Brevet FR2134413A1 — publié le 19721208

i 2134413 La présente invention concerne dans son ensemble les systèmes de réfrigération,, y compris le procédé de refroidissement des éléments de moules ainsi qu'un appareil de réfrigération ou de refroidissement. ^ L'un des procédés propres au refroidissement des éléments de matrice d'un moule se trouve décrit et revendiqué dans le brevet U.S. n° 3.127.753. Le procédé décrit dans ledit brevet implique 1'évaporation ou l'ébullition d'un réfrigérant dans des passages de refroidissement du moule ménagés dans les éléments de 10 matrice. Le gaz réfrigérant est ensuite acheminé vers un condensateur et un compresseur où le gaz est amené à se condenser sous forme liquide, puis renvoyé vers les éléments de matrice. L'un des problèmes majeurs du procédé décrit dsns le brevet susmentionné réside dans la difficulté à maintenir un refroidissement équili-jr, bré entre les éléments de matrice, du fait que le réfrigérant ou agent de refroidissement est amené à s'évaporer à l'intérieur des éléments de matrice. A moins d'avoir recours à des systèmes ' complexes de régulation de 1'écoulement* les éléments de matrice sont refroidis de façon irrégulière. Ce problème se trouve encore 20 multiplié lorsqu'on utilise plusieurs moules. L'on a également affaire à des problèmes de fuite et de contamination, lesquels entraînent des conséquences sérieuses dans un système de refroidissement par évaporation, étant donné que le compresseur du réfrigérant s'en trouve directement affecté, ce qui se traduit par des 25 performances médiocres du compresseur et par une usure rapide de ce dernier. L'une des solutions aux problèmes inhérents à un système de réfrigération à phase liquide/vapeur consiste à utiliser un agent de refroidissement liquide à basse température, du fait que les caractéristiques de transmission de la chaleur d'un agent de refroidissement liquide sont plus uniformes, ce qui permet de contrôler plus aisément les fuites. Toutefois, l'inconvénient majeur avec un système à agent de refroidissement liquide réside dans le fait que la plupart des liquides utilisés en tant qu'agents 3^ de refroidissement deviennent fortement visqueux aux basses températures . faisant montre par ailleurs de médiocres propriétés de transmission de la chaleur auxdites basses températures. L'on considère dans 1!industrie du plastique que lorsque les agents de refroidissement à l'état liquide s'établissent par exemple à des 40 températures au-dessous d'environ 1°C les frais de pompage devien 72 14274 2 2134413 nent prohibitifs, du fait de l'accroissement de la viscosité du liquide. Le procédé et l'appareil propres à la présente invention utilisent un double système de réfrigération "en boucle", dans lequel un agent de refroidissement liquide à faible viscosité 5 se trouve pompé ou aspiré à travers l'élément de matrice du moule à refroidir, le réfrigérant ayant été refroidi dans un échangeur de chaleur constituant la liaison commune entre lesdites "boucles". La deuxième boucle est de préférence constituée par un système de réfrigération à phase liquide/vapeur dans lequel le réfrigérant 10 est amené à s'évaporer à l'intérieur de 1'échangeur de chaleur commun. Le procédé et l'appareil propres à la présente invention sont aptes à maintenir des températures fonctionnelles stables dans un appareil de moulage par soufflage du plastique, 15 pouvant produire par exemple 5.000 bouteilles de plastique à 1 heure avec deux paires d'éléments de matrice coopérants. Plus est basse la température des éléments de matrice d'un moule, et plus rapide sera le refroidissement de la matière plastique en contact avec les surfaces de la matrice, permettant ainsi d'obtenir des 20 cadences de production plus élevées. En fait, un diagramme temps/ température montre que le temps de refroidissement augmente de façon exponentielle avec la température de la surface de la matrice. L'abaissement de la température du moule de + 4°C a -40°C par exemple, réduit le temps de refroidissement de 30$ approxima-25 tivement, permettant ainsi un accroissement correspondant de la cadence de production. Le procédé de refroidissement des éléments de matrice propre à la présente invention consiste à faire circuler sous pression à travers les moules un agent de refroidissement 30 à l'état fluide présentant une basse température et une faible viscosité, et dont la température est suffisamment basse que pour pouvoir maintenir un fonctionnement stable, l'agent de refroidissement à l'état fluide et de faible viscosité étant amené à passer des moules vers un échangeur'de chaleur, la température de l'a-35 gent de refroidissement à l'état fluide étant abaissée au moyen d'un deuxième agent de refroidissement, après quoi ledit deuxième agent de refroidissement est amené à s'évaporer à l'intérieur de l'échangeur de chaleur afin de transférer la chaleur absorbée par l'agent de refroidissement à faible viscosité au deuxième 40 agent de refroidissement, et enfin à acheminer ledit deuxième 72 14274 3 2134413 agent de refroidissement vers un condensateur dans lequel il est amené à se condenser et à se refroidir, étant ensuite renvoyé vers l1échangeur de chaleur en vue de son évaporation. L'appareil propre à la présente invention comporte un échangeur de chaleur qui 5 est pourvu d'un évaporateur, une première boucle de réfrigération communiquant avec l'échangeur de chaleur et les éléments de matrice du moule, une pompe étant destinée à acheminer sous pression un agent de refroidissement à l'état liquide à travers l'é-changeur de chaleur et les éléments de matrice. Par ailleurs, il 10 est pourvu à une deuxième boucle de réfrigération qui communique L avec 1'évaporateur de l1échangeur de chaleur, un condensateur étant destiné à condenser l'agent de refroidissement à l'intérieur de ladite deuxième boucle de réfrigération, cependant qu'un détendeur est destiné à vaporiser l'agent de refroidissement 15 dans ladite deuxième boucle de réfrigération, à l'intérieur de 11évaporateur. L'agent de refroidissement à faible viscosité dans la première boucle de réfrigération est amené à circuler de préférence à l'état liquide et sous pression à partir de l'é-changeur de chaleur, à travers les éléments de matrice du moule, 20 et la chaleur qu'il y absorbe est transférée à l'agent de refroidissement dans la deuxième boucle de réfrigération. Il ressort de la description qui précède que le procédé et l'appareil propres à la présente invention combinent les avantages des systèmes de réfrigération avec un agent de 25 refroidissement à l'état liquide et à l'état liquide/vapeur, évitant par ailleurs bien des inconvénients inhérents à chacun desdits systèmes. Le procédé et l'appareil de la présente invention sont également capables de maintenir une température stable dans les éléments de matrice d'un appareil de moulage, éliminant 30 le problème du refroidissement irrégulier qui est inhérent aux systèmes de réfrigération du type liquide/vapeur. Il s'ensuit que le procédé et l'appareil de la présente invention peuvent être utilisés en vue de refroidir plusieurs éléments de matrice dans un appareil de moulage à cadence de 35 production élevée. Les autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée qui suit en référence à un mode de réalisation préférentiel, le tout conjointement à la figure unique du 40 dessin ci-annexé, lequel est une vue schématique d'un mode de réa 72 14274 4 2134413 lisation de l'appareil destiné à refroidir les éléments de moule, conformément aux principes de la présente invention. propres , Le procédé et 1 appareil/a la présente invention sont destinés à refroidir les éléments de matrice d'un appareil 5 de moulage tel que celui désigné par la référence 20. Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, le système de refroidissement ou de réfrigération de la présente invention est plus particulièrement destiné au refroidissement d'un appareil de moulage à cadence de production élevée, dans lequel la température de l'agent de 10 refroidissement ou réfrigérant doit être maintenue à un niveau relativement bas afin d'obtenir la stabilité fonctionnelle du système de réfrigération. L'appareil de moulage représenté ci-contre est un appareil de moulage par soufflage du plastique de type classique, lequel peut être utilisé, par exemple, pour la 15 fabrication de bouteilles en plastique. Les demi-moules 22 et 24 reçoivent et retiennent chacun un élément de matrice 26 et 28, respectivement. Les éléments de matrice se trouvent mutuellement rapprochés et éloignés au moyen de deux pistons ou vérins 30 et 32. Il doit être bien entendu, toutefois, que le procédé et 20 l'appareil de la présente invention peuvent tout aussi bien s'appliquer au refroidissement de divers types d'appareils de moulage, n'étant nullement limités à l'appareil de moulage par soufflage décrit dans la présente invention. L'appareil propre à la présente invention comporte 25 une première boucle de réfrigération 34 qui est destinée à aspirer un agent de refroidissement à faible viscosité et à basse température à travers l'appareil de moulage 20, en vue de refroidir les éléments de matrice 26 et 28. La première boucle de l'appareil de refroidissement comporte un échangeur de chaleur 36 dans lequel 30 est installé un évaporateur 38. L'échangeur de chaleur peut être constitué par un échangeur à calandre du type classique dans lequel la température de l'agent de refroidissement à faible viscosité est abaissée de -45°C à -50°C. Il peut s'avérer préférable, afin d'améliorer les caractéristiques de transmission de la cha-35 leur, d'utiliser un échangeur de chaleur pourvu d'un tube à ailettes. L'agent de refroidissement est transféré de 1'échangeur de chaleur vers l'appareil de moulage 20 par l'intermédiaire de la conduite 40 et des conduites d'admission du réfrigérant 42. Les éléments de matrice 26 et 28 peuvent être munis soit de canaux de refroidissement, ainsi qu'il est décrit dans le brevet U.S. sus 72 14274 5 2134413 mentionné, soit de plusieurs déflecteurs disposés à la surface postérieure de 1!élément de matrice, à l'opposé des surfaces de contact^ en vue d'obtenir les caractéristiques requises de transmission de la chaleur. L'agent de refroidissement est évacué hors ^ de l'appareil de moulage par l'intermédiaire des conduites d'évacuation 44. Dans le mode de réalisation en question* il est pourvu à deux sections de tuyauterie en forme de soufflet 46 en vue de permettre l'ouverture et la fermeture des demi-moules 22 et 24. L'agent de refroidissement est ensuite renvoyé vers la pompe 54 10 par l'intermédiaire des conduites 48, 50 et 52, à partir de laquelle ledit agent de refroidissement est recyclé vers 1*échangeur de chaleur 36. La pompe peut être constituée par une pompe centrifuge ou analogue du type classique, couramment disponible sur le marché. Il est fait appel à un réservoir de secours 56 qui est destiné à compenser toute perte de l'agent de refroidissement dans le système, le remplissage s'effectuant par l'intermédiaire de la conduite 58, cependant qu'une conduite de purge 64 est destinée à opérer .la vidange du système. Ladite conduite de purge peut être équipée d'un robinet manuel 62 et d'un réservoir 66. 20 L'agent de refroidissement à faible viscosité pour la première boucle de l'appareil de réfrigération décrit sur la fig. 1 -pe'Jit être avantageusement constitué par le "Réfrigérant 11" lequel répond à la Norme 34-66 de la "American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers". La formule chimique 25 du "Réfrigérant 11" est la suivante : CCl-^F, étant commercialisée par la Société "Du Pont de Nemours Corporation" sous la" marque déposée de "Fréon". Ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, l'agent de refroidissement utilisé dans la première boucle de réfrigération est constitué de préférence par un agent à faible viscosité, ■jq lequel est apte à être aspiré à travers le système aux basses températures requises. En outre, dans le mode de réalisation préférentiel de la présente invention, l'agent de refroidissement est aspiré à travers la première boucle de réfrigération-34 à l'état liquide et, par conséquent, la température doit être mainte-35 nue au-dessous de la température de vaporisation de l'agent de refroidissement, à la pression établie dans les conduites de fluide. L'agent de refroidissement à faible viscosité peut être caractérisé comme étant un agent liquide présentant une viscosité avoisinant 1 centipoise à la température de fonctionnement. C'est 40 ainsi, par exemple,~que le "Réfrigérant 11" a une viscosité de 72 14274 6 2134413 Os9 centipoise à -40°C. Il doit être bien entendu, toutefois, que n'importe quel agent de refroidissement ayant les caractéristiques voulues peut être utilisé dans l'appareil de refroidissement de la présente invention. 5 La deuxième boucle de réfrigération 68 de l'appa reil de refroidissement du moule de la présente invention est destiné à abaisser la température de l'agent de refroidissement dans la première boucle de réfrigération 34, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus. La vapeur de l'agent de refroidissement émanant 10 du serpentin évaporateur 38 est utilisée dans l1échangeur de chaleur 70 de la conduite d'aspiration afin de refroidir l'agent de refroidissement à l'état liquide arrivant par l'intermédiaire de la conduite 118, ainsi qu'il sera décrit ci-après. La vapeur de l'agent de refroidissement est amenée dans 1'échangeur de 15 chaleur 70 de la conduite d'aspiration par l'intermédiaire de la conduite 72. L'échangeur de chaleur 70 communique avec un filtre 74 par l'intermédiaire de la conduite'76. Le filtre 7^ peut être constitué par un filtre de vapeur du type classique, étant destiné à filtrer les matières étrangères dans la vapeur, y compris 20 la poussière et autres déchets en provenance des échangeurs de chaleur 36 et 70. Le filtre communique avec un compresseur à deux étages 78 par l'intermédiaire de la conduite 80. Le compresseur à deux étages illustré sur la figure unique du dessin ci-annexé est constitué par un compresseur de réfrigération de type 25 classique, lequel est destiné à accroître suffisamment la pression de la vapeur de l'agent de refroidissement que pour permettre la condensation de la vapeur à -une phase ultérieure. Le compresseur comporte un premier étage 82 qui communique avec le deuxième étage 84 par l'intermédiaire de la conduite 86. Un arbre 30 de commande commun 88 est disposé entre les deux étages du compresseur. Un séparateur à huile 90 est disposé dans la deuxième boucle en vue d'éliminer toute partie d'huile reçue par l'intermédiaire de la conduite 92 en provenance du deuxième étage 84 du compresseur. Dans ledit mode de réalisation, il est pourvu à un 35 dispositif de réglage de surpression 94, lequel est tout simplement constitué par un clapet d'arrêt ou registre de vapeur, étant destiné à arrêter le fonctionnement du compresseur au cas où la pression s'exerçant dans le système se trouve accrue au-delà d'une limite prédéterminée. Une conduite de retour d'huile 96 est dispo-4o sée entrgle séparateur à huile et le deuxième étage 84 du com 72 14274 7 2134413 presseur. Il doit être bien entendu que le séparateur à huile 90 peut être constitué par n'importe quel type classique de sépa-teur à huile. Un condensateur 98 communique avec le séparateur à huile 90 par l'intermédiaire de la conduite 100, l'agent de refroidissement à l'état de vapeur y étant condensé à l'état liquide, La température de l'agent de refroidissement liquide sortant du condensateur s'établit généralement entre 25°C et 30°C approximativement. L'accroissement de la température est évidem-ment provoqué par l'accroissement de la pression. L'agent de refroidissement à l'état fluide est ensuite recueilli dans un sous-refroïdisseur 102, via la conduite 106. Le sous-refroidisseur peut être constitué par un échangeur de chaleur du type à calandre comportant un évaporateur 104. Dans ledit mode de réalisation, une ^r- partie de l'agent de refroidissement à l'état fluide se trouve acheminée par l'intermédiaire de la conduite 108 et vaporisée par le détendeur thermostatique 110 dans 1'évaporateur 104. Une soupape 112 règle le volume du fluide acheminé par l'intermédiaire de la conduite 108, afin de maintenir la température requise de 20 11 agent de refroidissement à l'état fluide sortant du sous-refroidisseur par l'intermédiaire de la conduite 118. Ladite soupape .112 peut être constituée par une soupape électromagnétique du type tout-ou-rien, laquelle est susceptible d'être commandée manuellement pour maintenir la température de l'agent de refroidis-pr} sement liquïde dans des limites prédéterminées. Alternativement, l'on peut avoir recours à une soupape électromagnétique automatique comportant un dispositif de commande à thermocouple, qui règle le débit de l'agent de refroidissement à l'état liquide à travers la conduite 108 afin de maintenir une température prédéterminée de jq l'agent de refroidissement quittant le sous-refroidisseur 102. La conduite 114 communique avec 1'évaporateur 104 dans le sous-refroidisseur 102, renvoyant la vapeur réfrigérante vers le premier étage 82 du compresseur. L'agent de refroidissement à l'état liquide dans la conduite 118 est refroidi encore par 1'échangeur de chaleur 70 de la conduite d'aspiration, où la vapeur en provenance de l'échangeur de chaleur 36 qui présente une température de l'ordre de -45°C à -50°C est soumise à un phénomène d'échange de chaleur avec l'agent de refroidissement à l'état liquide. L'échangeur de chaleur 70 de la 2iq conduite d'aspiration peut être également constitué par un échan- 72 14274 2134413 geur de chaleur du type classique à calandre, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus. Finalement, l'agent de refroidissement à l'état liquide dont la température est maintenant de l'ordre de -17°C se trouve vaporisé dans le serpentin évaporateur 38 de l'échangeur 5 de chaleur par le détendeur thermostatique 120, par l'intermédiaire de la conduite 124. Une soupape 122 est destinée à régler le débit d'écoulement de l'agent de refroidissement à l'état liquide, afin de maintenir ce dernier à une température prédéterminée dans la première boucle de réfrigération, ainsi qu'il a été Xo décrit ci-dessus. Les détendeurs thermostatiques 120 et 110 peuvent être constitués par des détendeurs de type classique propres aux systèmes de réfrigération, lesquels sont disponibles sur le marché. La soupape 122 peut être constituée par une soupape électromagnétique actionnée manuellement, comme la soupape 112 décrite 15 ci-dessus, ou encore une soupape électromagnétique du type automatique . Un agent approprié pour, la deuxième boucle 68 de l'appareil de refroidissement propre à la présente invention est le "Réfrigérant 502", lequel est également normalisé par la "Ameri-20 can Society of Heating, Refrigerating and Air conditioning Engineers", étant commercialisé par la Société Du Pont de Nemours Corporation" sous la marque déposée de "Fréon". Les éléments individuels de l'appareil de refroidissement du moule de la présente invention, y compris le compresseur, les échangeurs de cha-25 leur, les soupapes, le condensateur, le séparateur à huile, le filtre, la pompe et autres dispositifs n'ont pas été décrits ici de façon détaillée, étant donné qu'ils sont bien connus dans la technique et immédiatement disponibles sur le marché. L'on peut également se reporter utilement au brevet U.S. susmentionné. Par 30 ailleurs aucune revendication du présent brevet ne porte sur des détails de construction particuliers desdits éléments. Le procédé de refroidissement continu des éléments de matrice 26 et 28 peut être inféré de la description qui précède sur l'appareil de refroidissement du moule. En bref, ledit 35 procédé consiste à faire circuler sous pression un agent de refroidissement à l'état fluide et à faible viscosité, tel que le "Réfrigérant 11", à travers les demi-moules 22 et 24 à une température suffisamment basse que pour pouvoir maintenir la température de refroidissement des moules. Dans le mode de réalisa-40 tion de l'appareil décrit ci-dessus, la température de l'agent de 72 14274 9 2134413 refroidissement à l'état fluide peut se situer entre -40°C et -45°C, mais il doit être bien entendu que la température idéale est fonction du type d'appareil de moulage utilisé et de la cadence de fabrication. L'agent de refroidissement à l'état liquide 5 contenu dans la première boucle de réfrigération 34 est ensuite acheminé vers l'échangeur de chaleur 36 où sa température se trouve abaissée par l'agent de refroidissement contenu dans la deuxième boucle de réfrigération 68. L'agent de refroidissement dans la deuxième boucle est amené à s'évaporer dans le serpen-10 tin d'évaporation ou évaporateur 38 disposé dans 1'échangeur de chaleur 36, transmettant la chaleur absorbée par l'agent de refroidissement à l'état fluide et à faible viscosité contenu dans la première boucle à l'agent de refroidissemen^ontenu dans la deuxième boucle. Finalement, la vapeur réfrigérante de la deuxième 15 boucle est dirigée vers le compresseur 78 et le condensateur 98 où elle se trouve condensée et refroidie, puis remise en circulation vers l'échangeur de chaleur 36. Dans le mode de réalisation décrit, l'agent de refroidissement à l'état liquide dans la deuxième boucle de réfrigération est également refroidi par étapes 20 dans le sous-refroidisseur 102 et l'échangeur de chaleur 70 de la conduite d'aspiration. Il doit être bien entendu que le procédé de refroidissement continu des éléments de matrice 26 et 28 de la présente invention ne requiert pas spécifiquement un système de 25 réfrigération à phase liquide/vapeur, tel que celui représenté par la deuxième boucle de réfrigération 68 sur le dessin ci-annexé. Le mode de réalisation en question illustre un système de réfrigération capable de refroidir l'agent de refroidissement liquide dans la première boucle 34 à une température suffisamment 30 basse que pour pouvoir maintenir la stabilité de la température de l'appareil de moulage susmentionné. En conséquence, l'on peut fort bien utiliser d'autres systèmes de réfrigération appropriés, ceci étant fonction des conditions requises de température du système. 72 14274 10 2134413 REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement continu des éléments de moule soumis à l'action d'un produit à l'état chaud, caractérisé par le fait (a) qu'on fait circuler sous pression 5 un premier agent de refroidissement à l'état fluide présentant une basse température et une faible viscosité en contact de transmission de la chaleur avec lesdits éléments de moule, et ce à une température suffisamment basse que pour pouvoir maintenir la température de refroidissement des moules, Çb) qu'on achemine 10 ledit premier agent de refroidissement desdits éléments de moule vers un échangeur de chaleur oîi la température de l'agent de refroidissement à l'état fluide se trouve abaissée par un deuxième agent de refroidissement, (c) qu'on opère 1'évaporation dudit deuxième agent de refroidissement à l'intérieur de l'échan-15 geur de chaleur et qu'on transfère la chaleur absorbée par ledit premier agent de refroidissement à partir desdits éléments de moule vers ledit deuxième agent de refroidissement, et finalement (d) qu'on achemine la vapeur dudit deuxième agent de refroidissement où elle se trouve condensée et refroidie, puis remise 20 en circulation vers 1'échangeur de chaleur précité. 2. Appareil propre au refroidissement continu des éléments de moule destinés à façonner des articles à partir de matières plastiques à l'état chaud, caractérisé par le fait qu'il comporte un échangeur de chaleur dans lequel est disposé 25 un évaporateur, une première boucle de réfrigération communiquant avec ledit échangeur de chaleur et lesdits éléments de moule, et un dispositif de pompage destiné à faire circuler sous pression l'agent de refroidissement à l'état fluide à travers ledit échangeur de chaleur et vers lesdits éléments de moule, 30 ainsi qu'une deuxième boucle de réfrigération communiquant avec ledit échangeur de chaleur, un condensateur destiné à condenser l'agent de refroidissement à l'intérieur de ladite deuxième boucle de réfrigération et un détendeur destiné à vaporiser l'agent de refroidissement à l'intérieur dudit évaporateur, 35 moyennant quoi l'agent de refroidissement contenu dans ladite première boucle de réfrigération se trouve acheminé sous pression et à l'état fluide à partir dudit échangeur de chaleur en vue de refroidir lesdits éléments de moule, la chaleur ainsi absorbée étant transmise audit deuxième agent de refroidissement 40 contenu dans ladite deuxième boucle de réfrigération. 72 14274 ii 2134413 3* Procédé de refroidissement continu des éléments de moule soumis à l'action d'un produit à l'état chaud, caractérisé par le fait (a) qu'on fait circuler sous pression un premier agent de refroidissement à l'état fluide présentant 5 une basse température et une faible viscosité en contact de transfert de chaleur avec lesdits éléments de moule, et ce à une température suffisamment basse que pour pouvoir maintenir la température de refroidissement des moules, (b) qu'on achemine ledit premier agent de refroidissement à partir desdits éléments 10 de moule vers un échangeur de chaleur, et finalement Çc) qu'on fait circuler un deuxième agent de refroidissement à travers ledit échangeur de chaleur en vue de transmettre la chaleur absorbée par ledit premier agent de refroidissement dans lesdits éléments de meule vers ledit deuxième agent de refroidissement.