Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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MÉTHODE DE POMPAGE DANS UN SYSTEME DE POMPAGE ET SYSTEME DE
POMPES A VIDE
Domaine
La présente invention se rapporte à une méthode de pompage permettant de
réduire la consommation d'énergie électrique ainsi que les performances en
termes de
débit et vide final dans un système de pompage dont la pompe principale est
une
pompe à vide à palettes lubrifiées. Egalement, la présente invention se
rapporte à un
système de pompage qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon la
présente
invention.
Art antérieur
Les tendances générales d'augmentation des performances des pompes à
vide, de réduction des coûts des installations et de la consommation d'énergie
dans les
industries ont apporté des évolutions significatives en termes de
performances,
d'économie d'énergie, d'encombrement, dans les entrainements, etc.
L'état de la technique montre que pour améliorer le vide final et réduire la
consommation d'énergie il faut rajouter des étages supplémentaires dans les
pompes à
vide de type Roots multi-étagées ou de type à bec multi-étagées. Pour les
pompes à
vide à vis il faut mettre des tours supplémentaires aux vis, et/ou augmenter
le taux de
compression interne. Pour les pompes à vide à palettes lubrifiées il faut
également
rajouter un ou plusieurs étages supplémentaires en série et augmenter le taux
de
compression interne.
L'état de la technique concernant les systèmes de pompage qui visent
l'amélioration du vide final et l'augmentation du débit montre des pompes
booster de
type Roots agencées en amont des pompes primaires à palettes lubrifiées. Ce
type de
systèmes est encombrant, fonctionne soit avec des clapets by-pass présentant
des
problèmes de fiabilité, soit en employant des moyens de mesure, contrôle,
réglage ou
asservissement. Cependant, ces moyens de contrôle, réglage ou asservissement
doivent être pilotés d'une manière active, ce qui résulte forcément en une
augmentation
du nombre de composants du système, de sa complexité et de son coût.
Date Reçue/Date Received 2020-07-02
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Résumé
La présente invention a pour but de proposer une méthode de pompage dans
un système de pompage permettant de réduire l'énergie électrique nécessaire
pour la
mise sous vide d'une enceinte à vide et le maintien du vide dans cette
enceinte, ainsi
que de réaliser une baisse de la température des gaz de sortie.
La présente invention a aussi pour but de proposer une méthode de
pompage dans un système de pompage permettant d'obtenir un débit supérieur à
basse
pression à celui qui peut être obtenu à l'aide d'une pompe à vide à palettes
lubrifiées
seule lors du pompage d'une enceinte à vide.
La présente invention a également pour but de proposer une méthode de
pompage dans un système de pompage permettant d'obtenir un meilleur vide que
celui
qui peut être obtenu à l'aide d'une pompe à vide à palettes lubrifiées seule
dans une
enceinte à vide.
Selon un aspect englobant, l'invention vise méthode de pompage dans un
système de pompage comprenant une pompe à vide primaire à palettes lubrifiées
avec
un orifice d'entrée des gaz relié à une enceinte à vide et un orifice de
sortie des gaz
donnant dans un conduit avant de déboucher dans une sortie des gaz du système
de
pompage, un clapet anti-retour positionné dans le conduit entre l'orifice de
sortie des
gaz et la sortie des gaz, un éjecteur branché en parallèle au clapet anti-
retour, et un
compresseur, la méthode comprenant : entraîner le compresseur par le moteur de
la
pompe primaire à palettes lubrifiées ; mettre en marche la pompe à vide
primaire à
palettes lubrifiées afin de pomper les gaz contenus dans l'enceinte à vide par
l'orifice de
sortie des gaz; et de manière simultanée, alimenter l'éjecteur en fluide
moteur par le
compresseur; et où l'éjecteur continue d'être alimenté en fluide moteur tout
le temps que
la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées pompe les gaz contenus dans
l'enceinte à
vide et/ou tout le temps que la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées
maintient une
pression définie dans l'enceinte à vide. Selon un autre aspect englobant,
l'invention vise
un système de pompage, comprenant : une pompe à vide primaire à palettes
lubrifiées
avec un orifice d'entrée des gaz relié à une enceinte à vide et un orifice de
sortie des
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gaz donnant dans un conduit avant de déboucher dans une sortie des gaz du
système
de pompes à vide ; un clapet anti-retour positionné dans le conduit entre
l'orifice de
sortie des gaz et la sortie des gaz; un éjecteur branché en parallèle au
clapet anti-
retour ; et un compresseur ; où le compresseur est entrainé par le moteur de
la pompe à
vide primaire à palletes lubrifiées ; et où l'éjecteur est agencé pour pouvoir
être alimenté
en fluide moteur par le compresseur tout le temps que la pompe à vide primaire
à
palettes lubrifiées pompe les gaz contenus dans l'enceinte à vide et/ou tout
le temps
que la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées maintient une pression
définie dans
l'enceinte à vide.
Selon un premier aspect, l'invention réside dans le fait que le couplage de la
pompe à vide primaire à palettes lubrifiées et de l'éjecteur ne nécessite pas
de mesures
et appareils spécifiques (p.ex. de capteurs de pression, de température, de
courant,
etc.), d'asservissements ou de gestion de données et calcul. Par conséquent,
le
système de pompage adapté pour la mise en oeuvre de la méthode de pompage
selon
la présente invention comprend un nombre minimal de composants, présente une
grande simplicité et coûte nettement moins cher que les systèmes existants.
Par sa nature, l'éjecteur intégré dans le système de pompage peut toujours
fonctionner sans dommages suivant la présente méthode de pompage. Son
dimensionnement est conditionné par une consommation de fluide moteur minimale
pour le fonctionnement du dispositif. Il est normalement mono-étagé. Son débit
nominal
est choisi en fonction du volume du conduit de sortie de la pompe à vide
primaire à
palettes lubrifiées, limité par le clapet anti-retour. Ce débit peut être de
1/500 à 1/20 du
débit nominal de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées, mais peut
aussi être
inférieur ou supérieur à ces valeurs. Le fluide moteur pour l'éjecteur peut
être de l'air
comprimé, mais aussi d'autres gaz, par exemple l'azote.
Le clapet anti-retour, placé dans le conduit à la sortie de la pompe à vide
primaire à palettes lubrifiées peut être un élément standard disponible dans
le
commerce. Il est dimensionné suivant le débit nominal de la pompe à vide
primaire à
palettes lubrifiées. En particulier, il est prévu que le clapet anti-retour se
ferme quand la
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pression à l'aspiration de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées se
situe entre
500 mbar absolu et le vide final (p.ex. 100 mbar).
Selon une autre variante, l'éjecteur est multi-étagé.
Selon encore une autre variante, l'éjecteur peut être réalisé en matière à
résistance chimique élevée aux substances et gaz communément utilisés dans
l'industrie chimique, celle des semi-conducteurs, aussi bien dans la variante
éjecteur
mono-étagé que dans celle de l'éjecteur multi-étagé.
L'éjecteur est de préférence de petite taille.
Selon une autre variante, l'éjecteur est intégré dans une cartouche qui
incorpore le clapet anti-retour.
Selon encore une autre variante, l'éjecteur est intégré dans une cartouche qui
incorpore le clapet anti-retour et cette cartouche elle-même est logée dans le
séparateur
d'huile de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées.
Selon encore une autre variante de la méthode de la présente invention, pour
répondre à des exigences spécifiques, le débit de gaz à la pression nécessaire
pour le
fonctionnement de l'éjecteur est piloté de manière tout ou rien . En effet,
le pilotage
consiste à mesurer un ou plusieurs paramètres et à mettre l'éjecteur en
fonctionnement
ou l'arrêter, en fonction de certaines règles prédéfinies. Les paramètres,
fournis par des
capteurs adéquats, sont p.ex. le courant du moteur de la pompe à vide à
palettes
lubrifiées, la température ou la pression des gaz dans le volume du conduit de
sortie de
la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées, limité par le clapet anti-
retour, ou une
combinaison de ces paramètres.
Au départ d'un cycle de vidage de l'enceinte, la pression y est élevée, par
exemple égale à la pression atmosphérique. Vu la compression dans la pompe à
vide
primaire à palettes lubrifiées, la pression des gaz refoulés à sa sortie est
plus haute que
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la pression atmosphérique (si les gaz à la sortie de la pompe primaire sont
refoulés
directement à l'atmosphère) ou plus haute que la pression à l'entrée d'un
autre appareil
connecté en aval. Cela provoque l'ouverture du clapet anti-retour.
Quand ce clapet anti-retour est ouvert, l'action de l'éjecteur est très
faiblement ressentie, comme la pression à son entrée est presque égale à celle
de sa
sortie. En revanche, quand le clapet anti-retour se ferme à une certaine
pression (parce
que la pression dans l'enceinte a entretemps baissé), l'action de l'éjecteur
provoque une
réduction progressive de la différence de pression entre l'enceinte et le
conduit après le
clapet anti-retour. La pression à la sortie de la pompe à vide primaire à
palettes
lubrifiées devient celle à l'entrée de l'éjecteur, celle de sa sortie étant
toujours la
pression dans le conduit après le clapet anti-retour. Plus l'éjecteur pompe,
plus la
pression à la sortie de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées, dans
le volume
fermé (limité par le clapet anti-retour) se réduit et par conséquent la
différence de
pression entre l'enceinte et la sortie de la pompe à vide primaire à palettes
lubrifiées
baisse. Cette faible différence réduit les fuites internes dans la pompe à
vide primaire à
palettes lubrifiées et engendre en même temps une baisse de la pression dans
l'enceinte, ce qui permet d'améliorer le vide final. En plus, la pompe à vide
primaire à
palettes lubrifiées consomme de moins en moins d'énergie pour la compression
et
produit de moins en moins de chaleur de compression.
Dans le cas de pilotage de l'éjecteur, il existe une position initiale de
démarrage du système de pompage quand les capteurs sont dans un état défini ou
bien
donnent des valeurs initiales. Au fur et à mesure que la pompe à vide primaire
à palettes
lubrifiées pompe les gaz de l'enceinte à vide les paramètres tels le courant
de son
moteur, la température et la pression des gaz dans le volume du conduit de
sortie
commencent à se modifier et atteignent des valeurs de seuil détectées par les
capteurs.
Cela provoque la mise en marche de l'éjecteur. Quand ces paramètres repassent
dans
les plages initiales (hors consignes) avec une temporisation, l'éjecteur est
arrêté.
Selon encore une autre variante de la présente invention, le débit de gaz à la
pression nécessaire pour le fonctionnement de l'éjecteur est fourni par un
compresseur.
Date Reçue/Date Received 2020-07-02
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De manière notable, ce compresseur peut être entraîné par la pompe primaire à
palettes
lubrifiées ou, alternativement ou en addition, de manière autonome,
indépendante de la
pompe primaire à palettes lubrifiées. Le compresseur peut aspirer l'air
atmosphérique
ou des gaz dans le conduit de sortie de gaz après le clapet anti-retour. La
présence d'un
tel compresseur rend les systèmes de pompes à vide à palettes lubrifiées
indépendants
d'une source de gaz comprimé, ce qui peut répondre à certains environnements
industriels. Le compresseur peut fournir le débit de gaz à la pression
nécessaire pour le
fonctionnement de plusieurs éjecteurs, faisant partie respectivement de
plusieurs
systèmes de pompes à vide avec comme pompes primaires des pompes à palettes
lubrifiées. Le compresseur fait partie du système aussi bien dans le cas de
fonctionnement en continu de l'éjecteur que dans le cas de son pilotage
suivant les
paramètres, contrôlés par des capteurs adéquats.
D'un autre côté, il est aussi évident que l'étude du concept mécanique
cherche à réduire le volume entre l'orifice de sortie des gaz de la pompe à
vide primaire
à palettes lubrifiées et le clapet anti-retour dans le but d'y descendre la
pression plus
vite.
Brève description des dessins
Les particularités et les avantages de la présente invention apparaîtront avec
plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de
réalisation
donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins ci-
annexés qui
représentent :
- la figure 1 représente de manière schématique un système de pompage
adapté pour la réalisation d'une méthode de pompage selon un premier mode de
réalisation de la présente invention ; et
- la figure 2 représente de manière schématique un système de pompage
adapté pour la réalisation d'une méthode de pompage selon un deuxième mode de
réalisation de la présente invention.
Date Reçue/Date Received 2020-07-02
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- la figure 3 représente de manière schématique un système de pompage
adapté pour la réalisation d'une méthode de pompage selon un troisième mode de
réalisation de la présente invention.
Description détaillée de réalisations
Des variantes, des exemples et des réalisations préférées de l'invention sont
décrits ci-dessous. Figure 1 représente un système de pompage SP adapté pour
la mise
en oeuvre d'une méthode de pompage selon un premier mode de réalisation de la
présente invention.
Ce système de pompage SP comporte une enceinte 1, laquelle est reliée à
l'orifice d'aspiration 2 d'une pompe à vide primaire à palettes lubrifiées 3.
L'orifice de
sortie des gaz de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées 3 est relié
au conduit 5.
Un clapet anti-retour de refoulement 6 est placé dans le conduit 5, qui après
ce clapet
anti-retour 6 continue en conduit de sortie des gaz 8. Le clapet anti-retour
6, lorsqu'il est
fermé, permet la formation d'un volume 4, compris entre l'orifice de sortie
des gaz de la
pompe à vide primaire 3 et lui-même. Le système de pompage SP comporte aussi
un
éjecteur 7, branché en parallèle au clapet anti-retour 6. L'orifice
d'aspiration de l'éjecteur
est relié au volume 4 du conduit 5 et son orifice de refoulement est relié au
conduit 8. Le
conduit d'alimentation 9 fournit le fluide moteur pour l'éjecteur 7.
Dès la mise en route de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées 3, le
fluide moteur pour l'éjecteur 7 est injecté par le conduit d'alimentation 9.
Ensuite, la
pompe à vide primaire à palettes lubrifiées 3 aspire les gaz dans l'enceinte 1
par le
conduit 2 branché à son entrée et les comprime pour les refouler par la suite
à sa sortie
dans le conduit 5 par le clapet anti-retour 6. Lorsque la pression de
fermeture du clapet
anti-retour 6 est atteinte, il se ferme. A partir de ce moment le pompage de
l'éjecteur 7
fait baisser progressivement la pression dans le volume 4 jusqu'à la valeur de
sa
pression limite. En parallèle, la puissance consommée par la pompe à vide
primaire à
palettes lubrifiées 3 baisse progressivement. Cela se produit en un court laps
de temps,
par exemple pour un certain cycle en 5 à 10 secondes.
Date Reçue/Date Received 2020-07-02
CA 02944825 2016-10-03
WO 2015/165544 PCT/EP2014/058948
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Avec un ajustement judicieux du débit de l'éjecteur 7 et de la
pression de fermeture du clapet anti-retour 6 en fonction du débit de la pompe
à vide primaire à palettes lubrifiées 3 et le volume de l'enceinte 1, il est
en
outre possible de réduire le temps avant la fermeture du clapet anti-retour 6
par
rapport à la durée du cycle de vidage et donc réduire les pertes en fluide
moteur pendant ce temps de fonctionnement de l'éjecteur 7 sans effet sur le
pompage. Par ailleurs, ces pertes qui sont infimes, sont prises en compte
dans le bilan de la consommation d'énergie. En revanche, l'avantage de la
simplicité crédite une excellente fiabilité du système ainsi qu'un prix
inférieur
en comparaison avec des pompes similaires équipées d'automate
programmable et ou de variateur, vannes pilotées, capteurs, etc.
Figure 2 représente un système de pompage SP adapté pour la
mise en oeuvre d'une méthode de pompage selon un deuxième mode de
réalisation de la présente invention.
Par rapport au système représenté à la figure 1, le système
représenté à la figure 2 comprend en outre un compresseur 10 qui fournit le
débit de gaz à la pression nécessaire pour le fonctionnement de l'éjecteur 7.
En effet, ce compresseur 10 peut aspirer de l'air atmosphérique ou des gaz
dans le conduit de sortie des gaz 8 après le clapet anti-retour 6. Sa présence
rend le système de pompage indépendant d'une source de gaz comprimé, ce
qui peut répondre à certains environnements industriels. Le compresseur 10
peut être entraîné par la pompe primaire à palettes lubrifiées 3 ou bien par
son
propre moteur électrique, donc de manière complètement indépendante de la
pompe 3. Dans tous les cas la consommation d'énergie du compresseur 10
quand il fournit le débit de gaz à la pression nécessaire afin de faire
fonctionner l'éjecteur 7 est largement plus petite par rapport au gain réalisé
sur
la consommation d'énergie de la pompe principale 3.
Figure 3 représente un système de pompes à vide SPP adapté pour
la mise en oeuvre d'une méthode de pompage selon un troisième mode de
réalisation de la présente invention.
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WO 2015/165544 PCT/EP2014/058948
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Par rapport aux systèmes montrés aux figures let 2, le système
représenté à la figure 3 correspond à un système de pompage piloté, qui
comprend en outre des capteurs 11, 12, 13 qui contrôlent p.ex. le courant du
moteur (capteur 11) de la pompe à vide primaire à palettes lubrifiées 3, la
pression (capteur 13) des gaz dans le volume du conduit de sortie de la pompe
à vide primaire à palettes lubrifiées (limité par le clapet anti-retour 6), la
température (capteur 12) des gaz dans le volume du conduit de sortie de la
pompe à vide primaire à palettes lubrifiées (limité par le clapet anti-retour
6) ou
une combinaison de ces paramètres. En effet, quand la pompe à vide primaire
à palettes lubrifiées 3 commence à pomper les gaz de l'enceinte à vide 1, ces
paramètres cités (notamment le courant de son moteur, la température et la
pression des gaz dans le volume du conduit de sortie 4) commencent à se
modifier et atteignent des valeurs de seuil détectées par les capteurs 11, 12,
13 correspondants. Cela provoque la mise en marche de l'éjecteur 7 (après
une certaine temporisation). Quand ces paramètres repassent dans des plages
initiales (hors consignes) l'éjecteur est arrêté (de nouveau après une
certaine
temporisation). Bien évidemment, le système de pompage piloté SSP peut
avoir comme source de gaz comprimé un réseau de distribution ou bien un
compresseur 10 dans les conditions décrites en figure 2.
Certainement, la présente invention est sujette à de nombreuses
variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que divers modes de réalisation
aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de
manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de
remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la
présente invention. Toutes ces modifications font partie des connaissances
communes d'un homme du métier dans le domaine de la technologie du vide.
