La présente invention concerne un dispositif de refroidissement en circuit fermé pour une pompe à vide avec des éléments en mouvement logés dans un corps de pompe, le circuit fermé comportant des chambres de refroidissement parcourues par un fluide, ménagées dans les parois du corps de pompe, un échangeur de chaleur alimenté d'un côté par le fluide de refroidissement provenant des dites chambres et de l'autre par un flux d'air, et un retour de fluide entre 1'échangeur et les chambres de refroidissement.

Le dispositif est destiné en particulier à une pompe à vide avec deux vis jumelles logées dans un mme cylindre, engrenant l'une dans l'autre, et comportant un moteur relié à l'une des vis Les pompes à vide conçues pour des performances élevées nécessitent un refroidissement et on sait réaliser des dispositifs de refroidissement selon la définition ci-dessus.

En général le fluide de refroidissement est de l'eau. Ces dispositifs en circuit fermé se distinguent des systèmes à eau perdue, qui actuellement ne sont plus acceptables pour des raisons écologiques et économiques. Ils se distinguent aussi des systèmes à air direct qui sont inadéquats étant donné les exigences des pompes à vide au point de vue des quantités de chaleur à évacuer Cependant les dispositifs à circuit fermé connus jusqu'à maintenant présentent encore des défauts lorsqu'il s'agit d'équiper des pompes à vide de grande performance et de construction compacte, comme le sont les pompes à deux vis jumelles logées dans un mme cylindre, surtout quand le profil des vis est étudié de manière à obtenir une efficacité maximale, avec une vitesse de rotation élevée et un encombrement aussi réduit que possible. De toute manière les systèmes de refroidissement à circuit fermé connus présentent l'inconvénient de nécessiter une pompe de circulation. De plus les pompes à hautes performances exigent un radiateur de dimensions particulièrement grandes.

Le but de la présente invention est donc de créer un dispositif de refroidissement qui évite les défauts susmentionnés.

A cet effet le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est un condenseur, en ce que le flux d'air de refroidissement est engendré par un ventilateur entraîné par le moteur de la pompe, et en ce que les chambres de refroidissement sont dimensionnées de manière que le fluide ait atteint son point d'ébullition à la sortie de celles-ci.

Selon un mode d'exécution, le ventilateur est monté directement sur l'arbre d'une des vis et peut tre placé entre la vis entraînée et le moteur.

Le condenseur peut tre à circulation croisée et comporter une enceinte contenant un réseau de tubes dont au moins une partie sont en position inclinée de manière à tre parcourus de haut en bas par le fluide de refroidissement vaporisé, la dite enceinte pouvant comporter une ouverture latérale à sa partie supérieure pour l'entrée du flux d'air et, à sa partie inférieure, un raccord au conduit d'entrée du ventilateur.

L'invention concerne également une pompe à vide à deux vis jumelles logées dans un mme cylindre, engrenant l'une dans l'autre, et comportant un moteur relié à l'une des vis, et comportant un dispositif de refroidissement selon 1'invention.

On va décrire ci-après, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue schématique du dispositif, la figure 2 est une vue en perspective de 1'ensemble de la pompe avec son circuit de refroidissement, et la figure 3 est une vue en coupe par un plan horizontal au niveau des axes des vis, de la pompe de la figure 2.

Le dispositif de refroidissement pour pompe à vide représenté au dessin fonctionne en circuit fermé selon le principe de 1'évaporation ou de 1'ébullition.

Les moyens mis en oeuvre pour cela sont représentés schématiquement à la figure 1. Les éléments principaux consistent simplement en un condenseur 1 disposé à la partie supérieure du dispositif et en un ensemble de chambres de refroidissement 2, un vase d'expansion 1'étant disposé entre les chambres de refroidissement et le condenseur. Les chambres de refroidissement sont disposées dans les parois du corps de pompe cylindrique et dans son couvercle. Elles sont dimensionnées de façon que la chaleur dégagée par la pompe à vide en marche normale amène le fluide de refroidissement, qui est de l'eau, à la température d'ébullition soit 100° C si la pression est voisine de la pression atmosphérique. Il se forme donc dans les chambres 2 un flux de vapeur d'eau 7 qui est conduit par des tubulures 4 à l'entrée, c'est-à-dire à la partie supérieure, du condenseur 1. Sous l'effet d'un flux d'air 5 qui traverse le condenseur 1 en circulation croisée, la vapeur d'eau se condense dans la partie basse des tubes de condensation et retourne par gravité à travers la tubulure de retour 6 à l'entrée des chambres 2. Pour provoquer une circulation forcée du flux d'air 5 un ventilateur 3 est incorporé à la pompe, entraîné par le moteur de la pompe. Une sonde de température 17 surveille le fonctionnement de l'ensemble et intervient en cas de situation anormale. Selon une variante, l'ensemble peut tre agencé de façon que le flux d'air traverse le condenseur dans le sens contraire à celui représenté par les flèches de la figure 2.

La figure 2 montre la disposition constructive des éléments décrits ci-dessus. Le cylindre de pompe 8 est à disposition horizontale avec une tubulure de refoulement 9 et une tubulure d'aspiration 10. Un moteur 11 entraine directement l'arbre d'une des vis. Des chambres d'eau 2 sont ménagées sous la forme de canaux dans l'épaisseur des parois du cylindre 8 et la vapeur produite est amenée par la tubulure 4, extérieure au cylindre, au condenseur 1. Celui-ci comporte une enceinte 13 dont la partie inférieure 14 repose sur le cylindre 8, en disposition transversale et dont la partie supérieure 15 disposée obliquement se raccorde par son extrémité haute à la tubulure de vapeur 4. Dans la partie inclinée 15 et dans la partie transversale 14 de 1'enceinte 13 sont disposés des réseaux de tubes qui aboutissent au conduit de retour 6.

La paroi supérieure inclinée de 1'enceinte 13 est percée d'une ouverture 16 par où pénètre le flux d'air 5 dont la sortie est figurée sous le bloc de pompe par les flèches 5a.

Pour plus de détails on se référera maintenant à la figure 3 qui montre le cylindre 8 coupé par un plan horizontal au niveau de l'axe des vis 18 et 19, supportées par les quatre paliers 20 et reliées l'une à l'autre par les pignons 21.

L'arbre de la vis 18 est prolongé en direction du moteur 11 auquel il est accouplé directement et ce prolongement porte la roue 22 du ventilateur 3 dont la volute de sortie 24 s'ouvre vers le bas, sous la pompe. On remarque, dans l'épaisseur des parois latérales du cylindre 8, les chambres d'eau 2 qui entourent les spires et les paliers des vis 18 et 19 voisins du refoulement, où se développe le maximum de chaleur. Dans la forme d'exécution décrite ici, les spires des vis voisines de l'aspiration tournent dans une partie de cylindre qui est pourvue d'ailettes de refroidissement à l'air ambiant 25.

D'autre part la paroi du cylindre 8 est traversée au voisinage des chambres 2 par un dispositif à soupape de sécurité 26 permettant en cas de besoin, de casser le vide dans l'espace à évacuer, éventuellement en y faisant pénétrer de l'azote. La sonde de température 17 est placée immédiatement au-dessus de cette sécurité. Au cas où un échauffement exagéré se manifesterait dans la pompe, risquant de faire baisser dans les chambres 2 le niveau de la surface limite eau-vapeur, cette sonde peut soit déclencher une alarme, soit stopper le moteur ou intervenir d'une autre façon.

Le dispositif décrit présente l'avantage combiné d'une. très grande efficacité de refroidissement sous un faible volume, et d'une grande simplicité. La grande efficacité découle du fait que la chaleur est captée dans le fluide de refroidissement par le changement d'état de ce dernier. Dans le cas de l'eau on sait que la chaleur de vaporisation est de 2250 KJ/Kg et que si la pression reste voisine de la pression atmosphérique la température restera constamment à 100° C tant que toute l'eau n'est pas évaporée. Pour calculer les données du système on partira de la puissance Pm (Watt) que le moteur doit fournir. Le dégagement de chaleur provient d'une part des pertes dans le moteur et des frottements dans la pompe, et d'autre part de la compression du gaz évacué. En fait pour la chaleur Pc (Watt) à évacuer il faut compter une valeur de : Pc = 0,8 Pm Les chiffres ci-dessus permettent de calculer le débit de vapeur qui doit tre produit pour évacuer cette chaleur dans des conditions stables, et par conséquent de dimensionner les chambres 2. Pour le calcul des dimensions du condenseur et du ventilateur, on tiendra compte d'une température de l'air ambiant de 30 à 50° C.

Les essais pratiques ont montré qu'avec ces conditions le dispositif de refroidissement fonctionnait de façon parfaitement fiable tout en étant d'un encombrement beaucoup plus faible que celui d'un refroidisseur à circulation d'eau de type habituel. Le circuit de refroidissement se crée entièrement par gravité, sans que la circulation doive tre forcée. Le ventilateur du condenseur étant directement entraîné par le moteur de la pompe, aucun entraînement supplémentaire n'est nécessaire. De plus, la bonne transmission de chaleur par l'effet de la condensation permet d'utiliser un condenseur de petite taille. Ce dispositif de refroidissement s'est révélé parfaitement efficace avec des pompes du type décrit ci-dessus, dont les filets des vis présentent une conformation spécialement étudiée pour atteindre un rendement d'extraction très élevé.

Afin d'éviter d'éventuels problèmes de gel du liquide de refroidissement, lorsque les pompes sont destinées à tre utilisées dans des lieux où la température peut descendre au- dessous de 0° C, on peut utiliser comme liquide de refroidissement, un mélange de 25 % d'éthylène/glycol ou propylène/glycol et 75 % d'eau ou tout autre mélange d'eau et de liquide antigel adéquat.