FR2479345A1 - Cryopompe - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE CRYOPOMPE DESTINEE A ETABLIR UN ULTRA-VIDE DANS UNE ENCEINTE FERMEE. CETTE CRYOPOMPE COMPORTE DES PANNEAUX 12 DANS DES CONDUITES 32 DESQUELS CIRCULE UN FLUIDE CRYOGENIQUE, ET DES ECRANS 14 INTERCALES AVEC LES PANNEAUX 12 ET DANS DES CONDUITS 38 DESQUELS CIRCULE UN FLUIDE REFRIGERANT. LES PANNEAUX 12 SONT RELIES AU ECRANS 14 PAR DES ENTRETOISES ISOLANTES QUI PERMETTENT DES MOUVEMENTS LONGITUDINAUX DE DILATATION ET DE CONTRACTION THERMIQUES ENTRE LES PANNEAUX 12 ET LES ECRANS 14. LA FORME ET LA DISPOSITION DE CES DERNIERS, AINSI QUE LA DISPOSITION DES PANNEAUX 12, SONT TELLES QUE TOUT RAYONNEMENT PROVENANT DE L'EXTERIEUR NE PEUT ATTEINDRE LES PANNEAUX 12. DOMAINE D'APPLICATION: ENCEINTES A ULTRA-VIDE TELLES QUE CHAMBRES DE SIMULATION DE L'ESPACE, ETC.

Description

L'invention concerne une cryopompe utilisée pour

établir des ultra-vides dans de grandes chambres fermees.

Une cryopompe est un appareil connu et largement utilisé comme piège froid entre des pompes à vide mécaniques et des chambres à vide, afin d'empecher le retour de l'huile des pompes mécaniques à vide situées en aval vers la chambre et maintenir ainsi un vide poussé dans cette dernière. Les pièges peuvent utiliser des écrans activement refroidis, placés entre un panneau à temperature cryogénique et la

jonction du piège et de la chambre. En arrêtant la transmis-

sion de la chaleur par rayonnement vers les panneaux cryogéniques, les écrans réduisent la capacité de réfrigération cryogénique demandée pour refroidir les panneaux cryogéniques des pièges et ils réduisent donc le coût de ces derniers. Les écrans sont souvent constitués de chevrons, plusieurs de ces écrans étant disposés sous la forme de chevrons parallèles ayant sensiblement les mêmes dimensions et la même forme. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 081 068, N 3 137 551, N 3 175 373, N 3 579 997 et N 3 579 998 décrivent des pièges froids présentant certaines configurations d'écrans, de même que l'ouvrage "Some Component Designs Permitting Ultra-High Vacuum with Large Oil Diffusion Pumps", pages 140-143 de la revue "Vacuum SyMosium Transactions (1958) de The American Vacuum Society, Inco, et l'article 'Introduction to Cryopump Design" de la revue Vacuum, volume 26, N 1, janvier 1976,

pages 11 à 16.

Les pièges à froid décrits peuvent tous être considérés comme étant des cryopompes comportant des panneaux cryogéniques qui pompent sur une seule face, car une seule entrée vers les pièges froids, par laquelle le gaz pompé peut circuler vers les panneaux cryogéniques contenus dans ces

pièges, est prévue.

D'autres cryopompes à une seule entrée sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 4 121 430 et N 4 150 549. Ces pompes ne présentent qu'une entrée; elles ne possèdent pas de sortie et elles accumulent intérieurement le gaz condensé et pompé. Le brevet NO 4 150 549 précité décrit un écran à chevrons qui peut être disposé facultativement en travers de l'embouchure de la pompe constituant l'ouverture par laquelle les gaz peuvent

pénétrer dans la pompe.

L'utilisation d'écrans en forme de chevrons dans des cryopompes est également décrite dans l'article Optimization of Molecular Flow Conductance" présenté au Congrès de la Technologie du Vide tenu à Cleveland, Ohio en octobre 1960, dans l'article "Vacuum Technology" paru dans le numéro de janvier 1963 de la revue International Science & Technology, et dans l'article "Calculation of Cryopomping Speeds by the Monte Carlo Method" paru dans la revue Vacuum, volume 21, NO 5, mai 1971, pages 167 à 173. Des écrans en forme de chevrons sont également mentionnés dans l'article "Measurements of Adsorption Isotherms and Pumping Speed of Helium on Molecular Sieve in the 10-11-10-7 Torr Range at 4.2 Kevin" de la revue Journal of Vacuum Science and Technology,

volume 11, N0 1, janvier-février 1974, pages 331-336.

D'autres applications des cryopompes présentant diverses configurations d'écrans sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 144 200,

N0 3 485 054, NO 3 488 978, N0 3 490 247, NO 3 668 881,

n0 3 769 806, N0 4 072 025 et N0 4 148 196, ainsi que dans l'article "Performance Assessment for Cryopumping", paru dans la revue Vacuum, volume 20, NO 11, novembre 1970, pages 477-480. Ces brevets et publications sont cependant moins

intéressants que ceux cités dans les paragraphes précédents.

Dans de grandes installations telles que des chambres de simulation de l'espace, les vitesses de pompage demandées à une cryopompe sont très élevées et elles ne peuvent être atteintes qu'en plaçant la cryopompe à l'intérieur de la chambre, généralement à proximité de la paroi de celleci. Dans le cas de grosses cryopompes, le coût de l'équipement de réfrigération cryogénique à température extrêmement basse, nécessaire au fonctionnement de la pompe, est prohibitif, à moins que les surfaces de la pompe soient protégées sensiblement de la même manière que les pièges froids indiqués précédemment, afin de réduire l'absorption de

la chaleur rayonnante provenant du milieu entourant la pompe.

Pour minimiser cette transmission de la chaleur rayonnante, les écrans sont refroidis à l'azote liquide et ils sont généralement configurés de manière à protéger les panneaux de pompage contre toute vision directe à partir de zones tièdes de la chambre. Malheureusement, la protection par écrans réduit la vitesse de pompage, car les molécules de gaz doivent alors être pompées en suivant un trajet sinueux pour arriver du volume libre de la chambre jusqu'au panneau de pompage. Des configurations d'ensembles à écrans et panneaux ayant été utilisées dans de grandes chambres comprennent la disposition "en chevrons" (un panneau plat de pompage auquel un écran plat est disposé parallèlement, à une certaine distance de l'une de ses surfaces, plusieurs écrans parallèles, en forme de chevrons, étant placés à une certaine distance de l'autre surface du panneau de manière que l'axe de symétrie des chevrons soit parallèle à la surface du panneau), la disposition "Litton" (des écrans plats disposés parallèlement à un panneau et espacés de ses faces, les deux écrans étant plus larges que le panneau et l'un des écrans

ayant une largeur double de celle de l'autre) et la disposi-

tion "Santeler" (un seul écran plat et plusieurs panneaux parallèles disposés de manière à faire des angles communs avec cet écran, et des seconds écrans qui partent de l'écran plat unique, à raison d'un second écran par panneau, ces seconds écrans étant parallèles aux panneaux). Dans la disposition "Santeler", la surface de chaque panneau opposée au second écran n'est pas totalement protégée contre toute atteinte directe par un rayonnement extérieur. Les figures 8A, 8B et 8C des dessins annexés et décrits plus en détail ci-après représentent ces trois dispositions dans l'ordre cité, les écrans étant indiqués par la lettre E et les panneaux par la lettre P. L'invention concerne donc une cryopompe comprenant un dispositif d'alimentation en fluide cryogénique, un dispositif d'alimentation en fluide réfrigérant, un panneau qui présente des surfaces d'échange de chaleur sur ses côtés opposés respectifs et un premier conduit destiné à faire passer le fluide cryogénique à travers ce panneau afin de réaliser une transmission de chaleur entre ce fluide et les surfaces d'échange de chaleur, et un dispositif destiné à diriger le fluide cryogénique vers le conduit du panneau pour le faire circuler dans ce conduit de manière à échanger de la chaleur avec les surfaces d'échange de chaleur du panneau, ce dernier étant placé dans un canal en forme de zigzag qui comprend un conduit destiné à

l'écoulement du fluide réfrigérant en relation de trans-

mission de chaleur avec la structure de la paroi de ce conduit, des surfaces mutuellement opposées du canal et du panneau étant espacées les unes des autres, le canal présentant, à ses extrémités opposées respectives, des ouvertures correspondantes permettant l'écoulement de gaz vers les surfaces respectives d'échange de chaleur du panneau logé dans ce canal, la structure de la paroi du canal étant placée entre le panneau et les ouvertures du canal de manière que le panneau soit masqué contre toute vision extérieure de

la cryopompe.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

- la figure 1 est une élévation, agrandie verti-

calement et schématique, de la cryopompe selon l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant une forme préférée de réalisation de la cryopompe selon l'invention; - la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant une forme préférée de réalisation de la cryopompe selon l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective d'un élément d'écran de protection contre les rayonnements, faisant partie de la cryopompe représentée sur les figures 1, 2 et 3 - la figure 5 est une vue en perspective d'un élément de panneau de conduction de la chaleur faisant partie de la cryopompe représentée sur les figures 1, 2 et 3; - la figure 6 est une coupe transversale partielle et éclatée d'éléments de panneau et d'écran contre les rayonnements, faisant partie de la cryopompe montrée sur les figures 1, 2 et 3, cette vue montrant une entretoise de positionnement qui maintient les panneaux et les écrans espacés les uns des autres; - la figure 7 est une coupe transversale partielle et éclatée d'éléments de panneau et d'écran contre les rayonnements de la cyropompe montrée sur les figures 1, 2 et 3, cette vue montrant une seconde entretoise qui maintient les panneaux et les écrans espacés; et - les figures 8A, 8B et 8C sont des schémas de

formes de réalisation de l'art antérieur, indiquées précédem-

ment. Les figures 1, 2 et 3 représentent globalement en la cryopompe selon l'invention qui comprend'un panneau 12 conducteur de la chaleur, intercalé avec deux écrans 14 de protection contre les rayonnements, conducteurs de la chaleur et placés à une certaine distance de ce panneau. Plusieurs panneaux 12 et écrans 14 sont de préférence utilisés de manière à être intercalés et espacés les uns des autres, et de manière également qu'un écran soit placé à chaque extrémité de l'assemblage, comme montré schématiquement et sous une forme déployée sur la figure 1. La figure 1 représente un assemblage dans lequel les écrans 14 et les panneaux 12 sont écartés et largement espacés les uns des autres afin de mieux montrer l'alternance des panneaux et des écrans. Il est évident qu'en pratique, dans la forme préférée

de réalisation de l'invention, les écrans 14 sont suffisam-

ment proches les uns des autres pour que les panneaux 12 placés entre des écrans adjacents 14 soient masqués optiquement par lesdits écrans afin de ne pas pouvoir être vus directement de l'extérieur de la cryopompe. La figure 2 montre plus clairement comment les panneaux sont masqués optiquement par les écrans adjacents afin de ne pouvoir être

vus latéralement et directement.

Comme représenté sur la- figure 1, des conduits 16 et 18 fournissent et écoulent respectivement un fluide cryogénique, de préférence de l'hélium liquide, vers la cryopompe et de cette dernière. Chaque panneau 12 est relié par des tubes 20 de branchement aux conduits 16 et 18 de manière que les panneaux 12 soient parcourus par des courants parallèles de fluide cryogénique, du conduit 16 vers le conduit 18. L'écoulement du fluide cryogénique, qui est de préférence de l'hélium liquide, est indiqué par des flèches He ENT" pour indiquer l'arrivée de l'hélium, et UHe Sn pour

indiquer la sortie de l'hélium sur la figure 1.

Comme représenté également sur la figure 1, les écrans 14 sont fixés par leurs deux extrémités à des plaques métalliques 22 à tubes, conductrices de la chaleur (de préférence en aluminium), la fixation étant de préférence constituée par des soudures 23. Par conséquent, les plaques 22 à tubes sont reliées thermiquement aux écrans 14 et elles

sont à la température des écrans 14, ces derniers étant eux-

mêmes sensiblement à la température du fluide réfrigérant circulant dans les conduits ménagés dans ces écrans 14. Les conduits passant dans des écrans 14 adjacents sont reliés en série par des tubes 24 de pontage. Les écrans situés aux extrémités supérieure et inférieure (sur la figure 1) de la

cryopompe ont leurs conduits reliés à une source d'alimenta-

tion en fluide réfrigérant, de préférence de l'azote liquide, comme indiqué par les flèches "LN2 ENTV et "LN2 S" sur la figure 1. Par conséquent, l'azote liquide qui constitue le fluide réfrigérant préféré s'écoule dans les écrans 14 en

suivant un circuit du type série.

Des trous 26 de dégagement permettant le passage des tubes 20 de branchement sont ménagés dans les plaques 22 à tubes afin que ces tubes 20 de branchement ne soient pas en contact avec ces plaques 22. Il convient également de noter que les panneaux 12 ont une dimension longitudinale légèrement inférieure à la distance comprise entre les plaques 22, de manière qu'aucun contact ne se produise entre les panneaux 12 et les plaques à tubes, comme montré notamment sur la figure 3. Il convient également de noter en regard de la figure 3 que les plaques à tubes sont de préférence constituées de paires de profilés placées en position debout. Etant donné que les plaques 22 ont sensiblement la même température que les écrans, chaque panneau 12 conducteur de la chaleur "voit" uniquement un milieu ambiant délimité par les plaques 22 à tubes et les deux écrans adjacents à ce panneau 12 et maintenu sensible-

ment à la température du fluide réfrigérant.

Comme représenté sur la figure 5, chaque panneau 12 présente, sur ses c8tés opposés, des surfaces 28 et 30 d'échange de chaleur et il comprend un conduit 32 au moyen duquel un fluide cryogénique peut passer à l'intérieur de ce panneau 12 en relation de transmission de chaleur avec les surfaces 28 et 30 d'échange de chaleur. Chaque panneau est très conducteur de la chaleur et de préférence réalisé en aluminium sous la forme d'un profilé unique dans lequel le conduit 22 est formé pendant l'opération de filage (sur la figure 5, les tubes 20 de branchement sont représentés comme dépassant du conduit 32 du panneau 12 représenté-; les tubes sont de préférence soudés au panneau 12). Chaque panneau 12 est de préférence réalisé d'une seule pièce avec des nervures 34 et 36 en saillie, qui s'étendent sensiblement sur toute la longueur du panneau afin de s'opposer aux déformations de ce dernier. Les nervures 34 et 36 viennent également de filage avec le panneau 12. Il convient de noter que les nervures 34 et 36 sont situées sur le panneau 12 à une certaine distance du conduit 32. Ce positionnement, montré sur la figure 2, confère une résistance maximale aux déformations du panneau, car le conduit 32, dont la section droite est plus forte que celle de la partie restante du panneau 12, sert également à résister aux déformations du

panneau.

Comme représenté sur la figure 4, chaque écran 14 de protection contre les rayonnements et conducteur de la chaleur présente une forme en "Z" et comprend un conduit 38 qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur afin de permettre l'écoulement d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de cet écran 14. La figure 4 représente des tubes 24 de pontage *qui font saillie du conduit 38 de l'écran 14 représenté. Les tubes 24 sont de préférence soudés à l'écran

14 (le conduit 38 étant mieux représenté sur la figure 2).

Chaque écran comprend de préférence une partie centrale 40 et

deux parties latérales indiquées respectivement en 42 et 44.

Les parties centrale et latérales s'étendent le long de l'écran 12, les parties latérales 42 et 44 faisant saillie en sens opposés l'une par rapport à 1%autre des bords latéraux et longitudinaux de la partie centrale 40 afin de donner une forme en Z à l'écran 14. Chaque écran présente des surfaces opposées 100 et 102. Les tubes 24 de pontage partent des extrémités de l'écran 14 afin de relier entre eux des écrans adjacents et de relier les écrans situés aux extrémités supérieure et inférieure de l'ensemble vertical de la cryopompe à l'alimentation en fluide réfrigérant. Les parties latérales 42 et 44 de chaque écran 14 sont parallèles entre elles. Le conduit 38 vient de filage avec l'écran 14 et ce dernier est réalisé d'une seule pièce avec une nervure 46 qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur afin de résister aux déformations de cet écran. Il convient de noter que le conduit 38 est formé à la jonction de la partie centrale 40 et de la partie latérale 42, alors que la nervure 46 est formée à proximité de la jonction de la partie centrale 40 et de l'autre partie latérale 44. Cet écartement entre la nervure 46 et le conduit 38 confère une grande résistance aux déformations de l'écran, car le conduit 38, étant de plus forte section que la partie restante de l'écran 14, résiste également aux déformations de ce dernier. Chaque écran comporte une partie pleine à forte section, située à chaque jonction des parties latérales 42 et 44 avec la partie centrale 40, ces parties à forte section étant indiquées en 48 et 50, respectivement, et étant mieux montrées sur les figures 6 et 7. La nervure 46 se présente sous la forme d'une saillie directement opposée à la partie latérale 44 et elle forme, avec la partie centrale 40 de l'écran, une cavité longitudinale indiquée globalement en 52 et présentant un angle à peu près droit, comme montré notamment sur la figure 7. Un bossage longitudinal 54 est formé sur une surface 100 de la partie centrale 40, opposée à la surface 102 qui délimite une partie de la concavité 52, et ce bossage 54 est relié par un collet 56 à l'écran 14, en un point de ce dernier proche de la jonction entre la partie centrale 40 et la

partie latérale 42, comme montré notamment surla figure 6.

Comme représenté sur la figure 2, les surfaces 100 et 102 de chaque paire d'écrans adjacents 14 en forme de Z définissent un canal 58 en forme de zigzag. Chaque panneau 12 est logé dans l'un de ces canaux 58. Les conduits 38 des écrans 14 sont parcourus par un fluide réfrigérant de manière à établir une transmission de chaleur entre les parois du canal, défini par les surfaces 100 et 102 des écrans 14 et le fluide. Les surfaces respectives 28 et 30 du panneau sont espacées des surfaces opposées 100 et 102 du canal 58 dans lequel ce panneau 12 est logé. Chaque canal 58 présente, à ses extrémités opposées, des ouvertures définies par des extrémités extérieures correspondantes 61 et 63 des parties latérales respectives 42 et 44 des écrans adjacents 14, afin de permettre à un gaz de s'écouler dans ce canal vers les surfaces 28 et 30 d'échange de chaleur du panneau 12 logé dans le canal 58. Les parties latérales respectives et correspondantes 42 et 44 des écrans adjacents se chevauchent sans se toucher, afin d'entourer optiquement les panneaux individuels 12 placés entre les écrans adjacents 14 de chaque paire. Les parties latérales ou marginales 42 et 44 formant les parois du canal.58 sont en fait placées entre le panneau

renfermé et l'ouverture définie par les extrémités correspon-

dantes 61 et 63 des écrans adjacents 14. Les parties marginales correspondantes 42 et 44 des écrans adjacents peuvent être considérées comme délimitant des canaux longitudinaux à fond ouvert, permettant l'écoulement d'un gaz vers les surfaces respectives d'échange de chaleur du panneau renfermé. Les panneaux 12 et les écrans 14 sont de préférence tous parallèles entre eux. Les parties centrales des écrans séparent optiquement les panneaux adjacents 12 les uns des autres et ont une largeur transversale, considérée en projection sur lesdits panneaux, supérieure à celle des panneaux. Les parties centrales des écrans sont de préférence inclinées par rapport aux panneaux, comme montré

sur la figure 2.

Des première et seconde entretoises de position-

nement, indiquées respectivement en 60 et 62, sont espacées le long du panneau 12. Ces premières et secondes entretoises coopèrent respectivement avec le bossage 54 et la cavité 52 de manière à maintenir l'écartement entre les panneaux 12 et les écrans 14 adjacents tout en leur permettant de se déplacer longitudinalement les uns par rapport aux autres

sous l'effet de la chaleur.

Comme montré sur la figure 6, les premières entretoises 60 de positionnement comprennent un bloc 64 d'isolation thermique fixé au panneau 12 par un axe rond 66 enclenché avec des anneaux 68 de serrage à emmanchement à force. L'axe 66 passe avec un certain jeu dans un trou ménagé

dans le panneau 12 et dans une ouverture centrale du bloc 64.

Une rondelle 70 est placée entre le bloc 64 et le panneau 12.

Le bloc 64 et l'axe 66 sont de préférence réalisés en matière à base de résine phénolique, ayant de bonnes caractéristiques d'isolation thermique, par exemple en résine polycarbonate commercialisée par la firme General Electric Company sous l'appellation 'LEXAN". Le bloc 64 présente une gorge 72 qui s'étend de préférence sur toute sa circonférence. Cette gorge 72 est orientée de manière qu'au moins une partie de ladite gorge soit disposée longitudinalement afin que le bossage 54 d'un écran adjacent 14 puisse s'articuler et coulisser dans cette gorge. L'articulation est mieux montrée sur la figure 2 (la figure 6 montre la première entretoise séparée du bossage

pour plus de clarté).

Le bord du panneau 12 opposé à celui portant la première entretoise 60 comporte une seconde entretoise 62 qui comprend des premier et second disques 74 et 76 d'écartement présentant chacun une surface convexe tournée vers l'extérieur et indiquée respectivement en 78 et en 80 sur la figure 7. Les disques 74 et 76 d'écartement sont de préférence réalisés dans la même matière d'isolation thermique que le bloc 64 et ils sont fixés sur les surfaces opposées du panneau 12 au moyen d'un axe 82 traversant ces disques 74 et 76 et passant avec un certain jeu dans un trou du panneau 12, des anneaux 68 de serrage à force étant fixés il

sur l'axe 82, à l'extérieur des disques 74 et 76 d'écarte-

ment. L'axe 82 est également réalisé en matière d'isolation thermique, de préférence la même matière que celle constituant le. bloc 64. Des rondelles (non référencées) séparent les anneaux 68 de serrage des disques 74 et 76 d'écartement. Ces derniers peuvent se loger et coulisser dans la cavité 52 d'un écran adjacent, comme montré sur la figure 2, les surfaces corcaves 78 et 80 portant contre des surfaces planes correspondantes de la cavité 52. La figure 7 représente la seconde entretoise espacée de la cavité, pour

plus de clarté.

Etant donné que les écrans adjacents sont maintenus en position par fixation aux plaques 22 à tubes,

aucun mouvement ne se produit entre ces écrans adjacents.

Cependant, l'engagement coulissant du bossage 54 dans la gorge 72 et le logement coulissant des disques 74 et 76 d'écartement dans la cavité 52, comme montré sur la figure 2, permettent à un panneau 12 et aux écrans 14 qui l'entourent de se déplacer longitudinalement entre eux sous l'effet de la chaleur. Ceci est nécessaire, car les panneaux 12, qui sont de préférence refroidis par l'hélium liquide, sont abaissés à une température sensiblement inférieure à celle des écrans 14 qui sont de préférence refroidis par de l'azote liquide. Par conséquent, lorsque.la cryopompe est mise en marche et que l'hélium-liquide et l'azote liquide sont introduits dans les panneaux et les écrans, respectivement, au moment o la cryopompe descend à sa température de fonctionnement, les panneaux se contractent beaucoup plus que les écranse ce qui entraîne un mouvement de ces panneaux 12 par rapport aux

écrans 14.

Il convient de noter que la surface extérieure arrondie du bossage 54 est en contact avec des surfaces planes délimitant l intérieur de la gorge 72, et que les surfaces convexes 78 et 80 sont de la même manière en contact avec des surfaces planes délimitant la cavité 52. Ces associations entre les surfaces courbes et des surfaces planes ont pour résultat des contacts uniquement linéaires entre les surfaces concernées, ce qui n'entraîne qu'une transmission minimale de la chaleur entre les panneaux et les

écrans adjacents.

Lorsque la cryopompe fonctionne, l'azote liquide et l'hélium liquide sont mis en circulation respectivement dans les sens indiqués par les flèches et suivant les indications portées sur la figure 1. Lorsque les panneaux et les écrans refroidissent aux températures respectives du fluide cryogénique et du fluide réfrigérant, les molécules des gaz ayant des points de congélation supérieurs à la température de l'hélium liquide adhèrent aux panneaux 12 lorsqu'elles entrent en contact avec ces derniers. Les - molécules de gaz-pénétrant entre des écrans adjacents, dans les directions indiquées respectivement par les flèches A et B sur la figure 2, adhèrent aux surfaces respectives 28 et 30 du panneau 12 compris entre les deux écrans, lorsqu'elles entrent en contact avec elles, de manière à produire l'effet de pompage. Les écrans et les plaques à tubes entourant optiquement le panneau dans un milieu maintenu sensiblement à

la température de l'azote liquide, ils réduisent la trans-

mission de chaleur par rayonnement d'objets relativement chauds, extérieurs à la cryopompe, vers le panneau, ce qui minimise l'importance de l'équipement de réfrigération nécessaire pour le maintien de l'écoulement d'hélium liquide

dans les panneaux.

Les écrans et panneaux de la cryopompe sont de

préférence réalisés en aluminium. Ce métal convient particu-

Fièrement en raison de sa bonne conductivité thermique, de sa ductilité relative aux basses températures et de la facilité avec laquelle il peut être filé suivant les formes demandées

pour les panneaux et les écrans.

La cryopompe peut être montée dans une chambre à vide par fixation des plaques 22 à tubes à l'intérieur de la chambre, de toute manière convenable, assurant l'isolation

thermique relative.

La cryopompe selon l'invention n'utilise pas de soufflet. Le montage flottant des panneaux 12 par rapport aux écrans 14 contre les rayonnements et aux plaques 22 à tubes permet les mouvements de dilatation et de contraction thermiques et apporte une plus grande fiabilité que celle qu'il est possible d'obtenir lorsqu'on utilise des soufflets à cet effet. L'orientation de la cryopompe montrée sur la figure 1, dans laquelle les plaques 22 à tubes sont disposées à peu près verticalement, les panneaux et les écrans étant empilés à peu près verticalement, facilite les mouvements relatifs, induits thermiquement, entre les panneaux et les

écrans tout en assurant la rigidité de la construction.

L'appareil peut être réalisé au moyen de panneaux 12 et d'écrans 14 dont la longueur peut atteindre environ 8,7 m, placés entre les plaques 22 à tubes, comme montré sur la figure 1. Les panneaux 12 et les écrans 14 peuvent être analogues à ceux filés par la firme Magnode Corporation, Trenton, Ohio, Etats-Unis d'Amérique. Les nervures 34 et 36 ainsi que les conduits formés à l'intérieur des panneaux et des écrans protègent ces derniers contre des déformations excessives. Une forme géométrique préférée pour les écrans comprend un angle C (figure 2) d'environ 1090 et un angle D qui fait environ 45 avec la verticale, comme montré également sur la figure 2. L'angle E, indiqué sur la figure 7, est de préférence égal à envion 90 , alors que l'angle F, également montré sur la figure 7, est de préférence égal à environ 71 . Les écrans peuvent être réalisés de manière à avoir une largeur mesurée horizontalement, comme montré sur la figure 2, d'environ 35,5 cm, et ils peuvent être montés sur les plaques 22 à tubes de manière qu'une distance

d'environ 10 cm soit comprise entre les parties correspon-

dantes des écrans adjacents. Un panneau entouré par de tels écrans peut de préférence avoir une largeur d'environ 13 cm, comme indiqué en Q sur lafigure 5. L'épaisseur de la partie centrale du panneau, mesurée à proximité immédiate du conduit 32, est d'environ 6,5 mm, les parties centrale et latérales , 42 et 44 d'un écran, à distance de leurs jonctions,

pouvant également avoir une épaisseur d'environ 6,5 mm.

Les entretoises 60 et 62 peuvent être espacées d'une distance pouvant atteindre 2,1 m lorsque les panneaux et les écrans sont réalisés à une longueur de 8,7 m. Il est important que les entretoises 60 et 62 ne soient pas suffisamment espacées pour qu'une déformation des panneaux provoque un contact entre ces derniers et les écrans, car un tel contact "court-circuiterait" en fait l'écran, faisant descendre la température de ce dernier à la valeur de celle du panneau pendant le fonctionnement de la pompe, ce qui augmenterait notablement la réfrigération cryogénique demandée. Les parties centrales des écrans peuvent avoir une dimension N d'environ 19 cm, comme indiqué sur la figure 2, et les parties latérales peuvent avoir une dimension P d'environ 14 cm, comme indiqué sur la figure 2. L'écartement obtenu ainsi entre les écrans adjacents est alors d'environ

6,5 cm, comme indiqué en R sur la figure 2.

Les angles formés entre les parties latérales et la partie centrale des écrans ne sont pas critiques pourvu que les écrans conservent leur forme en Z et qu'ils masquent donc optiquement, par rapport à l'extérieur, les panneaux qu'ils entourent. Cependant, si l'on écarte davantage les écrans, l'angle C, formé entre les parties latérales et la partie centrale et indiqué sur la figure 2, doit être diminué pour maintenir le masquage optique du panneau entouré par rapport à l'extérieur. En diminuant l'angle C, on diminue également la vitesse de pompage du circuit. Cependant, en augmentant la largeur du panneau,-indiquée en Q sur la figure , on accroît la vitesse de pompage. L'un des avantages de la cryopompe selon l'invention est que le rapport de la largeur Q des panneaux à la distance S comprise entre les écrans adjacents (figure 2) est grand, ce qui résulte en une vitesse

de pompage élevée.

La zone indiquée en 58 sur la figure 2 peut être considérée comme une cavité dont une partie de la paroi est constituée par le panneau 12, la partie restante de la paroi de cette cavité étant formée par la partie centrale d'un écran 14. L'entrée de la cavité peut être considérée comme s'étendant suivant une ligne (non représentée sur la figure 2) qui relie les jonctions correspondantes des parties centrale et latérales des écrans adjacents. La partie latérale de l'écran, dont la partie centrale forme la partie restante de la paroi de la cavité, dépasse de l'ouverture de cette cavité afin de masquer le panneau, situé à l'intérieur de

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ladite cavité, contre tout rayonnement incident direct provenant de l'extérieur de la cavité. La partie latérale de l'écran est disposée de manière que toute ligne droite partant du panneau situé à l'intérieur de la cavité et passant par l'ouverture de cette dernière coupe cette partie

latérale de l'écran. Cette dernière réalise donc nécessaire-

ment un masquage optique du panneau. Un avantage de la cryopompe décrite est que les cavités sont formées par paires dans lesquelles elles sont imbriquées, chaque panneau offrant une surface de pompage qui fait partie de la surface intérieure de deux cavités de pompage. Pratiquement la totalité de la surface de chaque panneau est exposée pour le pompage. La relation entre la dimension de l'ouverture de la cavité, indiquée en S sur la figure 2, et la profondeur de cette cavité, définie par la largeur Qdu panneau comme indiqué sur la figure 5, établit la vitesse maximale

théorique de pompage de l'invention.

Lorsque la cryopompe selon l'invention est comparée à des pompes utilisant la disposition en "chevrons" dans laquelle les chevrons forment avec le panneau de pompage associé un angle égal à l'angle 'ID" indiqué sur la figure 2, la vitesse de pompage de la cryopompe selon l'invention est supérieure. Dans des pompes utilisant la disposition en chevrons, il est connu que l'angle optimal formé entre les chevrons et le panneau de pompage associé est de 600. Ceci donne une vitesse de pompage de 0,28 (voir la figure 6 de l'article présenté au congrès Vacuum Technology Meeting,

Cleveland, Ohio, en octobre 1960, comme indiqué précédem-

ment), qui est la vitesse maximale de pompage d'une cryopompe utilisant des écrans disposés en chevrons. Il est surprenant de constater que la vitesse de pompage de la cryopompe selon l'invention dépasse toujours la valeur de 0,28, l'amplitude du dépassement dépendant de la relation entre la dimension de l'ouverture de la cavité, indiquée en S sur la figure 2, et la profondeur de la cavité, définie par la largeur Q du panneau sur la figure 5. Lorsque le rapport Q/S augmente, la vitesse de pompage augmente. Le tableau suivant donne les vitesses de pompage de la cryopompe selon l'invention pour diverses valeurs de Q/S et de l'angle D indiquées sur la

figure 2.

D Q/S Vitesse de pompage

450 1 0,287

450 2 0,335

630 2 0,379

Ces vitesses de pompage représentent la fraction de molécules arrivant aux ouvertures de la pompe selon

l'invention, définies par les extrémités inférieures corres-

pondantes 60 et 62 des parties latérales 42 et 44 d'écrans adjacents 14 (voir l'article "Calculation of Cryopumping Speeds by the Monte Carlo Method", à titre d'exemple de méthode de

détermination de la vitesse de pompage).

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la cryopompe décrite et représentée

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Cryopompe, comprenant des éléments (16, 18) d'alimentation en fluide cryogénique, des éléments (24) d'alimentation en fluide réfrigérant, un panneau (12) qui présente des surfaces (28, 30) d'échange de chaleur situées sur des côtés opposés respectifs de ce panneau, et un premier conduit (32) permettant au fluide cryogénique de passer dans le panneau en relation de transmission de chaleur avec lesdites surfaces d'échange de chaleur, des éléments (20) d'alimentation du conduit du panneau en fluide cryogénique permettant à ce dernier de s'écouler dans le conduit en relation d'échange de chaleur avec les surfaces d'échange de chaleur du panneau, la cryopompe étant caractérisée en ce qu'elle présente un canal (58) en forme de zigzag, contenant le panneau et dans lequel passe un conduit (38) parcouru par le fluide réfrigérant en relation de transmission de chaleur avec la paroi dudit conduit, les surfaces mutuellement opposées du canal et du panneau étant espacées et le canal présentant, à ses extrémités opposées, des ouvertures permettant la circulation d'un gaz dans ce canal par rapport aux surfaces d'échange de chaleur du panneau, ladite paroi étant située entre le panneau et les ouvertures afin de

masquer le panneau.

2. Cryopompe comprenant des éléments (16, 18) d'alimentation en fluide cryogénique, des éléments (24) d'alimentation en fluide réfrigérant, plusieurs panneaux (12) conducteurs de la chaleur et présentant chacun des surfaces (28, 30) d'échange de chaleur situées sur les côtés opposés respectifs de chaque panneau, et un premier conduit (32) permettant l'écoulement d'un fluide cryogénique dans le panneau, les premiers conduits étant reliés aux éléments d'alimentation en fluide cryogénique pour permettre à ce dernier de s'écouler desdits éléments d'alimentation dans lesdits premiers conduits, la cryopompe étant caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs écrans (14) de rayonnement, conducteurs de la chaleur, espacés et intercalés avec les panneaux, chaque écran comprenant un second conduit (38) destiné à être parcouru par le fluide réfrigérant, les écrans adjacents se chevauchant afin d'entourer optiquement les panneaux, des bords respectifs correspondants (61, 63) desdits écrans délimitant des canaux (58) dans lesquels un gaz peut s'écouler par rapport aux surfaces d'échange de chaleur respectives des panneaux intercalés avec les écrans, les seconds conduits étant reliés aux éléments d'alimentation en fluide réfrigérant afin que ce dernier puisse s'écouler de ces éléments d'alimentation dans les écrans, des dispositifs (60, 62) de positionnement et d'isolation thermique portant contre les panneaux et écrans adjacents afin de les maintenir

écartés les uns des autres.

3. Cryopompe selon la revendication 2, caracté-

risée en ce que des secondes surfaces (102) des écrans présentent des cavités longitudinales (52), les dispositifs de positionnement comportant une première entretoise (60)

qui comprend un bossage (54) pouvant coulisser longitudi-

nalement dans une gorge (72), de manière à être articulée avec au moins un élément d'un ensemble adjacent à panneau et écran, et une seconde entretoise (62) de forme extérieure convexe, fixée au panneau dudit ensemble à écran et panneau, la surface extérieure convexe de cette seconde entretoise pouvant coulisser longitudinalement dans la cavité (52) d'un

écran séparé dudit ensemble par ledit panneau.

4. Cryopompe selon la revendication 2, caracté-

risée en ce que chaque écran comprend une partie centrale (40) et deux parties latérales (42, 44) qui partent, sous des angles égaux, de côtés respectifs de ladite partie centrale, ces parties centrale et latérales s'étendant le long de chaque écran, les parties centrales des écrans étant inclinées par rapport aux panneaux et alternant avec ces derniers afin de les isoler optiquement les uns des autres, les bords des écrans masquant optiquement les panneaux contre toute vue par le côté, les panneaux et les écrans pouvant notamment être parallèles entre eux, et lesdites parties latérales des écrans pouvant notamment être parallèles entre elles et pouvant faire saillie de ladite partie centrale dans

des directions opposées.

5. Cryopompe selon la revendication 4, caracté-

risée en ce que les parties centrales des écrans ont une largeur, mesurée en projection sur les panneaux, supérieure à

la largeur (Q) des panneaux.

6. Cryopompe selon la revendication 5, caracté- risée en ce que chaque panneau est réalisé d'une seule pièce avec au moins une nervure (34 ou 36) qui s'étend sensiblement

sur toute la longueur du panneau, qui est décalée transversa-

lement dudit premier conduit (38) et qui est destinée à résister aux déformations du panneau dans des directions

autres que la direction longitudinale.

7. Cryopompe selon la revendication 3, caracté-

risée en ce que les cavités (52) ont une configuration angulaire et en ce que la surface extérieure convexe des

secondes entretoises (62) est arrondie.

8. Cryopompe caractérisée en ce qu'elle comporte des éléments (16, 18) d'alimentation en fluide cryogénique, des éléments (24) d'alimentation en fluide réfrigérant,

plusieurs panneaux filés parallèles (12), allongés longitu-

dinalement, s'étendant transversalement et conducteurs de la chaleur, chaque panneau étant réalisé d'une seule pièce avec une nervure (34 ou 36) qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur afin de résister aux déformations du panneau dans une direction autre. que la direction longitudinale, chaque panneau présentant un conduit longitudinal (32) destiné à l'écoulement du fluide cryogénique à l'intérieur du panneau, ce conduit étant décalé transversalement de la nervure et relié aux éléments d'alimentation en fluide cryogénique afin que ce dernier puisse s'écouler dans ledit conduit, la pompe cryogénique comprenant également plusieurs écrans parallèles et filés (14), allongés longitudinalement, conducteurs de la chaleur et comprenant chacun une partie centrale (40) et deux parties latérales (42, 44), la partie centrale ayant une largeur, projetée dans la direction transversale, supérieure à la largeur (Q) des panneaux, les parties centrale et latérales s'étendant le long desdits écrans, les parties latérales faisant saillie dans des directions opposées de la partie centrale afin de donner aux écrans une forme en Z, les zones des jonctions entre la partie centrale et les parties latérales de chaque écran étant plus épaisses que les parties latérales et centrale considérées seules, chaque écran présentant un conduit longitudinal (38) relié aux éléments d'alimentation en -fluide réfrigérant afin que ce dernier puisse circuler dans ce conduit, ce dernier étant proche de la jonction entre la partie. centrale et l'une des parties latérales, chaque écran comportant également un bossage longitudinal (54) relié par un collet (56) à l'écran, à proximité de la jonction entre la partie centrale et l'une des parties latérales, chaque écran présentant en outre une cavité longitudinale (52) proche de la jonction entre la partie centrale et l'autre partie latérale, la partie centrale rejoignant l'autre partie latérale -en un point intermédiaire de cette dernière, afin que ladite autre partie latérale fasse saillie dans deux directions opposées de

ladite partie centrale, la cavité étant formée dans une-

surface de l'écran opposée à celle de laquelle le bossage dépasse, les écrans étant intercalés, à distance, avec les panneaux, les parties centrales des écrans masquant optiquement les panneaux adjacents les uns des autres, les parties latérales correspondantes et respectives des écrans adjacents délimitant des canaux respectifs dans- lesquels un gaz peut circuler par rapport aux surfaces des panneaux placés entre lesdites parties centrales des écrans adjacents, les parties latérales des écrans masquant optiquement, contre toute vue latérale de l'extérieur des écrans, les panneaux entourés par ces derniers et placés dans lesdits canaux, la pompe cryogénique comportant également des premières entretoises (60) qui comprennent des blocs (64) d'isolation thermique fixés aux panneaux, à proximité de premiers bords latéraux de ces panneaux, chaque bloc présentant une gorge (72) dont au moins une partie est orientée dans la direction longitudinale, un bossage (54) d'un premier écran adjacent à un panneau pouvant se loger et coulisser dans la gorge d'une première entretoise associée au panneau afin de permettre un mouvement longitudinal du premier écran par rapport au panneau, des secondes entretoises (62) d'isolation thermique formant des paires avec les premières entretoises et étant fixées au panneau, à proximité d'un second bord latéral de celui-ci, chaque seconde entretoise comprenant des premier et second organes (74, 76) d'écartement qui présentent des surfaces extérieures convexes (78, 80), les premier et second organes d'écartement de l'une des secondes entretoises étant logés dans la cavité (52) d'un second écran de manière à pouvoir coulisser dans cette cavité, le second écran étant adjacent au premier écran, mais séparé de celui-ci par le panneau sur lequel les premières et-secondes entretoises sont fixées, de manière à permettre un mouvement longitudinal du

second écran par rapport au panneau.

9. Cryopompe comprenant des éléments (16, 18) d'alimentation en fluide cryogénique, des éléments (24) d'alimentation en fluide réfrigérant, un panneau (12) qui présente une surface extérieure de pompage en relation de transmission de chaleur avec le fluide cryogénique, un écran (14) qui s'oppose à toute incidence directe d'un rayonnement provenant de l'extérieur sur ladite surface de pompage, cet écran (14) étant en relation de transmission de chaleur avec ledit fluide réfrigérant, la cryopompe étant caractérisée en ce qu'elle présente une cavité (58) dont une partie de la paroi est constituée de ladite surface (30) de pompage, la partie restante de la paroi étant formée par une première partie (40) de l'écran, une seconde partie (42 ou 44) de l'écran faisant saillie vers l'extérieur de l'entrée de la cavité et étant disposée de manière que toute ligne droite, tracée entre la surface de pompage et le bord de l'entrée de la cavité, coupe, dans son prolongement, ladite seconde

partie de l'écran.

10. Cryopompe comprenant des éléments (16, 18) d'alimentation en fluide cryogénique, des éléments (24) d'alimentation en fluide réfrigérant, un panneau (12) qui présente une surface extérieure de pompage en relation de transmission de chaleur avec le fluide cryogénique, et un écran (14) qui empêche l'incidence directe d'un rayonnement provenant de l'extérieur sur la surface de pompage, cet écran (14) étant en relation de transmission de chaleur avec ledit fluide réfrigérant, la cryopompe étant caractérisée en ce qu'elle présente une cavité (58) dont une partie de la paroi est constituée par ladite surface (30) de pompage, et dont la partie restante de la paroi est constituée par une surface (100) de protection en relation de transmission de chaleur avec le fluide réfrigérant, l'écran étant placé à l'extérieur de l'entrée de la cavité et étant disposé de manière que le prolongement de toute ligne droite, tracée entre la surface

de pompage et l'entrée de la cavité, coupe ledit écran.