Brevet FR2005835A1 — publié le 19691219

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement de moules à l'aide d'un réfrigérant passant par des cavités de refroidissement des moules. On connait des procédés de refroidissement de moules suivant lesquels la chaleur du moule est dissipée par une circulation d'eau, d'huile ou d'un autre liquide. Le liquide s'échauffe par conduction thermique lors du contact avec la surface métallique du moule, qui se trouve à une température plus élevée, et retourne par suite au réservoir à une plus haute température. La chaleur du liquide en circulation est de nouveau dissipée à l'aide d'un radiateur et la température de l'ensemble du système est ainsi maintenue constante. 11 inconvénient de ce procédé connu réside dans le fait que le pouvoir de transmission thermique dans les petits canaux de refroidissement du moule est très faible en raison de la différence de température, que l'on désire maintenir faible, entre le moule et le liquide de refroidissement. Le pouvoir de transmission ne peut, en outre, store accru que dans une mesure très limitée par l'augmentation de la vitesse d'écoulement du liquide. Un agrandissement des surfaces de refroidissement à l'intérieur du moule 'est généralement pas possible pour des raisons de construction du moule. Il est, en outre, connu d'abaisser la température de l'eau circulant dans des moules à l'aide d'installations frigorifiques. Les frais d'acquisition et de fonctionnement de ces installations sont cependant très élevés, de sorte que ce procédé connu peut seulement #tre appliqué dans une mesure limitée. En outre, une température très basse de la surface du moule provoque des tensions internes importantes lors de la solidification de la matière plastique introduite sous pression par exemple. On constate également des surfaces d'une qualité médiocre, la formation de bavures aux joints et de parties poreuses. Enfin, la couche extérieure se rétrécit pendant le refroidissement et la solidification et elle se détache en partie de la surface du moule, de sorte que la transmission de chaleur est diminuée et que le temps de refroidis sement de la pièce moulée est augmenté. Le but de l'invention est de créer un procédé et un dispositif qui évitent les inconvénients des dispositifs connus0 Le procédé selon l'invention est dérivé du procédé mentionne en premier et il est caractérisé en ce que le réfrigérant dans les cavités de refroidissement se trouve sous une pression qui est inférieure à la pression atmosphérique et est, au moins en partie, vaporisé. Un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procédé se caractérise en ce qu'une pompe à vide comportant un régulateur est disposée dans le circuit du réfrigérant et que son régulateur peut etre commandé par un thermomètre plongeant dans le réfrigé rant. B'invention apporte l'avantage important que l'on peut utiliser des organes mécaniques simples et d'un fonctionnement str et le réfrigérant le meilleur marché possible, c'est-à-dire l'eau. Le refroidissement peut être effectué dans une gamme de températures allant d'environ 5 à environ 9800 en utilisant de l'eau comme réfrigérant. On peut obtenir un rendement très élevé dans le refroidissement des moules en raison de l'utilisation de la chaleur dtévaporation de l'eau, qui est un multiple de la chaleur perceptible. Il est particulièrement avantageux de maintenir l'eau de refroidissement à une température qui est seulement de quelques degrés inférieure à la température d'ébullition de l'eau, cette température d'ébullition étant déterminée par le vide régnant dans le circuit. On obtient de cette manière un fonctionnement sflr de l'installation à l'état liquide, on évite une destruction prématurée de la pompe à eau par cavitation, et un réglage simple et correct de la température est rendu possible. Un autre avantage important de l'invention réside dans l'ut i- lisation du coefficient de conductibilité calorifique qui est plusieurs fois plus élevé à l'état d'ébullition de liteau. Le point d'ébullition de l'eau est abaissé #usqu'à une valeur qui dépasse de quelques degrés la température de refroidissement du moule par l'abaissement de la pression dans la phase vapeur de l'eau en circulation. Lorsque l'eau, dont le point d'ébullition a été abaissé, passe par les canaux du moule qui se trouve à une température plus élevée, elle commence à s'évaporer partiellement lors du dépassement de la température d'ébullition, de sorte que la chaleur est rapidement éliminée par la vapeur.Une augmentation sensible de la température du moule ne peut pas dtre constatée. Par contre, en utilisant les procédés connus de refroidissement par circulation d'eau, on-peut mesurer périodiquement des augmentations de température de 230C et davantage sur les faces intérieures des canaux de refroidissement après l'injection de la matière plastique liquide. Le temps de refroidissement est considérablement augmenté par cette élévation de la température du moule. L'eau en circulation remplit plusieurs fonctions dans le procédé selon l'invention. Elle maintient la phase liquide dans les canaux de refroidissement du moule, de sorte que les surfaces de refroidissement restent actives. Elle transporte en outre les bulles de vapeur rapidement dans le réservoir. Le pouvoir de refroidissement du moule est considérablement augmenté en raison de l'élimination rapide de grandes quantités de chaleur. Le temps de refroidissement d'une pièce moulée déterminée avec les procédés connus est par exemple raccourci de 30 à 60%, de sorte que la capacité de la machine de fabrication, qui dépend du temps de refroidissement, est augmentée dans une mesure correspondante. De vieux moules qui ne sont plus utilisés parce qu'ils ne peuvent pas être refroidis suffisamment en raison des passages de refroidissement d'un trop faible diamètre, peuvent etre remis en service de façon rentable en appliquant le procédé selon l'invention. L'invention permet en outre un réglage précis de la température d'ébullition de l'eau au moyen du réglage du vide. Un vide de 98% correspond, par exemple, à une température d'ébullition de 17 OC, un vide de 96% à une température d'ébullition de 28,600 et un vide de 80 à une température d'ébullition de 6000. L'utilisation des moules est également rentable à des tempé ratures élevées, en raison du bon rendement de refroidissement. Les pièces moulées présentent par suite des tensions internes plus faibles, les surfaces sont d'une meilleure qualité lorsqutil s'agit d'un moulage sous pression par exemple, et les tolérances des pièces finies peuvent être maintenues dans des limites plus étroites en raison de la diminution des variations de la température à la surface du moule, sans que le temps de fabrication soit augmenté. L'invention apporte, en outre, l'avantage que de faibles défauts d'étanchéité ne conduisent pas à un arrtt de l'installa tion en raison du vide régnant dans le système. De telles fuites entrainent seulement une diminution du rendement de la pompe à vide, étant donné que l'air parasite doit titre évacué en plus. Enfin, l'utilisation de l'importante chaleur d'évaporation de l'eau réduit la consommation d1eau à une fraction de la quantité d'eau consommée par un système classique pour une quantité de chaleur éliminée identique. Par exemple, un kilogramme d'eau d'une température de 4500 élimine environ 570 kilocalories lors de l'é- vaporation dans un volume de 14,95 m ; la même quantité d'eau est chauffée dans le cas le plus favorable d'environ 1000 dans les installations connues et elle élimine par suite une quantité de chaleur qui s'élève à environ 10 kilocalories seulement par kilogramme d'eau. Cette très faible consommation d'eau permet une décharge directe de la quantité d'eau de refroidissement nécessaire par la pompe à vide et la compensation de la perte dteau du système de refroidissement par de l'eau friche lorsqu'il s'agit de petites installations. Cette décharge directe de l'eau est dans ce cas acceptable du-point de vue économique, d'autant plus que l'installation nécessaire est très simple. La vapeur d'eau produite dans les installations importantes peut être condensée de façon connue dans des condenseurs et être ramenée dans le système de refroidissement. Le condenseur produit un vide lors de la condensation de la vapeur, de sorte que la consommation d'énergie de la pompe à vide est diminuée Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprend un réservoir pour le réfrigérant, une pompe pour la circulation du réfrigérant- à travers le moule, un élément chauffant monté dans le réservoir, un radiateur de refroidissement, un régulateur du niveau d'eau et une soupape d'admission d'eau fraiche permettant de maintenir le niveau d'eau dans le réservoir à une valeur constante.Le circuit d'eau est étanche au vide et l'eau est pompée à une grande vitesse à travers tous les canaux de refroidissement. La partie supérieure du réservoir comporte une pompe à vide permettant l'aspiration de vapeur d'eau et d'air parasite qui sont refoulés à l'extérieur. La pompe à vide est équipée d'un régulateur de vide qui peut être ajusté de façon continue de I1 extérieur ainsi que dtinstruments d'indication appropriés. Le régulateur de vide reçoit des impulsions de réglage supplémentaires depuis le thermomètre de réglage de la température du liquide se trouvant dans le réservoir. Ces impulsions sont utilisées par le régulateur de vide de façon que la température d'ébullition de l'eau en circulation soit toujours de quelques degrés supérieure à la température d 'utilisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description suivante et du dessin annexé dont la figure unique est une représentation schématique du dispositif selon l'invention. L'installation comprend un réservoir 1 étanche au vide, un élément chauffant 2, un radiateur de refroidissement 3 et une pompe 4. L'eau de refroidissement est pompée de façon connue à travers le moule 6 devant être refroidi et ramenée ensuite dans le réservoir 1. Le moule 6 peut être chauffé avant le dabut du moulage à l'aide du liquide de refroidissement, ayant été chauffé par l'élé meatchauffant 2. Le moule est porté à une température plus éle vée par la matière plastique liquide après le début des opérations de moulage, de sorte que le réfrigérant est é#hauffé. L'eau de refroidissement est ramenée au réservoir 1 et est refroidie par le radiateur 3. Un thermomètre de réglage 5 plongeant dans l'eau de refroidissement commande l'élément chauffant 2 par les conducteurs 14 ou le radiateur 3 par les conducteurs 16, suivant les besoins.Une soupape d'admission 10 reçoit des impulsions de commande depuis un régulateur au niveau d'eau 7 par des conducteurs 18 de sorte que le niveau d'eau dans le réservoir 1 est maintenu constant. selon l'invention, le circuit d'eau comporte une pompe à vide 8 équipée d'un régulateur de vide 12 pour la production et le maintien d'un vide déterminé. La pompe à vide 8 est montée sur le couvercle du réservoir 1 et sa buse d'aspiration se trouve à l'intérieur de ce réservoir. La température d'ébullition de l'eau de refroidissement peut être abaissée à une valeur déterminée à l'aide du vide produit par la pompe 8. Le thermomètre 5 servant au réglage de la température de l'eau de refroidissement commande également le régulateur de vide-12 par les conducteurs 20 de façon que la température de l'eau de refroidissement soit toujours de quelques degrés plus élevée que-la température de liteau en circulation. Un exemple du fonctionnement de l'installation selon l'invention est indique, ci-après : lia pompe 4 fait circuler de l'eau 250C sous un vide de 96fui. L'élément chauffant 2 et le radiateur ) assurent une température constante de 25oc. Alors de l'introduction d'une quantité de matière plastique chaude dans le moule 6, celui-ci prend immédiatement la température de cette matière et transmet la chaleur aux passages de refroidissement. La température sur les faces intérieures de ces derniers est théoriquement de 4800. L'eau entre, cependant, en ébullition à 28,60a sous le vide de 96% qui avait été ajusté. Une partie de l'eau amenée s'évapore lorsque cette température est dépassée dans les canaux de refroidissement du moule 6. Environ 580 kilocalories sont prélevées des surfaces plus chaudes des passages de refroidissement par kilogramme d'eau évaporée. Le coefficient de conductibilité calorifique dans la zone d'ébullition de l'eau est d'environ 4 à 20 fois plus élevé par 2 cm, de surface des passages de refroidissement en comparaison avec l'eau utilisée de façon classique. La capacité frigorifique des passages de refroidissement augmente du même coefficient par l'application du vide, alors que la température superficielle reste pratiquement constante. La vapeur produite est expulsée des passages de refroidissement par 11 eau refoulée par la pompe et cette vapeur est aspirée dans le réservoir 1 par la pompe à vide 8, de sorte que le vide, donc également la faible température d'ébullition, sont maintenus, La pompe à vide 8 peut expulser la vapeur à l'estérieur par une conduite 9. La pompe est déchargée par le régulateur de vide 12 au moyen d'un couplage approprié après le refroidissement du moule. Le régulateur du niveau d1eau 7 commande la soupape d'ad mission 10 de sorte que la quantité d'eau manquante est remplacée par de 11 eau fratche. L'état initial de l'installation est ainsi rétabli.Le système' décrit peut cependant être utilisé aussi de la mdme façon, pour un refroidissement continua La vapeur aspirée dans le réservoir I par la pompe 8 peut également etre amenée par la conduite 9 à un condenseur 22 dans lequel la vapeur est condensée. L'eau de condensation retourne depuis le condenseur 22 dans le réservoir 1. En appliquant le procédé et le dispositif selon l'invention, on obtient un raccourcissement du temps de refroidissement actuel d'une pièce moulée, qui est compris entre 30 et 60% environ. Le dispositif de refroidissement selon l'invention est d'une conformation simple et d'un fonctionnement efficace, les frais d'utilisation sont faibles et la température reste parfaitement constante. Le dispositif peut également être utilisé sans difficultés pour des moules ayant des températures plus élevées. L'installation peut être utilisée, par exemples pour le refroidissement de moules destinés au moulage sous pression, à l'emboutissage et au moulage par soufflage, au refroidissement de cylindres et d'outils d'extrudeuses, de cylindres de refroidissement, ainsi qutau refroidissement de demi-produits enn#tioe'#i-:i. REVENDICATIONS 10) Procédé de refroidissement d'un moule au moyen d'un ré- frigérant traversant des cavités de refroidissement du moule, caractérisé on ce que le réfrigérant dans les cavités de refroidis serment du moule est sous une pression qui est inférieure à la pression atmosphérique et est, au moins en partie, vaporisé. 20) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réfrigérant circule dans un circuit de refroidissement ferté, a la vapeur du réfrigérant, produite dans le moule, est au moins partiellement retirée du circuit de refroidissement, et la perte de réfrigérant est compensée par une amenée de réfrigérant frais. 30) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réfrigérant circule dans un circuit de refroidissement fermé, la vapeur du réfrigérant, produite dans le ioule, est condensée et l'eau condensée est de nouveau introduite dans le circuit de refroidissement. 40) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réfrigérant est maintenu à une température qui est seulement peu inférieure à la température d'ébullition de l'eau de refroidissement, cette température d'ébullition étant déterminée par un vide réglable. 5 ) dispositif pour la misé en oeuvre du procédé selon l'an. des revendications 1à 4 et comportant un réservoir à réfrigérant à travers le moule, un élément chauffant et un radiateur de refroidissement caractérisé on ce qu'une pompe à vide, équipée d0wi' régulateur de vide, est monté. dans le circuit de refroidissement, ce régulateur pouvant dtre commandé par un thermomètre plongeant dans le réfrigérant contenu dans le réservoir. 60) Dispositif selon la revendication 5,#caractérisé en ce que le thermomètre commande non seulement le régulateur de vide, mais également l'élément chauffant et le radiateur de refroidis sement.