Brevet FR2583149A1 — publié le 19861212

La présente invention est relative à un tunnel de refroidissement et s'applique en particulier au refroidissement d'une succession de pièces individuelles destinées par exemple à être emmanchées à froid dans d'autres organes. Il est connu de refroidir des pièces pour les contracter avant leur emmanchement. L'utilisation d'un groupe frigorifique ne permettant pas d'obtenir des températures inférieures - 60 C, ce qui est souvent insuffisant, il a été proposé de tremper les pièces dans un liquide cryogénique tel que l'azote liquide. Cependant, ce procédé est coûteux, car il consomme de grandes quantités d'azote liquide, dont les propriétés réfrigérantes ne sont pas utilisées de façon optimale. L'invention a pour but de fournir un appareil de refroidissement permettant d'obtenir une large gamme de températures de refroidissement au prix d'une consomation réduite en liquide cryogénique. A cet effet, l'invention a pour objet un tunnel de refroidissement caractérisé en ce qu'il comprend un passage présentant une ouverture supérieure d'alimentation en matière à refroidir et une ouverture inférieure d'évacuation par gravité de la matière refroidie, un échangeur de chaleur coaxial à ce passage et une chambre intermédiaire prévue entre le passage et l'échangeur et obturée à ses deux extrémités, l'échangeur comportant un conduit dont l'extrémité inférieure est reliée à une source d'un liquide cryogénique et dont l'extrémité supérieure débouche dans la chambre intermédiaire, laquelle communique avec le passage au voisinage de son extrémité inférieure. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel: - - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un tunnel de refroidissement conforme à l'invention; et - la figure 2 est une vue analogue de l'extrémité inférieure du tunnel, dans une autre phase de son fonctionnement. Le tunnel représenté à la figure 1 est destiné au refroidissement d'une succession de bagues A, par exemple de guides de soupapes destinées à être emmanchées à froid dans des culasses de moteurs d'autcmobile. Ce tunnel, de forme générale de révolution autour d'un axe vertical X-X, ccmprend un tube central 1 entouré d'un second tube 2, un 2 258 3 1 4 9 échangeur de chaleur 3 disposé autour du tube 2, un dispositif 4 d'obturation de l'extrémité inférieure du tube 1, et une isolation thermique 5 contenue dans une enveloppe extérieure 6. Le tube 1, qui est adapté pour entourer les bagues A avec un jeu notable, est ouvert à ses deux extrémités; il délimite avec le tube 2 une chambre annulaire inténrmédiaire 7 obturée à ses deux extrémités par des bouchons appropriés supérieur 8 et inférieur 9, ce dernier étant en une matière thermiquement isolante. Le tube 1 comporte une couronne d'orifices 10 située un peu au-dessus du bouchon 9. L'échangeur de chaleur 3 est disposé dans la région médiane du tube 2 et s'étend sur une partie de la longueur de ce tube. Il est constitué d'un fil 11 enroulé hélicoidalement autour du tube 2 et serré entre ce tube et un carter étanche 12. Le fil 11 délimite ainsi dans le carter 12 un conduit hélicoidal 13 dont l'extrémité inférieure est reliée à une conduite 14 d'amenée d'azote liquide commatndée par une électrovanne , tandis que l'extrémité supérieure du conduit 13 communique avec la chambre 7 par une couronne d'orifices 16. L'isolation 5 peut être constituée par exemple d'une mousse de matière plastique qui emplit l'espace délimité par le carter 12, les parties supérieure et inférieure du tube 2 et l'enveloppe 6. En variante, il peut aussi s'agir d'une superisolation sous vide. Une sonde de température 17 traverse l'enveloppe 6, l'isolation et le tube 2 et pénètre dans la chambre 7, au niveau des orifices 10. Cette sonde commande l'ouverture ou la fermeture de l'électrovanne 15 en fonction de la température captée, par l'intermédiaire d'un coffret de régulation 18. Le dispositif d'obturation 4, réalisé en matière plastique, comprend une plaque horizontale fixe 19 pourvue d'une ouverture 20 décalée par rapport à l'axe X-X, et une plaque-tiroir 21 dont l'épaisseur est égale à celle d'une bague A et qui peut coulisser entre la plaque 19 et la face inférieure du bouchon 9 sous l'action d'un vérin (non représenté). Cette plaque-tiroir comporte une ouverture 22 qui, comme l'ouverture 20, a un diamètre sensiblement égal au diamétre intérieur du tube 1; elle peut coulisser entre deux positions dans l'une desquelles (figure 1) l'ouverture 22 se trouve en regard du tube 1 et d'une région pleine de la plaque 19, tandis que dans l'autre position (figure 2), cette ouverture se trouve à l'aplomb de l'ouverture 20. 3 5 3 2583149 En fonctionnement, on erpile des bagues A dans le tube 1, sur à peu près toute la hauteur de celui-ci, et l'on ouvre l'électrovanne 15. De l'azote liquide pénètre par la conduite 14 dans le conduit 13, s'y vaporise et pénètre sous forme gazeuse dans la chambre interdiaire 7 par les orifices 16. Dans la chambre 7, l'azote gazeux se réchauffe en cédant du froid au tube 1 et aux bagues A et circule de haut en bas. Ainsi, c'est de l'azote purement gazeux qui pénètre par les orifices 10 dans le tube 1, -entre celui-ci et les bagues A, et y remonte en se réchauffant progressivement, pour être évacué par l'extrémité supérieure du tube 1. Lorsque, ccmme dans l'exemple décrit, les pièces à refroidir sont des bagues ou, plus généralement, des pièces alésées, il est avantageux de prévoir dans la face supérieure du tiroir 21 et/ou de la plaque 19 un rainurage 23 qui, quelle que soit la position du tiroir, se trouve à l'aplomb du tube 1, sous la bague A inférieure, et permet à l'azote de pénétrer à l'intérieur des alésages des bagues. Apres une phase transitoire de mise en froid, la sonde 17 détecte une température froide de consigne et commence à assurer une - régulation de l'alimentation en azote liquide par une commande appropriée de l'électrovanne 15. Ainsi, les bagues A situées au bas du tube 1 sont refroidies jusqu'à la température froide désirée, par exemple comprise entre -60 C et -170 C. On les extrait une à une du tunnel en amenant alternativement le tiroir 21 dans la position de la figure 1, o une bague A toebe dans l'ouverture 19, et dans celle de la figure 2, o cette bague tcmbe à travers l'ouverture 20 dans un dispositif de réception non représenté. Grâce à l'agencement décrit ci-dessus, on utilise au mieux, pour refroidir les bagues A, la chaleur de vaporisation de l'azote liquide et la chaleur sensible de l'azote gazeux. De plus, le trajet ascendant, descendant, puis ascendant de nouveau de l'azote permet d'obtenir un refroidissement efficace, à contre-courant, de la pile de bagues A tout en assurant qu'aucune perte d'azote liquide ne se produira à travers le dispositif d'obturation 4, puisque seul de l'azote gazeux pénètre dans le tube 1 par les orifices 10. Il est à noter que lorsque l'électrovanne 15 est ouverte, les bagues A sont maintenues sous atmosphère d'azote, ce qul évite la présence d'humidité ou de glace sur ces pièces. A cet égard, il est avantageux de munir l'électrovanne d'un by-pass étranglé 24 pour assurer une circulation permanente d'azote de bas en haut dans le tube 1, mime pendant les périodes de fermeture de l'électrovanne. Ainsi, l'appareil est souple, facilement autcmatisable et permet d'obtenir avec précision la température d'emmanchement désirée avec une consomtmaticn réduite d'azote liquide. L'invention s'applique au refroidissement de divers types de pièces mxcaniques destinées à être emmanchées à froid (sièges de soupapes, pignons,...) et peut s'étendre au refroidissement de matières en vrac; dans oe dernier cas, le dispositif d'obturation 4 peut être supprimé, la matière refroidie s'appuyant sur un talus contenu dans un réceptacle d' évacuation approprié. 258 3 149 REVENDICATIONS 1. - Tunnel de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend un passage (1) présentant une ouverture supérieure d'alimentation en matière à refroidir (A) et une ouverture inférieure d'évacuation par gravité de la matière refroidie, un échangeur de chaleur (3) co-axial à ce passage et une chambre intermédiaire (7) prévue entre le passage et l'échangeur et obturée à ses deux extrémités, l'échangeur comportant un conduit (13) dont l'extrémité inférieure est reliée à une source d'un liquide cryogénique et dont l'extrémité supérieure débouche dans la chambre intermédiaire, laquelle communique avec le passage (1) au voisinage de son extrémité intérieure. 2. - Tunnel suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde de température (17) adaptée pour capter la température du fluide de refroidissement à l'extrémité inférieure de la chambre intermédiaire (7), et une électrovanne (15) de commande de l'alimentation de l'échangeur (3) en liquide cryogénique commandée par cette sonde de température. 3. Tunnel suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrovanne (15) est munie d'un by-pass étranglé (24). 4. - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il ctomprend des moyens (4) d'obturation de l'ouverture intérieure du passage (1). 5. - Tunnel suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation (4) comprennent des moyens (21) d'évacuation de charges successives de la matière refroidie. 6. - Tunnel suivant la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'obturation comprennent un tiroir (21) mobile entre l'extrémité inférieure du tunnel et une plaque de guidage fixe (19) et présentant une ouverture (22) qui, dans une première position du tiroir, se trouve en regard de l'ouverture inférieure du passage (1) et d'une partie pleine de ladite plaque (19) et, dans une seconde position du tiroir, se trouve en regard d'une ouverture (20) de cette plaque. 7. - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour le refroidissement d'une succession de pièces individuelles (A), caractérisé en ce que la section du passage (1) épouse avec un jeu notable la section des pièces (A). 6 2583149 8. - Tunnel suivant les revendications 6 et 7 prises ensembles, pour le refroidissement d'un empilage de pièces alésées (A), caractérisé en ce que la face supérieure du tiroir (21) présente un rainurage (23) qui, dans ladite seconde position du tiroir, se trouve en regard du passage (1). 9. - Tunnel suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la face supérieure de la plaque de guidage (19) présente un rainurage (23) situé à l'aplomb du passage (1). 10. - Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'axe (X-X) du passage (1) est vertical.