Brevet FR2556083A1 — publié le 19850607

L'invention concerne une machine perfection- née de chauffage d'un article ou produit par conden- sation de vapeur sur celui-ci. On connaît par le brevet français 2 243 045, une machine pour chauffer un article à une température élevée, par exemple en vue de le soumettre à des opéra- tions de soudure ou brasure, par condensation de vapeur d'un liquide à haut point d'ébullition sur celui-ci, qui comprend une enceinte ouverte à l'atmosphère et propre à contenir un liquide primaire ayant un point d'ébullition qui soit au moins égal à ladite tempéra- ture élevée; des moyens de chauffage proches de l'extrémité inférieure de l'enceinte et propres à mettre en ébullition le liquide primaire pour produire de la vapeur primaire, des moyens de condensation primaires à une premiere hauteur au-dessus du fond de l'enceinte et propres à condenser la vapeur primaire en liquide primaire à la première hauteur; des moyens collecteurs de condensat primaires associés aux moyens de condensation primaires et propres à collecter la vapeur primaire condensée qui en provient; un premier conduit faisant communiquer les moyens collecteurs de condensat primaires et la partie inférieure de l'en- ceinte et propre à transporter de la vapeur primaire condensée des moyens collecteurs de condensat primai- res vers la partie inférieure de l'enceinte; des moyens pour établir une masse de vapeur secondaire dans l'enceinte au-dessus de la vapeur primaire; des moyens de condensation secondaires à une seconde hau- teur au-dessus de la première hauteur et propres à condenser la vapeur secondaire en liquide secondaire à la seconde hauteur, des moyens collecteurs de condensat secondaires associés aux moyens de conden- sation secondaires et propres à recueillir la vapeur condensée secondaire qui provient de ceux-ci; et un second conduit assurant une communication entre les moyens /collecteurs de condensat secondaires et les moyens collecteurs de condensat primaires, et propres à transporter la vapeur secondaire condensée des moyens collecteurs de condensat secondaires aux moyens collec- teurs de condensat primaires. Cette machine est d'un fonctionnement assez satisfaisant. Toutefois, les exigences toujours gran- dissantes des industriels, font qu'il existe un besoin pour une machine améliorée. L'invention se propose donc de fournir une machine de chauffage d'un article ou produit par condensation de vapeur sur celui-ci, qui, du fait de sa conception originale, permet notamment: de supprimer les variations thermiques inhérentes aux machines actuellement disponibles sur le marché; de contrôler le cycle thermique avec préci- sion; d'utiliser les propriétés physiques de la vapeur, notamment sa densité élevée; d'employer des mélanges de liquides à points d'ébullition différents; facultativement, de nettoyer avec le maximum d'efficacité, le produit ou l'article après un traitement. L'invention concerne une machine perfection- née de chauffage d'un article ou produit à une tempé- rature élevée par condensation de vapeur sur celui-ci, qui comprend: une chambre de chauffage de l'article ou produit à chauffer, cette chambre étant propre à recevoir une vapeur de liquide primaire ayant un point d'ébullition qui soit au moins égal à ladite tempé- rature élevée; au moins un passage débouchant dans ladite chambre pour l'amenée et l'évacuation dudit article ou produit à chauffer; des moyens de déplacement de l'article ou produit à chauffer de l'entrée à la sortie de la machine; des moyens de chauffage propres à porter à l'ébullition un liquide primaire contenu dans un bouilleur et à produire de la vapeur primaire destinée à être envoyée dans ladite chambre; des moyens de condensation primaires, pro- pres à condenser la vapeur primaire en liquide pri- maire; des moyens collecteurs de condensat pri- maires propres à collecter la vapeur primaire conden- sée et à la renvoyer au bouilleur; des moyens pour établir dans ledit passage une masse de vapeur d'un liquide secondaire ayant un point d'ébullition moindre que celui du liquide pri- maire, ladite masse remplissant complètement un tron- çon dudit passage; des moyens de condensation secondaires, propres à condenser la vapeur secondaire en liquide secondaire; des moyens collecteurs secondaires, propres à collecter le condensat de vapeur secondaire et à le recycler vers les moyens d'établissement de la masse de vapeur secondaire, caractérisé en ce que le bouilleur est distinct de la chambre de chauffage, au moins un conduit reliant les moyens collecteurs de condensat primaires à la partie du bouilleur conte- nant le liquide primaire et un autre conduit reliant l'espace des vapeurs du bouilleur à la partie supé- rieure de la chambre de chauffage de façon que la vapeur primaire arrive dans ladite chambre au-dessus du plan de travail défini par les moyens de déplace- ment et suive un trajet généralement descendant avant d'être condensée de nouveau. S6083 Ceci contraste avec les machines traditionnel- les dans lesquelles la vapeur primaire arrive par en dessous du plan de travail et suit un trajet ascendant avant d'être renvoyée au bouilleur. Facultativement, mais de préférence, la machine comprend en outre, des moyens de lavage prévus au-delà des moyens de condensation secondaires et permettant de laver les pièces ou produits traités avant ou à leur sor- tie de la machine, pendant qu'ils sont encore chauds, ce qui facilite notablement leur lavage et économise de l'é- nergie. De préférence également, la machine comprend des moyens de contrble de la température d'ébullition du liquide primaire, coopérant avec des moyens permettant l'introduction dans le bouilleur, lorsque cela s'avère nécessaire, d'un complément du constituant le plus volatil du liquide primaire, lorsque celui-ci est constitué d'un mélange de deux constituants à points d'ébullition diffé- rents, afin de corriger toute variation excessive du point d'ébullition du mélange. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, fera bien comprendre l'invention. La figure est une vue schématique, en coupe longitudinale, illustrant un mode de réalisation de l'in- vention. Sur la figure est représentée une machine selon l'invention du type dit "en ligne". Cette machine comprend un tunnel 1 parcouru par une grille transporteuse sans fin 2, par exemple en acier inoxydable. Le long du tunnel sont réparties six chambres 10, 20, 30, 40, 50 et 60 espacées. La grille 2 sert à convoyer les articles ou produits 3 à chauffer dans la machine et est entratnée par un 6083 moteur à vitesse variable (non représenté). Les articles ou produits entrent en 4 (entrée) et sortent en 5 (sortie). Au voisinage de la partie médiane du tunnel se trouve la chambre de chauffage 30. De part et d'autre de la chambre 30 se trouvent des chambres 20 et 40 de vaporisation du liquide secondaire et de condensation complémentaire de la vapeur primaire. En amont de la chambre 20 et en aval de la chambre 40, se trouvent des chambres 10 et 50 de condensation de la vapeur secondaire. En aval de la chambre 50, se trouve la chambre de lavage 60. La chambre de chauffage 30 comprend un calorifugeage 31 sur la plus grande partie de sa surface sauf à sa partie inférieure, en forme de V, qui est au contraire refroidie par des éléments réfrigérants 32 tels que des tubes parcourus par une circulation dunr fluide de refroidissement. La partie supérieure de la chambre 30 est reliée à l'espace des vapeurs d'un bouilleur 33 par une tubulure calo- rifugée 34 tandis que la partie inférieure de la chambre 30 est reliée par des conduits 35, 36 et 37 à la partie inférieure du bouilleur contenant le liquide primaire 38, un filtre 39 étant interposé sur le conduit 37 en amont du bouilleur afin d'1lie miner les particules solides provenant des articles ou produits traités et ayant pu être entraînées par la vapeur primaire condensée. Le chauffage du bouilleur est assureé, d'une part, par un bain-marie constitué d'un fluide calo- porteur 41 dans lequel sont immergés des éléments chauffants 43, et, d'autre part, par des éléments chauffants 44 immergés directement dans le liquide primaire, ces derniers n'étant mis en action que dans le cas d'une demande importante en vapeur pri- maire, par exemple lorsqu'une grosse charge d'articles S6083 ou de produits sont à traiter. Les chambres 20 et 40 qui flanquent la chambre comportent d'une part, à leur partie inférieure, des éléments chauffants 22, 42 respectivement, contri- buant à assurer la vaporisation de la vapeur secon- daire, et, d'autre part, à leur partie supérieure des injecteurs de liquide secondaires 25 et 45, respective- ment, constitués chacun d'une buse pulvérisatrice, la température des éléments 22 et 42 étant toutefois inférieure au point d'ébullition du liquide primaire afin de condenser la vapeur primaire qui n'aurait pas été condensée par l'élément 32 et qui aurait atteint les chambres 20 et 40. Comme pour la chambre 30, les parties inférieures des chambres 20 et 40 présentent un profil en V et sont reliées au bouilleur par les conduits38 et 37 (chambre 20) ou par les conduits , 36 et 37 (chambre 40). Les chambres de condensation 10 et 50 sont énergiquement refroidies par des éléments réfrigérants 11 et 51, respectivement, constitués par un réseau de tubes parcourus par un fluide frigorifique sous pression. En variante, on pourrait utiliser une double enveloppe parcourure par une circulation d'eau. Les parties inférieures des chambres 10 et 50 présentent un profil en V et sont reliées par des tubes 12 et 52, respectivement, à un régénérateur 13 du liquide secondaire, constitué luimême d'un dispositif de lavage à l'eau et d'un filtre, destiné à régénérer le condensat de liquide-secondaire. A la sortie du régénérateur, une pompe 14 renvoie le liquide secon- daire, par le conduit 15, vers les injecteurs 25 et 45. La chambre 60 est la chambre de lavage des articles ou produits traités. Cette chambre est équipée,à la partie supérieure, d'une buse 61 orien- tée vers la grille 2 et d'une cuve 62 de recueil du liquide de lavage 63. La cuve 62 est reliée par le S6083 conduit 64 à un régénérateur 65 du liquide de lavage, à la sortie duquel une pompe 66 renvoie le liquide régénéré, par le conduit 67, vers la buse 61. Le régénérateur 65 est lui-même constitué d'un disposi- tif de lavage du liquide de lavage usé, d'un filtre et, éventuellement, d'un dispositif de distillation. Les chambres 20, 30 et 40 sont pourvues, en outre, au voisinage de leur partie inférieure, de sondes thermométriques 70, 71 et 72, respectivement Le fonctionnement de la machine de l'invention est le suivant: On commence par mettre sous tension les élé- ments chauffants 42 du bouilleur de façon à porter le liquide primaire à l'ébullition,, puis on met en route la pompe 14 et, si un lavage est désiré, la pompe 66. La vapeur primaire, venant du bouilleur, passe dans la tubulure 34 et arrive à la partie supérieure de la chambre 30 d'o, du fait de sa densité élevée, plusieurs fois supérieure à celle de l'air, elle retombe naturellement vers la partie inférieure de la chambre, traversant au passage la grille transpor- teuse 2. Au cours de cette retombée, la vsapeur pri- maire se condense en partie sur les articles, tels que 3, traversant la chambre 30 et les porte rapide- ment à la température d'ébullition de ladite vapeur en leur cédant sa chaleur latente de vaporisation0 La vapeur primaire arrivant vers le fond de la chambre 30, qui est refroidi par les éléments réfris gérants 32,, se condense également. Les condensats primaires collectés au fond de la chambre 30 sont renvoyés par les conduits 35, 36 et 37 au bouilleur, après passage dans le filtre 39 qui retient les par- ticules d'impuretés éventuellement entraînées. Une partie de la vapeur primaire, toutefois, s'engage dans le tunnel 1 et arrive dans les chambres 20 et o elle se condense au contact de la masse de liquide et/ou de vapeur secondaire régnant-dans ces chambres. En effet, du liquide secondaire est injecté par pulvérisation par les injecteurs 25 et 45 à la partie supérieure des chambres 20 et 40, respective- ment. Ce liquide secondaire, qui aura typiquement un point d'ébullition relativement bas, typiquement de de moins/ 50 C, se vaporise sous l'action conjuguée du contact avec la vapeur primaire dont la température est plus élevée, typiquement de l'ordre de 50-300 C, et des éléments chauffants 22 et 42, lesquels sont chauffés,7fempérature supérieure au point d'ébulli- tion du liquide secondaire mais inférieure à celui du liquide primaire. De la sorte, la vapeur secondaire joue le rôle d'un bouchon pour la vapeur primaire, l'empêchant d'envahir les zones du tunnel s'étendant en amont de la chambre 20 et en aval de la chambre 40. Egalement, la vapeur secondaire dissout et entraîne les composés de dégradation toxiques, comme les polyfluoro-isobutylènes, qui pourraient résulter d'une dégradation thermique partielle du liquide primaire. Les vapeurs secondaires produites dans les chambres 20 et 40 arrivent dans les chambres 10 et 50, respectivement, o elles sont condensées sous l'action des éléments réfrigérants 11 et 51, respec- tivement, et collectées à la partie inférieure des- dites chambres. De là, les condensats secondaires sont envoyés, via les conduits 12 et 52, à un régénérateur 13 ou ils sont lavés et filtrés. A la sortie du régénérateur 13, une pompe 14 recycle le liquide secondaire régénéré vers les injecteurs 25 et , par l'intermédiaire du conduit 150 Les articles ou produits placés sur la grille transporteuse 2, entrent dans le tunnel en 4, sont pré- chauffés par la vapeur secondaire dans la chambre 209 puis passent dans la chambre 50 o ils sont rapidement chauffés à une température correspondant au point d'ébullition du liquide primaire utilisé. Ensuite, les articles ou produits sont refroidis par suite de leur passage dans les chambres 40 et 50 à une température habituellement située dans la gamme de 50-100 C. On peut finalement les soumettre à un lavage dans la chambre 60, si désiré. On a trouvé qu'un lavage effectué en série avec le traitement thermique dans la machine, lorsque les articles ou produits sont encore chauds, est beaucoup plus efficace qu'un lavage similaire par ailleurs effectué ultérieurement dans une étape sépa- rde. le fluide de lavage peut etre constitué de tout sol- vant approprié, tel que l'eau, des solvants chlorés, eatc0. En jouant sur le choix des liquides primaire et secondaire et en réglant, de manière appropriée, la vitesse de la grille transporteuse, on peut obtenir toute courbe de temperature souhaitée, à savoir: une vitesse de montée en température contrÈ- lée; une durée de traitement précise à la tempé- rature désirée; une vitesse de refroidissement eontrôlée0 La. machine de l'invention autorise, enfine l'emploi de mélanges de deux liquides primaires de points d'ébullition différents lorqu'on désire traiter des artis cles ou produits à une température intermédiaire entre lesdits points d'ébullition. Comme dans un tel cas le mé- lange de liquides primaires tend normalement à s'appauvrir en constituant primaire le plus volatil, il est prévu, selon l'invention, une sonde thermométrique 70 immergée dans le bain de liquide primaire et reliée à un dispositif de régulation 71 à seuil de température réglable. Lorsque la température du bain de liquide primaire dépasse le seuil de température choisi par suite de l'appauvrissement en constituant primaire le plus volatil, le dispositif de ré- gulation 71 commande l'actionnement d'une pompe doseuse 72 injectant dans le bouilleur, par le conduit 73, une quan- tité complémentaire prédéterminée réglable du constituant liquide primaire le plus volatil, prélevée dans un réser- voir 74 contenant une réserve de ce constituant le plus volatil. Comme liquides primaires, on utilise habituel- lement des composés perfluorocarbures inertes. Des liquides primaires utiles disponibles dans le commerce sont notam- ment les produits de la marque déposée FLUORINERT (vendus par la société 3 M) dont les points d'ébullition sont, se- lon les types, de 5600 C à 215 0, et de la marque déposée GALDEN (venis par la société AUSIMONT S.p.A. du groupe Nontedison) dont les points d'ébullition sont compris dans les gammes 218-228 C (Galden LS) et 255-272o0 (Galden HS). Comme liquides secondaires, on utilise habi- tuellement des composés chlorofluorocarbures. Des liquides secondaires utiles disponibles dans le commerce sont no- tamment les produits vendus sous la marque déposée FLUGENE par la société Chloe Chimie, comme le Plugène 113 dont le point d'ébullition est voisin de 47 C, ou sous la marque déposée FREON 113 vendue par la société E.I. Du Pont de Nemours and Company, dont le point d'ébullition est aussi voisin de 47 C. L'invention, grâce au système de contrtle et d'injection d'un appoint de constituant de liquide primai- re rend possible l'utilisation d'un mélange de liquides primaires lorsqu'on désire obtenir une température de trai- tement intermédiaire entre les points d'ébullition de deux liquides primaires. La machine de l'invention, grace à ses écuipe- ments perfectionnés, permet en outre: une absence totale d'air dans la machine; une faible consommation (pertes) de liquide primaire; un fonctionnement garantissant la sécurité du personnel (élimination dans les condensats secondaires des composés toxiques comme les polyfluoroisobutylènes, provenant d'une dégradation thermique du liquide primaire). Tous les perfectionnements apportés permettent de considérer la machine de l'invention comme un instru- ment universel de chauffage pour des applications ther- miques telles que la fusion d'un produit, le séchage, la polymérisation et le traitement thermique dans une gamme de températures allant de 50 à 3000 C environ, la limite supérieure de température n'étant limitée que par le manque actuel de liquide primaire inerte à point d'é- bullition dépassant 3000C. Des applications particulières sont le brasage, le soudage par refusion, la polymérisa- tion de résines ou monomères organiques thermodurcissa- bles, par exemple de résines époxy, en vue, par exemple, de réaliser une encapsulation ou un collage, etc... Bien que l'on ait décrit l'invention à propos d'une machine en ligne (horizontale), il va de soi que les principes de l'invention pourraient également 8tre mis en oeuvre dans le cas d'une machine verticale. REVENDICATIONS 1. Une machine perfectionnée de chauffage d'un article ou produit à une température élevée par condensation de vapeur sur celui-ci, qui comprend: ( Je chambre de chauffage (40) de l'article ou produit/à chauffer, cette chambre étant propre à recevoir une vapeur de liquide primaire ayant un point d'ébullition qui soit au moins égal à ladite tempéra- ture élevée; au moins un passage (1) débouchant dans ladite chambre pour l'amenée et l'évacuation dudit article ou produit à chauffer; des moyens de déplacement (2) de l'article ou produit à chauffer de l'entrée à la sortie de la machine; des moyens de chauffage (41, 43, 44) propres à porter à l'ébullition un liquide primaire contenu dans un bouilleur (33) et à produire de la vapeur pri- maire destinée à être envoyée dans ladite chambre; des moyens de condensation primaires (32), propres à condenser la vapeur primaire en liquide primaire; des moyens collecteurs (35, 36, 38, 40) de condensat primaire propres à collecter la vapeur primaire condensée et à la renvoyer au bouilleur; des moyens (14, 15, 25, 45) pour établir dans le dit passage une masse de vapeur d'un liquide secondaire ayant un point d'ébullition moindre que celui du liquide primaire, ladite masse remplissant complètement un tronçon dudit passage; des moyens de condensation secondaires (11, 51) propres à condenser la vapeur secondaire en liquide secondaire; des moyens collecteurs (12, 52) secondaires propres à collecter le condensat de vapeur secondaire et à le recycler vers les moyens d'établissement de la masse de vapeur secondaire, caractérisée en ce que le bouilleur (33) est distinct de la chambre de chauffage (40), au moins un conduit (37) reliant les moyens collecteurs de condensat primaires à la partie du bouilleur contenant le liquide primaire et un autre conduit (34) reliant l'espace des vapeurs du bouilleur à la partie supérieure de la chambre de chauffage de façon que la vapeur primaire arrive dans ladite chambre au-dessus du plan de travail défini par les moyens de déplacement et suive un trajet géné- ralement descendant avant d'être condensée de nouveau. 2. Une machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, des moyens de lavage (61, 64, 65, 66, 67) prévus audelà des moyens de condensation secondaires et permettant de laver les pièces ou produits traités avant ou à leur sortie de la machine, pendant qu'ils sont encore chauds. 3. Une machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce Qu'elle comprend, en outre, des moyens de controIe1de la température d'ébullition du liquide primaire, coopérant avec des (c,7 permettant l'introduction dans le bouilleur, lorsque cela s'avère nécessaire, d'un complément du constituant le plus volatil du liquide primaire, lorsque celui-ci est constitué d'un mélange de deux constituants à points d'ébullition différents, afin de corriger toute variation excessive du point d'ébullition du mélange. 4. Une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est du type en ligne. 5. Une machine selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un tunnel (1), des moyens de déplacement (2) des articles ou pro- duits à chauffer depuis l'entrée dudit tunnel jusqu'à la sortie de celuici, et, dans l'ordre, une première chambre (10) de condensation de la vapeur secondaire, une deuxième chambre (20) de vaporisation de liquide - secondaire et de condensation complémentaire de la vapeur primaire, une troisième chambre (30) de chauffage de l'article ou produit à chauffer remplie de vapeur primaire, et pourvue à sa partie inférieure de moyens de condensation de la vapeur primaire, une quatrième chambre (40) de vaporisation de liquide secondaire et de condensation complémentaire de la vapeur primaire, et une cinquième chambre (50) de condensation de la vapeur secondaire. 6. Une machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, une sixième chambre (60) de lavage des articles ou pro- duits traités.