molecular or atomic mass of the gas to be pumped.
- a pump with a pavilion-shaped enclosure 1 makes it possible to achieve compression ratios with a minimum number of stages. Indeed, assuming the displacement of a sound wave from input 2 to output 3 of pavilion 1, the volume in which an overpressure zone is trapped, occupying a length equivalent to half a wavelength of the sound wave at constant frequency gradually reduces from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 of the stage in question of the pump. It follows that the positive pressure variation considered increases when a sound wave moves from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 of the pump in proportion to the ratio of the volumes occupied at the inlet and the exit from the latter.
- the vibration amplitude of the vibrating element 4 is at least equal to twice the average free path between elastic collisions of the particles of the gas in the enclosure 1, at the level of this vibrating element.
- the minimum dimensions of the gas passage section are preferably at least equal to twice the average free path between elastic collisions of gas particles at this passage.
- the pump according to the invention in particular as illustrated by the appended figures, which makes it possible to obtain high pumping speeds, operates for excitation frequencies of the vibrating element 4 generally less than 20,000 Hz and preferably between 20 Hz and 5,000 Hz.
- the pavilion 1 of the vacuum pump, according to the invention can have very different geometries.
- the line of intersection obtained can have an exponential, straight, or even hyperbolic shape.
- this line can optionally be made up of successive portions of different configurations, for example an exponentially varying part followed by a straight part.
- the pump and more particularly the enclosure 1 of the latter does not necessarily have to be built along a straight axis between the inlet opening 2 and the outlet opening 3. It can be bent, for example for take the form of a hunting horn.
- the pavilion or pavilions of the vacuum pump according to the invention may have a section perpendicular to the direction of movement of the gases of circular, elliptical or polygonal shape, in particular rectangular.
- the internal diameter of the roof is 40 mm on the narrow side, that is to say at the outlet opening 3, and 488 mm due on the opposite flared side, that is to say at the opening of inlet 2 of each stage for a total length of 1 meter from the excitation membrane 4 to the outlet valve 6 of each stage.
- the pumping speed of the pump is 7.310 m 3 per hour.
- the calculations given above are only applicable when the gas behaves in a fluid flow regime and not in a molecular flow regime with respect to the geometry of the pump. ie that the average distance between two elastic collisions of air molecules (N 2 or O 2 ) eg must be at least twice and preferably a hundred times smaller than the smallest characteristic geometric dimension (d) of this pump necessary for its operation and this included, the amplitude of vibration (a) of the excitation membrane. It can for example be the diameter of the inlet opening, the local inside diameter of the roof, etc.
- the vacuum pump is preferably such that it must at least be able to achieve a total compression ratio greater than 2 per stage at a pressure less than 1000 mbar.
- a high compression rate especially greater than 2 means that the vibration amplitude of the excitation membrane is much higher than when the compression rate is close to unity.
- the gas must behave like a fluid.
- the mean free path between two elastic collisions of gas particles must be much less than the characteristic geometric dimension in any section of gas passage in the pump, i.e. the enclosure thereof in which sound waves are created, in particular the hydraulic diameter of the gas passage section located between the excitation membrane 4 and the entrance to the roof of the enclosure 1.
- This free path must also be much less than the amplitude of vibration of the excitation membrane.
- the conductance must be maximum, especially at the inlet of the pump.
- the section of the inlet opening near the excitation diaphragm must be as large as possible and cannot be obstructed by a valve. It is necessary to immediately obtain a fluid flow regime at the level of the membrane and this until the outlet opening. This is therefore especially critical near the inlet opening which is located just upstream of the membrane.
- such a compression ratio is possible by applying a vibration amplitude of the excitation membrane tall, several millimeters to a few centimeters, eg 5 mm to 10 cm.
- the ratio of the length of the average free path ⁇ between two elastic collisions and the amplitude of vibration a must be less than 0.5 and preferably less than 1%.
- the operation of the pump in resonant mode takes place at the lowest harmonic which is strictly greater than the cut-off frequency of the horn so as to increase the compression rate by reducing the inertial forces opposing the displacement of the membrane.
- the latter is made of a low density material with high mechanical strength such as for example a polymer film reinforced with carbon fibers.
- inlet and outlet connections be as short as possible and have as large sections as possible so that their conductances are at least 10 times greater than the speed pumping.
- the pump in the case where the pump is of rectangular rather than circular cross-section and has a variation in area of identical cross-section along its axis, while retaining the length between the outlet opening 3 and the inlet opening 2, as well as the area of the excitation membrane 4, the performances of the two types of pumps are equivalent.
- the excitation membrane 4 in the case where the excitation membrane 4 is rectangular, the latter can advantageously consist of a piezoelectric sandwich film supported by the frame 5.
- the membrane in this case forms a sandwich structure composed of an assembly two PVDF films provided with a metallized coating on their two faces prior to their assembly and secured by means of an electrically conductive adhesive.
- the assembly thus formed can be set into vibration by subjecting the central conductive coating of the piezoelectric sandwich structure to a variation of alternative potential with respect to the potential of the metallic coatings of the external faces of the structure.
- This potential is, moreover, preferably that of the mass of the system.
- the two piezoelectric films must be arranged in such a way that, when one film expands, the other contracts and vice versa, thus forcing the entire sandwich structure held by the frame 5 to take a curvature and to vibrate in a direction perpendicular to its transverse plane at a frequency equal to the electric excitation frequency.
- the vacuum pump according to the invention does not contain rotating parts and therefore does not require the mechanical precautions which are necessary when mounting a cam pump.
- the pump according to the invention does not risk destruction by contact of moving parts and the entrainment of gas from the outlet to the inlet of the pump by adsorption on moving parts.
- the vibrating element forming the motor member of the vacuum pump according to the invention, can be of extremely varied design and construction.
- any light moving part capable of being vibrated by any suitable device for example an electromechanical, electromagnetic, piezoelectric or magnetostrictive device, may be suitable as a vibrating element.
- Another advantage of the pump according to the invention compared with known positive displacement pumps is that it does not require a mobile sealed passage, subject to the possibility of leaks and energy losses by friction, so that it makes it possible to obtain a significant reduction in energy consumption compared to current positive displacement pumps. Finally, unlike what is the case for example in pumps operating by volumetric drive, it does not require a bypass.
- the enclosure can have a constant section between its inlet opening and its outlet opening.
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Description
- La présente invention est relative à une pompe à vide telle que définie dans le préambule de la revendication 1.
- L'invention conceme plus particulièrement un nouveau type de pompe à vide qui présente d'importants avantages par rapport aux pompes existant actuellement sur le marché et qui fonctionne dans la gamme de pressions comprises entre 10-2 mbar et 10 mbar suivant un principe entièrement différent de celui sur lequel est basé le fonctionnement des pompes existantes prévues pour cette gamme de pressions..
- Les pompes à vide actuellement disponibles sur le marché et prévues pour travailler dans cette gamme de pressions fonctionnent par entraînement volumétrique du gaz quelque soit le dispositif mécanique mis en jeu. Il peut, par exemple, s'agir de pompes à cames, bien connues sous le nom de pompe "Root", dont la sortie est connectée à l'entrée d'une pompe primaire, généralement une pompe à palettes ou une pompe à pistons oscillants, si l'on désire maintenir une pression de l'ordre de 10-2 mbar à 10 mbar dans une chambre à vide ou à la sortie d'une pompe moléculaire.
- Une pompe "Root" est une machine à déplacement positif qui permet d'entraîner le gaz à basse pression à partir de l'entrée vers la sortie de la pompe où le gaz est à pression plus élevée, au moyen de deux cames à arbres parallèles tournant de manière synchronisée en sens inverse suivant un principe bien connu. L'étanchéité d'une telle pompe est assurée par un jeu relativement faible, de l'ordre de 0,05 mm à 0,25 mm, qui existe entre les lobes des cames et la paroi interne de la pompe.
- Une telle pompe présente différents inconvénients, qui sont notamment comme suit :
- ■ elle nécessite un usinage précis et, par conséquent, onéreux, des cames et de sa paroi interne pour assurer les faibles jeux nécessaires à son étanchéité et un ajustage parfait des paliers et des arbres à cames ;
- ■ le rapport entre l'énergie consommée et l'énergie réellement nécessaire pour entraîner le gaz est relativement élevé étant donné que cette pompe connue nécessite l'entraînement de pièces métalliques à inertie relativement élevée et subit des pertes énergétiques non négligeables dues au frottement au niveau des paliers et des joints d'étanchéité ;
- ■ en cas d'échauffement excessif des cames, la pompe doit être mise à l'arrêt pour éviter qu'elle ne soit endommagée par suite de la dilatation des cames. Pour éviter ce problème, la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la pompe est le plus souvent limitée à 10 mbar. En pratique, pour éviter ce problème, on réalise un by-pass ou on laisse la pompe en rotation libre tant que la pression est égale ou supérieure à 10 mbar ;
- ■ chaque lobe passant alternativement d'une zone haute pression à la sortie de la pompe, à une zone basse pression à l'entrée de cette dernière, un entraînement de gaz du côté haute pression vers le côté basse pression se produit nécessairement. En effet, il y a adsorption de gaz sur la surface des lobes du côté haute pression et désorption de gaz sur la surface des lobes lorsqu'ils atteignent la zone basse pression de la pompe, ce qui limite nécessairement les performances de ce type de pompe.
- Par ailleurs, le document US-A-5.295.791 concerne des pompes permettant de comprimer ou de déplacer un fluide suivant un principe identique à celui des compresseurs décrits dans le préambule de la revendication 1.
- Il ne s'agit toutefois pas de pompes pouvant fonctionner à des pressions en dessous de la pression atmosphérique.
- Un des buts essentiels de la présente invention est de proposer une pompe à vide ne présentant pas les inconvénients des pompes volumétriques connues ou des pompes décrites et représentées dans le document US-A-5.295.791.
- Ainsi, la pompe, suivant l'invention, se caractérise par le fait que des moyens de fermeture sont prévus à l'ouverture de sortis qui coopèrent en synchronisme avec l'élément vibrant d'une manière telle à dégager cette ouverture de sortie au moment où la pression du gaz près de cette ouverture est supérieure à la pression moyenne appelée pression de base, règnant à l'ouverture d'entrée.
- Il en est de même pour les dimensions caractéristiques du passage à travers l'enceinte de l'entrée jusqu'à la sortie de cette dernière, telle que diamètre hydraulique à chaque endroit de ce passage, qui doivent également être supérieures à deux fois et de préférence cent fois le libre parcours moyen des molécules du gaz traversant l'enceinte susdite et ceci pour des pressions du gaz comprises entre 10-2 et 1000 mbar et plus particulièrement entre 0,01 mbar et 10 mbar.
- Avantageusement, l'enceinte précitée présente une section transversale décroissante par rapport au sens de déplacement du gaz à partir de l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie.
- Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'enceinte précitée présente l'allure d'un pavillon à section décroissante depuis l'ouverture d'entrée du gaz jusqu'à l'ouverture de sortie du gaz.
- D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, de trois formes de réalisation particulières de l'invention avec référence aux dessins annexés.
- La figure 1 est une vue schématique en élévation, dune première forme de réalisation d'une pompe à vide suivant l'invention.
- La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1.
- La figure 3 est une vue schématique en élévation de montage en série de plusieurs pompes à vide suivant la première forme de réalisation de l'invention.
- La figure 4 est une vue en élévation d'une deuxième forme de réalisation de l'invention.
- La figure 5 est une représentation de l'évolution de la variation relative de pression, Δp/p0, dans le pavillon suivant la figure 1 en fonction de la distance à partir de l'élément vibrant.
- Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence concernent des éléments identiques ou analogues.
- L'invention concerne un nouveau type de pompe à vide, principalement destinée au pompage d'un gaz dans une zone de pression comprise entre 10-2 mbar et 1000 mbar et préférentiellement entre 10-2 mbar et 10 mbar. Elle comprend une enceinte présentant, à un de ses côtés, une ouverture d'entrée pour le gaz à pomper et, à son côté opposé, une ouverture de sortie de ce gaz, ainsi que des moyens pour faire écouler ce gaz à partir de l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie.
- Les moyens de déplacement précités comprennent au moins un élément vibrant qui permet de créer dans le gaz à pomper des ondes sonores formant une succession de zones de compression et de dépression dans ce gaz se déplaçant naturellement dans cette enceinte.
- Cette pompe se distingue par rapport aux pompes à vide connues par le fait que des moyens, connus en soi et non représentés aux figures annexées, tels que des électro-aimants, sont prévus pour soumettre l'élément vibrant à une vibration avec une amplitude d'au moins deux fois et de préférence d'au moins cent fois supérieure au libre parcours moyen entre deux collisions élastiques de particules de gaz dans l'enceinte.
- Le libre parcours est fonction de la pression locale, de la nature du gaz, plus particulièrement du diamètre moléculaire ou atomique des particules de gaz, et de la température.
- Ce libre parcours moyen est la distance moyenne parcourue par les molécules ou atomes d'un gaz déterminé entre deux collisions élastiques de ces dernières et est proportionnel au rapport T/P dans lequel T est la température en degrés Kelvin et P la pression locale.
- En pratique, on mesure la pression et la témpérature du gaz et au moyen d'un graphique pour ce type de gaz, on détermine automatiquement le libre parcours dans ce gaz spécifique à la pression et température mesurées. (voir "Handbook of Physical Vapor Deposition "PVD" Processing" par Donald M. Mattox, Noyes Publications ISBN 0-8155-1422-0, pages 108 et 109)
- De plus, un organe de fermeture est prévu à l'ouverture de sortie qui coopère en synchronisme avec l'élément vibrant, de manière telle à dégager cette ouverture de sortie au moment où la pression du gaz près de cette ouverture est supérieure à la pression moyenne, appelée pression de base p0, régnant à l'ouverture d'entrée.
- Un tel organe à l'ouverture de sortie permet d'obtenir un meilleur rendement.
- Avantageusement, afin d'obtenir une conductance suffisante à l'ent de l'enceinte, l'ouverture d'entrée est aussi grande que possible et présente de préférence une section qui est sensiblement égale à la plus grande section de l'enceinte.
- Pour la même raison, l'ouverture d'entrée ne présente pas d'organe de fermeture. Le but de toutes ces précautions est d'assurer un régime fluide au gaz à partir de l'entrée de l'enceinte jusqu'à la sortie de cette dernière, à l'opposé d'un régime moléculaire, c.à.d. un régime dans lequel le gaz répond au lois de l'aéraulique.
- La pompe suivant l'invention peut être composée d'un ou de plusieurs étages identiques ou non.
- Les figures 1 et 2, qui concement une première forme de réalisation de la pompe à vide suivant l'invention, représentent schématiquement une pompe à un étage ou éventuellement un étage déterminé d'une pompe à plusieurs étages.
- Cet étage ou cette pompe comprend une enceinte ou corps creux 1 présentant, à un de ses côtés, une ouverture d'entrée 2 et, à son côté opposé, une ouverture de sortie 3.
- Les moyens de déplacement, formant l'élément moteur de la pompe, sont constitués, dans ce cas particulier, d'une membrane ou plaque vibrante 4 soutenue par une armature 5 dans l'enceinte 1, à proximité de l'ouverture d'entrée 2. Cette plaque ou membrane 4 permet de créer des ondes sonores et donc alternativement des zones de compression et de décompression dans l'enceinte 1.
- Dans cette forme de réalisation particulière, le corps creux ou l'enceinte 1 présente une forme intérieure en forme de pavillon, dont la section diminue d'une manière logarithmique à partir de l'ouverture d'entrée 2 jusqu'à l'ouverture de sortie 3. Les moyens de fermeture de l'ouverture de sortie 3 sont constitués par une valve 6, soutenue par une armature 7, qui, lorsque la pression P est plus élevée du côté étroit du pavillon 1, c'est-à-dire à proximité de l'ouverture de sortie 3, que la pression de base Po , s'ouvre en permettant ainsi à une partie du gaz de s'échapper par cette ouverture de sortie 3, pendant qu'une partie équivalente de gaz entre par l'ouverture d'entrée 2.
- Lorsque la pression P diminue en dessous de la pression de base P0, du côté de l'ouverture de sortie 3 du pavillon 1, la valve 6 se ferme pour empêcher le gaz, qui s'est initialement déplacé vers le côté haute pression, c'est-à-dire du côté de l'ouverture de sortie, d'être refoulé du côté basse pression de l'enceinte 1 à proximité de l'ouverture d'entrée 2.
- L'effet moteur du pompage est donc le déplacement à la vitesse du son d'une onde de surpression à partir de l'ouverture d'entrée 2 vers l'ouverture de sortie 3 du pavillon 1.
- La figure 3 représente schématiquement une pompe à vide suivant l'invention composée de quatre étages successifs A, B, C et D. Ces quatre étages sont identiques et correspondent chacun à la forme de réalisation de la pompe, telle que montrée aux figures 1 et 2.
- Dans cette pompe à quatre étages, les enceintes 1 de chacun d'eux sont montées en série en raccordant l'ouverture de sortie d'un étage déterminé à l'ouverture d'entrée de l'étage suivant et ainsi de suite.
- La figure 4 concerne une deuxième forme de réalisation particulière de la pompe à vide suivant l'invention.
- Dans cette forme de réalisation une enceinte 1 s'étend de part et d'autre de l'élément vibrant 4.
- Une ouverture d'entrée unique 2 est prévue à proximité de cet élément vibrant 4, de manière à permettre au gaz de pénétrer dans les deux parties de l'enceinte 1 de part et d'autre de cet élément et de se propager vers l'ouverture de sortie 3 de chacune d'elles.
- Cette configuration présente l'avantage qu'elle permet de doubler la vitesse de pompage par rapport à l'élément vibrant pour la même puissance consommée.
- Comme dans la forme de réalisation montrée à la figure 3, les pompes à vide correspondant à cette deuxième forme de réalisation peuvent être connectées en série pour constituer une pompe à plusieurs étages. Il suffit pour cela de connecter les ouvertures de sortie 3 d'une des pompes à l'ouverture d'entrée 2 d'une pompe montée en aval de ces ouvertures de sortie 3.
- Avantageusement, on crée dans l'enceinte 1 de la pompe, suivant l'invention, une onde sonore stationnaire dont le but est d'amplifier les variations de pression. A cet égard, la distance séparant l'ouverture d'entrée 2 de l'ouverture de sortie 3 de l'enceinte 1, et plus particulièrement la distance séparant la valve de sortie 6 de la membrane d'excitation 4, et les fréquences de vibration de cette dernière sont telles qu'elles peuvent créer cette onde stationnaire dans le gaz contenu dans l'enceinte 1. La fréquence d'excitation de l'élément vibrant 4 doit ainsi être adaptée à la vitesse du son dans le gaz à pomper. Cette fréquence dépend entre autres de la masse moléculaire moyenne et de la température du gaz.
- Ainsi, à température constante et pour une distance déterminée entre ces deux ouvertures 2 et 3, si l'on passe d'un gaz de faible masse moléculaire à un gaz de plus forte masse moléculaire, la vitesse du son dans le gaz diminue et la fréquence d'excitation doit être diminuée proportionnellement pour obtenir la résonance, c'est-à-dire la formation d'une onde sonore stationnaire.
- Par exemple, entre l'argon de masse atomique 40 et l'hydrogène de masse moléculaire 2, la fréquence d'excitation devra être de l'ordre de 4,5 fois plus élevée pour l'hydrogène que pour l'argon. La fréquence d'excitation est généralement inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse moléculaire ou atomique moyenne du gaz à pomper.
- Une pompe avec une enceinte 1 en forme de pavillon permet d'atteindre des taux de compression avec un nombre minimum d'étages. En effet, en supposant le déplacement d'une onde sonore de l'entrée 2 jusqu'à la sortie 3 du pavillon 1, le volume dans lequel est piégée une zone en surpression, occupant une longueur équivalente à une demi longueur d'onde de l'onde sonore à fréquence constante, se réduit progressivement de l'ouverture d'entrée 2 à l'ouverture de sortie 3 de l'étage considéré de la pompe. Il en résulte que la variation de pression positive considérée augmente lors du déplacement d'une onde sonore de l'ouverture d'entrée 2 à l'ouverture de sortie 3 de la pompe proportionnellement au rapport des volumes occupés à l'entrée et à la sortie de cette dernière.
- Avantageusement, l'amplitude de vibration de l'élément vibrant 4 est au moins égale à deux fois le libre parcours moyen entre collisions élastiques des particules du gaz dans l'enceinte 1, au niveau de cet élément vibrant.
- Les dimensions minimales de la section de passage du gaz sont de préférence au moins égales à deux fois le libre parcours moyen entre collisions élastiques de particules de gaz au niveau de ce passage.
- La pompe, suivant l'invention, notamment telle qu'illustrée par les figures annexées, qui permet d'obtenir des vitesses de pompage élevées, fonctionne pour des fréquences d'excitation de l'élément vibrant 4 généralement inférieures à 20.000 Hz et de préférence comprises entre 20 Hz et 5.000 Hz.
- Le pavillon 1 de la pompe à vide, suivant l'invention, peut présenter des géométries très différentes.
- Ainsi, sans que cette liste ne soit limitative en ce qui concerne la courbure de la section longitudinale de ces pavillons, la ligne d'intersection obtenue peut présenter une forme exponentielle, droite, ou encore hyperbolique. De plus, cette ligne peut éventuellement être constituée de portions successives de configurations différentes, par exemple une partie variant exponentiellement suivie d'une partie droite.
- En outre, la pompe et plus particulièrement l'enceinte 1 de cette demière, ne doit pas nécessairement être construite suivant un axe droit entre l'ouverture d'entrée 2 et l'ouverture de sortie 3. Elle peut être recourbée, par exemple pour prendre la forme d'un cor de chasse.
- Par ailleurs, le ou les pavillons de la pompe à vide suivant l'invention, peuvent présenter une section perpendiculaire à la direction de déplacement des gaz de forme circulaire, elliptique ou polygonale, en particulier rectangulaire.
- Ci-après est donné un exemple concret de réalisation d'une pompe à vide suivant l'invention constituée de quatre étages, comme montré à la figure 3.
- Il s'agit d'une pompe fonctionnant avec un pavillon dit exponentiel identique pour chacun de ces quatre étages, respectivement muni d'une valve de décharge 6 et d'une membrane d'excitation 4, en PVDF, au centre de laquelle est fixé un électro-aimant, non représenté, et maintenue par l'armature 5 en étant orientée vers la valve de décharge 6. Le diamètre de cette membrane d'excitation est de 419 mm, ce qui permet d'obtenir une aire d'ouverture utile au passage du gaz comprise entre le corps de pompe 1 et sa périphérie équivalente à celle de l'ouverture d'entrée 2 de diamètre nominal de 250 mm. De cette manière, l'aire de la membrane d'excitation 4 représente plus de 73 % de l'aire d'ouverture maximale du pavillon. La membrane est mise en vibration par une excitation centrale réalisée au moyen de l'électro-aimant précité, formant un dispositif électrodynamique solidaire de l'armature 5, sa fréquence étant directement fixée par la fréquence de vibration du dispositif électrodynamique.
- Le diamètre intérieur du pavillon est de 40 mm du côté étroit, c'est-à-dire à l'ouverture de sortie 3, et de 488 mm dû côté évasé opposé, c'est-à-dire à l'ouverture d'entrée 2 de chaque étage pour une longueur totale de 1 mètre à partir de la membrane d'excitation 4 jusqu'à la valve de sortie 6 de chaque étage.
- Lorsque la membrane 4 est excitée à chaque étage à 300 Hz, on obtient, par étage, un taux de compression maximum de 2,54, ce qui donne un taux de compression maximum total pour les quatre étages de la pompe de 41,6.
- Toujours dans ces conditions, la vitesse de pompage de la pompe est de 7.310 m3 par heure.
- Il s'agit donc d'une pompe qui est parfaitement adaptée pour être raccordée entre une pompe primaire et une pompe moléculaire faisant ainsi partie d'un groupe de pompage dit "haut vide".
- Ainsi, lorsqu'une pression de 1 mbar est maintenue à l'entrée du premier étage de cette pompe, on observe une pression de 12 mbar à la sortie du demier étage si ce demier est connecté à une pompe primaire permettant d'obtenir un débit volumétrique de 600 m3/heure. Le taux de compression pratique est, dans ce cas, de 12.
- Dans ces conditions, on peut créer des ondes sonores dans le gaz qui se comporte comme un fluide, ce qui est donc différent d'un régime moléculaire.
- Dans un régime fluide, il existe une interaction entre les molécules du gaz, tandis que dans un régime moléculaire, les molécules se comportent comme des particules sensiblement indépendantes.
- Sur base des données précitées, dans le cas où le gaz est formé d'air, l'homme de métier peut, pour arriver aux résultats précités, effectuer les calculs suivants:
-
- Δ P =
- variation de pression locale dans le pavillon
- P0 =
- pression de base à l'entrée du pavillon
- a =
- amplitude de vibration de la membrane
- x =
- distance de l'entrée du pavillon mesurée à partir de la membrane d'excitation 4
- v =
- fréquence de vibration de la membrane d'excitation
- t =
- temps
- ω=
- 2πν
- γ=
- 1,4 (air)
- µ=
- 5 m -1
- kB =
- 1,3807. 10-23 JK-1 représente la constante de Boltzmann
- T =
- température en Kelvin
- M =
- masse moléculaire moyenne d'une particule de gaz
- So =
- aire de la section à la sortie du pavillon
-
- Les calculs donnés ci-dessus ne sont applicables que lorsque le gaz se comporte en régime d'écoulement fluide et non pas en régime d'écoulement moléculaire par rapport à la géométrie de la pompe. c.à.d. que la distance moyenne entre deux collisions élastiques de molécules d'air (N2 ou O2) p.ex. doit être au moins deux fois et de préférence cent fois plus petite que la plus petite dimension géométrique caractéristique (d) de cette pompe nécessaire à son fonctionnement et ce inclus, l'amplitude de vibration (a) de la membrane d'excitation.
Il peut p.e. s'agir du diamètre de l'ouverture d'entrée, du diamètre local intérieur du pavillon, etc. -
- Kn
- (voir p.e. : Foundations of Vacuum Science and Technology ed., by J.M. Lafferty, John Wiley & Sons, 1998 - ISBN N° O-471-17593-5).
- d =
- dimension géométrique (p.ex. diamètre d'une canalisation ou dimension minimale de passage pour les particules du gaz).
- λ =
- libre parcours moyen entre deux collisions élastiques de particules de gaz.
- Sur base de ces calculs, il a été possible d'établir le graphique suivant la figure 5 qui représente la variation de pression locale relative Δp/p0 en fonction de la position dans le pavillon pour la valeur suivante des paramètres : µ = 5m-1, L=1m, v = 300 Hz. Les dimensions géométriques de la pompe sont telles que Kn est toujours strictement inférieur à 0,5. Le régime moléculaire n'est donc atteint en aucun endroit de la pompe. Ainsi, il en est de même pour l'amplitude a de vibration de la membrane d'excitation 4 puisque pour a = 40 mm et à la pression la plus basse dans la pompe soit P = 0,01 mbar, on obtient une valeur de aP = 0,4 > 0,133 mbar.mm. Cette valeur indique que le régime de perturbation du gaz par le déplacement de la membrane n'est donc pas moléculaire.
- Suivant l'invention, la pompe à vide est de préférence telle qu'elle doit au moins pouvoir réaliser un taux de compression total supérieur à 2 par étage à une pression inférieure à 1000 mbar.
- Un fort taux de compression, notamment supérieur à 2, signifie que l'amplitude de vibration de la membrane d'excitation est beaucoup plus élevée que lorsque le taux de compression est proche de l'unité.
- Ceci est de première importance pour que la pompe puisse fonctionner à une pression inférieure à la pression atmosphérique et tout particulièrement en dessous de 10 mbar.
- En effet, pour que la pompe, suivant l'invention, puisse fonctionner, il faut que le gaz se comporte comme un fluide.
- Pour cela, il faut que le libre parcours moyen entre deux collisions élastiques de particules de gaz soit largement inférieur à la dimension géométrique caractéristique dans toute section de passage du gaz dans la pompe, c.à.d. l'enceinte de celle-ci dans laquelle on crée des ondes sonores, en particulier le diamètre hydraulique de la section de passage du gaz située entre la membrane d'excitation 4 et l'entrée du pavillon de l'enceinte 1. Ce libre parcours doit également être largement inférieur à l'amplitude de vibration de la membrane d'excitation.
- Cette condition est naturellement remplie pour des pressions supérieures ou égales à la pression atmosphérique. Ceci n'est, toutefois, pas le cas pour des pressions relativement basses, p.e. inférieures à 1000 mbar où certaines précautions géométriques et plus généralement physiques, telles que l'amplitude de vibration de la membrane, doivent être prises pour éviter une sortie du régime fluide et surtout une entrée en régime d'écoulement moléculaire en certains endroits du corps creux de la pompe. Ceci est de toute première importance au voisinage de la membrane d'excitation.
- Plus concrètement, il faut que la conductance soit maximale surtout à l'entrée de la pompe. Pour cette raison, la section de l'ouverture d'entrée à proximité de la membrane d'excitation doit être aussi grande que possible et ne peut pas être gênée par une vanne. Il faut que l'on obtienne immédiatement un régime d'écoulement fluide au niveau de la membrane et ceci jusqu'à l'ouverture de sortie. Ceci est donc surtout critique à proximité de l'ouverture d'entrée qui se trouve juste en amont de la membrane.
- Ainsi, il s'est avéré, suivant l'invention, que les taux de compression envisagés par étage et bien entendu pour l'ensemble des étages raccordés en série, sont beaucoup plus élevés que ceux nécessaires aux applications thermo-acoustiques, comme p.e. dans US-A-5.295.791, dont déjà question ci-dessus, dans l'introduction, à la description. Ainsi, dans la gamme de pressions comprises entre 0,01mbar et 10 mbar, il faut un taux de compression maximal (à débit nul) d'au moins dix pour que la pompe à vide, suivant l'invention, puisse remplacer avantageusement un compresseur "Root" par exemple.
- Avantageusement, un tel taux de compression est possible par l'application d'une amplitude de vibration de la membrane d'excitation éievée, de plusieurs millimètres à quelques centimètres, p.e. de 5 mm à 10cm.
- En particulier, le rapport de la longueur du libre parcours moyen λ entre deux collisions élastiques et l'amplitude de vibration a doit être inférieur à 0,5 et de préférence inférieur à 1 %.
- Il en est de même pour le rapport entre λ et le diamètre hydraulique DH (égal à 4 fois l'aire de la section de passage du gaz dans le plan considéré, divisé par le périmètre de cette section), qui doit être strictement inférieur à 0,5 et de préférence inférieur à 1 % dans la gamme de pression d'utilisation de la pompe. Ce rapport est connu sous le nom de nombre de Knudsen.
- Le fait d'utiliser un pavillon permet, par réduction de l'aire de passage du gaz de l'ouverture d'entrée jusqu'à l'ouverture de sortie de la pompe, d'augmenter le taux de compression de chaque étage de la pompe, d'autant plus que cette variation de section est importante. Cependant, dans ce cas, il faut que la fréquence de vibration de la membrane d'excitation soit plus élevée que la fréquence de coupure à partir et en dessous de laquelle la transmission d'une onde n'est plus possible dans le pavillon.
- Le fonctionnement de la pompe en mode résonant a lieu à l'harmonique la plus basse qui est strictement supérieure à la fréquence de coupure du pavillon de manière à accroître le taux de compression en réduisant les forces d'inerties s'opposant au déplacement de la membrane. Pour cette même raison, cette dernière est constituée d'un matériau de faible densité et à forte résistance mécanique tel que par exemple un film polymère renforcé par des fibres de carbone.
- Il est aussi important, comme déjà mentionné ci-dessus, que les raccords d'entrée et de sortie soient les plus courts possible et aient des sections aussi grandes que possible de manière à ce que leurs conductances soient au moins 10 fois supérieures à la vitesse de pompage de la pompe.
- Remarquons que, dans le cas où la pompe est à section transversale rectangulaire plutôt que circulaire et présente une variation d'aire de section identique suivant son axe, tout en conservant la longueur entre l'ouverture de sortie 3 et l'ouverture d'entrée 2, ainsi que l'aire de la membrane d'excitation 4, les performances des deux types de pompes sont équivalentes. Cependant, dans le cas où la membrane d'excitation 4 est rectangulaire, cette dernière peut avantageusement être constituée d'un film sandwich piézo-électrique soutenu par l'armature 5. La membrane forme dans ce cas une structure sandwich composée d'un assemblage de deux films PVDF pourvus d'un revêtement métallisé sur leurs deux faces préalablement à leur assemblage et solidarisés au moyen d'un adhésif conducteur de l'électricité. L'assemblage ainsi formé peut être mis en vibration en soumettant le revêtement conducteur central de la structure sandwich piézo-électrique à une variation de potentiel alternative par rapport au potentiel des revêtements métalliques des faces extérieures de la structure. Ce potentiel est, par ailleurs, de préférence celui de la masse du système. Pour que le système fonctionne correctement, les deux films piézo-électriquès doivent être agencés de manière telle que, lorsqu'un film se dilate, l'autre se contracte et inversement, obligeant ainsi l'ensemble de la structure sandwich maintenue par l'armature 5 à prendre une courbure et à vibrer selon une direction perpendiculaire à son plan transversal à une fréquence égale à la fréquence électrique d'excitation.
- Comme il résulte de ce qui précède, la pompe à vide suivant l'invention ne contient pas de pièces en rotation et ne nécessite, par conséquent, pas les précautions mécaniques qui sont nécessaires lors du montage d'une pompe à came. Ainsi, de par sa conception, la pompe suivant l'invention ne risque pas la destruction par contact de pièces en mouvement et l'entraînement de gaz de la sortie vers l'entrée de la pompe par adsorption sur des pièces mobiles.
- Par ailleurs, l'élément vibrant, formant l'organe moteur de la pompe à vide suivant l'invention, peut être de conception et de construction extrêmement variées. En général, toute pièce mobile légère pouvant être mise en vibration par un dispositif approprié quelconque, par exemple un dispositif électromécanique, électromagnétique, piézo-électrique ou magnétostrictif, peut convenir comme élément vibrant.
- Un autre avantage de la pompe suivant l'invention par rapport aux pompes volumétriques connues est qu'elle ne nécessite pas de passage étanche mobile, sujet à la possibilité de fuites et de pertes énergétiques par frottement, de sorte qu'elle permet d'obtenir une réduction sensible de consommation énergétique par rapport aux pompes volumétriques actuelles. Enfin, contrairement à ce qui est le cas par exemple dans les pompes fonctionnant par entraînement volumétrique, elle ne nécessite pas de by-pass.
- Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux différentes formes de réalisation décrites ci-dessus et représentées aux figures annexées, mais que bien des variantes peuvent être envisagées en ce qui concerne notamment la construction et la forme de l'enceinte 1, de la valve 6 et des moyens de déplacement, notamment de l'élément vibrant, sans sortir du cadre de cette invention.
- Ainsi, dans certains cas, l'enceinte peut avoir une section constante entre son ouverture d'entrée et son ouverture de sortie.
Pour l'air (P en mbar, d en mm) | ||
Régime moléculaire | |
P.d〈0,133 |
Régime d'écoulement de transition | 0,5〉Kn〉0,01 | 0,133〈P.d〈6,6 |
Régime d'écoulement strictement fluide ou continu | Kn〈0,01 | P.d〉6,6 |
Claims (13)
- Pompe à vide constituée essentiellement d'un compresseur aconstique comprenant une enceinte (1) présentant, d'un côté, une ouverture d'entrée (2) pour le gaz à pomper et, du côté opposé, une ouverture de sortie (3) de ce gaz, au moins un élément vibrant (4) étant prévu à proximité de l'ouverture d'entrée (2) pour faire mouvoir ce gaz à partir de cette ouverture d'entrée (2) vers l'ouverture de sortie (3), des moyens étant prévus pour soumettre l'élément vibrant (4) à une vibration avec une amplitude d'au moins deux fois et de préférence à cent fois le libre parcours moyen entre des collisions élastiques de particules de gaz dans l'enceinte (1) ce libre parcours moyen correspondant à la pression locale mesurée à proximité de cet élément vibrant pour permettre de créer, à une pression dans l'enceinte (1) comprise entre 10-2 et 1000 mbar, et plus particulièrement entre 0,01 et 10 mbar des ondes sonores formant une succession de zones de compression et de dépression dans ledit gaz entre l'ouverture d'entrée (2) et l'ouverture de sortie (3), caractérisé en ce que des moyens de fermeture (6) sont prévus à l'ouverture de sortie (3) qui coopèrent en synchronisme avec l'élément vibrant (4), d'une matière telle à dégager cette ouverture de sortie (3) au moment où la pression du gaz près de cette ouverture (3) est supérieure à la pression moyenne, appelée pression de base, régnant à l'ouverture d'entrée (2).
- Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte précitée (1) présente une section transversale décroissante par rapport au sens de déplacement du gaz à partir de l'ouverture d'entrée (2) vers l'ouverture de sortie (3).
- Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'enceinte précitée (1) présente l'allure d'un pavillon à section décroissante depuis l'ouverture d'entrée (2) du gaz jusqu'à l'ouverture de sortie (3) du gaz.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de déplacement précités (4) comprennent une membrane (4) s'étendant dans un plan transversal par rapport à la direction de déplacement du gaz entre les ouvertures d'entrée (2) et de sortie (3) de l'enceinte précitée (1).
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de déplacement précités (4) comprennent un mécanisme de vibration électromécanique, électromagnétique, à capacité vibrante, piézo-électrique et/ou magnétostrictif.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément vibrant (4) à une fréquence inférieure à 20.000 Hz, de préférence comprise entre 20 et 5.000 Hz.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la distance séparant les ouvertures d'entrée (2) et de sortie (3) de l'enceinte (1) et la fréquence de vibration de l'élément vibrant (4) précité sont telles à pouvoir créer des ondes stationnaires dans le gaz contenu dans l'enceinte (1).
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de fermeture précités (6) comprennent une valve de décharge (6) coopérant avec des moyens de commande permettant d'ouvrir la valve (6) lorsque la pression régnant dans l'enceinte (1) est supérieure à la pression de base en amont de l'ouverture d'entrée (2), et de fermer cette valve (6) lorsque cette pression est inférieure ou égale à la pression de base susdite, l'ouverture et la fermeture de cette valve (6) ayant de préférence lieu à une fréquence correspondant sensiblement à la fréquence de, ou inférieure dans un rapport entier à la fréquence de l'élément vibrant (4).
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une enceinte (1) du type précité s'étend de part et d'autre de l'élément vibrant, au moins une ouverture d'entrée (2) étant prévue à proximité de cet élément (4) de manière à permettre au gaz de pénétrer dans les deux parties de cette enceinte et de se propager vers l'ouverture de sortie de chacune d'elles.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'ouverture de sortie (3) d'une enceinte est raccordée à l'ouverture d'entrée (2) d'une enceinte agencée en série avec celle citée en premier lieu.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'ouverture d'entrée (2) précitée débouche dans l'enceinte précitée à proximité de l'élément vibrant (4) et du côté de ce dernier orienté vers l'ouverture de sortie (3) de l'enceinte (1).
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que des moyens de fermeture (6) de l'ouverture de sortie (3) sont prévus coopérant en synchronisme avec l'élément vibrant (4) d'une manière telle à dégager l'ouverture de sortie (3) au moment où la pression de gaz près de cette ouverture (3) est égale ou supérieure à celle près de l'ouverture d'entrée.
- Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la distance entre l'ouverture d'entrée (2) et l'ouverture de sortie (3) est telle à pouvoir créer, au moyen de l'élément vibrant (4), une onde stationnaire à la fréquence de résonance dans le gaz la plus basse immédiatement supérieure à la fréquence de coupure dans l'enceinte (1).
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