Brevet FR2652888A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne Le domaine technique général des procédé et dispositif de séchage de pièces ou corps divers issus d'une chaîne de fabrication quelconque. Les procédés-de séchage sont utilisés dans différentes industries et, notamment, dans l'industrie pharmaceutique, dans l'industrie chimique, dans l'industrie des matières céramiques et synthétiques, dans l'industrie de l'électrotechnique et de l'électronique, et encore, par exemple, dans l'industrie optique et dans l'industrie mécanique en général. Ainsi, les pièces ou corps issus d'une chaîne de fabrication qui sont susceptibles de subir une phase de séchage, soit à la suite du procédé de fabrication lui-même, soit à la suite d'une phase de nettoyage ou de rinçage, peuvent être par exemple des composants et circuits imprimés, des pièces d'usinage simples ou complexes, en métal, en plastique ou en verre, etc. La présente invention concerne donc le problème industriel de l'élimination d'eau sur des pièces ou corps quelconques issus d'un procédé ou d'une chaîne de fabrication et concerne, plus spécifiquement, des pièces qui ne peuvent supporter de trop fortes températures. La présente invention concerne, plus particulièrement mais non exclusivement, les pièces ou corps issus d'une chaîne de fabrication incluant une étape de nettoyage à l'issue de laquelle les pièces sont recouvertes d'une pellicule d'eau ou bien encore contiennent, du fait de leur porosité ou de leur complexité de forme ou de structure (trous borgnes), une certaine masse liquide. Dans le domaine du nettoyage, on utilise actuellement de manière très fréquente des composés fluorocarbonés (par exemple CFC 113) en tant qu'agent nettoyant qu'il convient donc ensuite d'éliminer en ayant recours, soit à des procédés de séchage en continu, soit à des procédés de séchage par cuve hermétique. Dans les deux cas précédemment cités, le principe de séchage est identique, et consiste à évaporer le solvant se trouvant sur les pièces par passage des pièces dans une zone de vapeur saturée afin d'atteindre La température maximum de 47 . Le solvant est ensuite évaporé par passage des pièces dans une zone de séchage à température proche ou identique à celle de la température ambiante. Dans le cas d'utilisation de cuve, l'évaporation est obtenue par abaissement de la température interne de la cuve à la température ambiante. Les composés fluorocarbonés sont également utilisés pour le séchage de pièces qui ont été au préalable nettoyées dans un cycle de nettoyage alcalin. Dans ces procédés, on soumet généralement les pièces à un premier nettoyage par une lessive, puis à un rinçage à l'eau et enfin à un séchage par un dispositif utilisant un composé fluorocarboné qui, plus lourd que l'eau et additivé à celle-ci, déplace l'eau vers un décanteur. Une partie de l'eau est également éliminée par le phénomène de formation de vapeur azéotrope. Les deux procédés précédemment décrits présentent, bien évidemment, un certain nombre d'avantages, dans la mesure o ils permettent d'effectuer l'élimination de l'eau ou du solvant à une température relativement faible (47 C), ce qui est supportable sur le plan économique, et permet de réaliser le séchage de pièces sensibles aux hautes températures. En outre, la faible montée en température permet d'utiliser très rapidement les pièces après le séchage. L'inconvénient majeur de ces procédés est la nécessité d'avoir recours à l'emploi de composés fluorocarbonés responsables de la destruction de la couche d'ozone autour du globe terrestre. L'emploi de ces composés est d'ailleurs maintenant sévèrement réglementé et à terme leur utilisation devra certainement être interdite. Il a déjà été proposé d'avoir recours à des solvants de remplacement possédant une action séchante similaire par déplacement ou par vapeur azéotrope. C'est ainsi que les composés fluorocarbonés ont été remplacés respectivement par du chlorure de méthylène ou par du trichloroéthane additivé. Les deux solvants précédemment cités se sont cependant révélés dangereux pour la santé des utilisateurs et des opérateurs. Ils ne sont, en outre, pas inoffensifs pour les pièces à sécher et, en particulier, pour Les pièces en matériaux plastiques par exemple. Une autre proposition a consisté à utiliser un solvant à base d'alcool, ce qui présente bien entendu un certain nombre de risques, notamment d'explosion, de telle sorte que cette solution n'est guère pratiquée. On a enfin proposé d'avoir recours à un séchage en étuve à air chaud à une température au moins égale à C. Les pièces sont en général auparavant rincées par de l'eau désionisée afin de supprimer des traces éventuelles de sels minéraux après évaporation. Le recours à une température de séchage relativement élevée, en tout cas supérieure à 100 C, présente de nombreux inconvénients sur le plan de l'organisation d'une chaîne de production et, en particulier, nécessite une phase de montée en température relativement longue et, en conséquence, incompatible avec des impératifs de production industrielle. La température relativement élevée des pièces après séchage rend, par ailleurs, impossible sinon du moins extrêmement difficile leur utilisation immédiate après le séchage. Cette dernière proposition s'est donc également révélée mal adaptée au contexte industriel. On connaît enfin des procédés de séchage utilisant de l'air sec à température moyenne de 50 à 60 C pour évaporer l'eau sur des pièces. Ces procédés souffrent d'inconvénients liés à la longueur de l'opération de séchage et à son imperfection en cas de pièces à sécher présentant une porosité importante ou de nombreuses cavités ou trous borgnes. Ces procédés exigent, en outre, de fortes quantités d'air sec. L'objet de l'invention consiste à proposer un procédé et un dispositif de séchage de pièces ne présentant pas les inconvénients des techniques de l'art antérieur, et permettant de ne pas avoir recours aux composés fluorocarbonés, tout en permettant un séchage à basse température. Un objet secondaire de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant un séchage direct à l'air, sans solvant, et ce en un temps très bref. Un objet supplémentaire de L'invention consiste à proposer un procédé et un dispositif dont la consommation énergétique globale est particulièrement économique, et dont les domaines d'application sont multipLes. L'objet de L'invention est atteint grâce à un procédé de séchage de pièces ou corps issus d'une chaîne de fabrication, du genre composants et circuits imprimés, pièces en matière-plastique, en verre ou pièces mécaniques par exemple, dans Lequel: - on soumet Les pièces à sécher à une élévation de température dans une enceinte hermétique, - on procède par évaporation, à l'élimination de La phase Liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à: - maintenir l'enceinte hermétique à une température inférieure à 100 C et, de préférence, comprise entre 50 et 70 C, - introduire les pièces à sécher dans l'enceinte qui est ensuite fermée hermétiquement, soumettre l'intérieur de l'enceinte hermétique à un vide partiel compris entre - 0,5 et - 1 bar pendant une durée au moins égale à 30 secondes, resoumettre l'intérieur de l'enceinte hermétique à la pression atmosphérique ambiante, - ouvrir l'enceinte et retirer les pièces. L'objet de l'invention est atteint grâce à un dispositif de mise en oeuvre du procédé comprenant une enceinte hermétique de séchage équipée d'un moyen de chauffage et d'un moyen d'ouverture amovible, caractérisé en ce que l'enceinte comporte: - un système de régulation de la température de l'enceinte relié au moyen de chauffage, - une pompe à vide, - un couvercle disposé à la partie supérieure de l'enceinte en tant que moyen d'ouverture amovible dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un organe moteur, de préférence un vérin hydraulique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de L'objet de l'invention. La fig. 1 montre une vue de face d'une enceinte de séchage conforme à l'invention. La fig. 2 montre une vue latérale d'une enceinte de séchage conforme à l'invention. La fig. 3 montre une vue supérieure montrant le dessus d'une enceinte conforme à l'invention. La fig. 4 illustre, de façon schématique, une installation automatique incluant des phases de nettoyage, de rinçage et enfin de séchage de pièces issues d'un procédé de fabrication. Les fig. 1 à 3 illustrent un dispositif conforme à l'invention qui permet de mettre en oeuvre le procédé de séchage selon l'invention. Le dispositif comprend une enceinte hermétique I se présentant sous la forme d'une cuve de séchage à vide limitée par un boîtier extérieur 2 en tôle d'acier inoxydable par exemple. L'enceinte hermétique 1 peut, bien évidemment, être de forme variée et de volume variable en fonction de la nature du produit ou des pièces à sécher, et en fonction du débit moyen de la chaîne de production. A titre purement indicatif, il est possible d'avoir recours à une cuve cylindrique d'une hauteur de 500 mm et d'un diamètre de 450 mm. L'enceinte hermétique I comprend un boîtier intérieur 3, par exemple en acier inoxydable. Il est possible d'améliorer l'isolation de l'enceinte hermétique par introduction de fibres minérales entre le boîtier extérieur 2 et le boîtier intérieur 3, comme cela est bien connu de l'homme de l'art. De manière également connue, l'enceinte hermétique 1 peut être équipée de soupapes de sécurité de pression (non représentées aux figures) et de nervures ou barres de renfort 4 fixées par exemple par soudure sur le boîtier extérieur 2. L'enceinte hermétique 1 est équipée d'un moyen d'ouverture amovible 5 disposé, de préférence, à sa partie supérieure et qui consiste en un couvercle 6, solidaire d'un axe 7 autour duquel il est monté à rotation par l'intermédiaire d'un organe moteur 8, en l'occurence un vérin hydraulique. Ce dernier peut être, par exemple, fixé par une extrémité sur le boîtier OS extérieur 2 et par l'autre extrémité directement ou indirectement sur au moins un longeron 9 solidaire du couvercle 6. L'étanchéité entre le couvercle 6 et le boîtier extérieur 2 et intérieur 3 est assurée de manière connue par un joint élastique 11. La montée en température de l'enceinte hermétique 1 est assurée par des éléments chauffants 12 disposés à l'intérieur de l'enceinte 2 et appliqués par exemple sur la paroi du boîtier interne 3. De préférence, on les dispose à la partie médiane ou à la partie supérieure de l'enceinte hermétique 2. Les éléments chauffants 12 sont prévus pour assurer une température inférieure à 100 C et, de préférence, comprise entre de 50 à 70 C et pourvus de moyens classiques de régulation de température destinés à maintenir une température de consigne constante comprise dans l'intervalle mentionné précédemment. Ces éléments ne font pas partie de l'objet de l'invention et ne seront, en conséquence, pas décrits plus en détail. L'enceinte hermétique 2 est équipée d'une pompe à vide 13, capable de fournir un vide partiel à l'intérieur de l'enceinte de l'ordre de - 0,5 à - 1 bar. A titre indicatif, il est possible d'avoir recours à une pompe à vide par air comprimé à plusieurs étages de vide. Le circuit de vide à l'intérieur de l'enceinte hermétique 1 est complété par le montage d'une vanne 14 de remise en pression de l'intérieur de l'enceinte hermétique 1. La vanne 14 est avantageusement disposée à la partie inférieure de l'enceinte 1, de manière à éviter, lorsque la remise en pression est effectuée par admission d'air ambiant possédant donc nécessairement une certaine humidité, que des gouttes de condenstation se reforment sur les pièces. L'intérieur de l'enceinte hermétique 1 est pourvu, dans sa partie médiane de préférence, de moyens de support 16 destinés à supporter un panier maiLLé 17 de réception, de stockage des pièces ou composants à sécher. Avantageusement, Le panier 17 est muni de moyens de préhension 18 destinés à faciLiter L'insertion et Le retrait automatique du panier 17. A La place du panier 17, il est bien évidemment possible d'avoir recours à la disposition d'une ou plusieurs grilles maillées, superposées ou non. Pour assurer le brassage et la circulation de l'air contenu à l'intérieur de l'enceinte hermétique 1, il est prévu de disposer, à la partie inférieure de l'enceinte, un ventilateur 19 muni de pales d'agitation 21. Le brassage de l'air est avantageusement améLioré par un réseau de conduite d'air forcé 22 délimité par des panneaux déflecteurs 23 montés parallèLement aux parois du boîtier interne 3 et au-dessus des pales d'agitation 21. Les conduites d'air forcé 22 longent ainsi les parois du boîtier interne 3 et s'arrêtent à distance du couvercle 6, de manière à créer un flux d'air de brassage indiqué par la référence 24 (fig. 2) qui est montant à l'intérieur des conduites 22 et descendant dans la partie centrale de l'enceinte hermétique 1, dans laquelle est disposé le panier de réception 17. Les conduites d'air forcé 22 peuvent être disposées de manière à couvrir la totalité du boîtier interne 3 ou, au contraire, comme cela ressort des fig. 1 et 2, être disposées ponctuellement sur deux faces opposées de l'enceinte hermétique 1. Le procédé selon l'invention consiste à soumettre Les pièces à sécher à une élévation de température dans l'enceinte hermétique 1. A cet effet, le couvercle 6 est ouvert par rétraction du vérin hydraulique 8 et pivotement autour de l'axe 7. Le panier 17 contenant les pièces ou composants à sécher est alors introduit dans l'enceinte hermétique 1 et vient reposer contre les éLéments de support 16, le couvercle 6 étant ensuite refermé. Avant l'introduction des pièces, la température interne de L'enceinte hermétique 1 est maintenue à une température constante inférieure à C et, de préférence, comprise entre 50 et 70 C environ, par l'intermédiaire de l'éLément chauffant 12 commandé par un système de régulation au moyen duquel la température de consigne affichée, comprise dans l'intervaLle précédemment mentionné, est observée. L'homogénéité de la température peut, en outre, être favorisée par la mise en service du ventilateur 19. Préalablement à L'introduction des pièces, il est avantageux, pour réduire le temps de séchage à l'intérieur de l'enceinte hermétique 1, de procéder à un préchauffage des pièces à sécher. Cette opération de préchauffage peut être assurée dans le cas d'une chaîne de fabrication par une phase de rinçage dans un bain d'eau chaude à la température d'utilisation de la cuve de séchage pendant une minute par exemple. De manière non limitative, la température de préchauffage peut être utilement comprise entre 50 et 90 C. Une fois les pièces introduites dans l'enceinte, on soumet l'intérieur de l'enceinte hermétique à un vide partiel compris entre - 0,5 et - 1 bar par mise en marche de la pompe à vide 13. Le niveau de vide retenu est maintenu pendant une durée au moins égale à 30 secondes, ce qui suffit à enlever une pellicule d'eau sur des pièces lisses. Dans le cas de pièces complexes comportant par exemple des trous borgnes ayant permis d'accumuler de l'eau par rétention, le niveau de vide peut être maintenu pendant une durée allant jusqu'à trois minutes (eau non pelliculaire). A titre d'exemple non limitatif, un vide de - 0,9 bars peut être atteint en deux minutes environ, le temps de séchage complet pouvant être compris entre deux minutes trente et trois minutes par exemple. Ces valeurs correspondent à un maintien du niveau de vide de - 0,9 bars pendant au moins trente secondes et, de préférence, entre trente et soixante secondes. Pendant l'opération de séchage, l'air chargé de vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte est réchauffé en permanence par le ou les éléments de chauffage 12, et la circulation de l'air à l'intérieur de l'enceinte est assurée par la rotation des pales 21. On obtient ainsi un échange thermique optimale réduisant le temps de séchage total. La pompe à vide 13 est ensuite arrêtée et par ouverture de la vanne de remise en pression 14, l'intérieur de l'enceinte hermétique 1 revient progressivement à la pression atmosphérique ambiante. La durée de la phase de remise à pression atmosphérique est régLée par le degré d'ouverture de la vanne de remise en pression 14, la durée de La remise à pression atmosphérique pouvant varier de 5 secondes à 15 secondes, et étant, de S05 préférence, égale à environ dix secondes. Le retour à la pression atmosphérique ambiante peut s'effectuer par admission d'air ambiant presentant une certaine humidité ou par admission d'air sec et chaud si nécessaire. A titre indicatif, l'air chaud peut présenter une température moyenne de l'ordre de 40 C. Après cette phase de remise à pression atmosphérique, le couvercle 6 est à nouveau ouvert et le panier 17 est retiré de l'enceinte hermétique 1. La fig. 4 illustre une variante de réalisation dans laquelle le procédé de séchage est entièrement automatisé et est inclus, en tant que phase opératoire, dans une chaîne industrielle. Le dispositif comprend une glissière 31 sur laquelle est monté à coulissement un chariot mobile 32 entraîné par un organe moteur, et dont le déplacement est entièrement automatisé par un système de commande. Le chariot mobile 32 est muni de bras de préhension robotisés chargés d'assurer la manipulation du panier 17. Les pièces ultérieurement destinées à être séchées et issues d'une chaîne de fabrication sont déposées dans le panier 17 et arrivent à un poste d'entrée 33 situé sous la glissière 31. Les bras robotisés du chariot 32 saisissent alors le panier 17 et le transportent par glissement le long de la glissière 31 dans le poste A qui peut être, par exemple, une unité chargée du nettoyage des pièces et nécessitant par exemple une montée en température de l'ordre de 600. L'opération de nettoyage étant effectuée, le panier est transféré par les bras robotisés au poste B qui peut, par exemple, être un poste de rinçage à froid et à l'eau, Le panier 17 étant ensuite transféré au poste C o les pièces du panier 17 sont soumises à un rinçage à l'eau déminéralisée à une température comprise par exemple entre 50 et 90 C. L'opération de rinçage au poste C correspond à la phase de préchauffage du procédé de séchage selon l'invention. Le panier 17 est ensuite transféré dans le module de séchage correspondant au poste D et introduit dans l'enceinte hermétique 1. L'opération de séchage est conduite conformément aux étapes décrites précédemment et Le panier de séchage est ensuite transféré vers le poste de sortie 34. Le procédé ainsi décrit présente l'avantage de réaliser le séchage de pièces ou corps issus d'une chaîne de fabrication sans avoir recours à des composés fluorocarbonés, et sans nécessiter une température de séchage élevée, puisque la température interne de l'enceinte hermétique reste, dans tous Les cas, inférieure à 100 C. Le procédé et le dispositif selon l'invention rendent également possible un séchage rapide de l'ensemble des pièces, dans la mesure o les pièces à sécher sont préchauffées. Cette particularité permet d'introduire le procédé et le dispositif de séchage selon l'invention dans une chaîne de fabrication industrielle sans allonger inutilement Le temps de fabrication. Par ailLeurs, les niveaux de vide requis sont suffisants pour permettre une opération de séchage limitée dans le temps et les moyens techniques de mise en oeuvre sont de conception et d'entretien relativement simples. Enfin, il convient de noter que le procédé de séchage décrit, ainsi que le dispositif de mise en oeuvre conviennent à des usages multiples et variés, et que les pièces ou corps susceptibles de subir l'opération de séchage ne sont pas limités et peuvent être choisis parmi les pièces fragiles ne supportant pas les fortes températures. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de séchage de pièces ou corps issus d'une chaîne de fabrication, du genre composants et circuits imprimés, pièces en matière pLatique, en verre ou pièces mécaniques par exemple, dans lequel: - on soumet les pièces à sécher à une élévation de température dans une enceinte hermétique, - on procède, par évaporation, à l'élimination de la phase liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à: - maintenir l'enceinte hermétique à une température inférieure à 100 C et, de préférence, comprise entre 50 et 700 C, - introduire les pièces à sécher dans l'enceinte qui est ensuite fermée hermétiquement, - soumettre l'intérieur de l'enceinte hermétique à un vide partiel compris entre - 0,5 et - 1 bar pendant une durée au moins égale à 30 secondes, - resoumettre l'intérieur de l'enceinte hermétique à La pression atmosphérique ambiante, - ouvrir l'enceinte et retirer Les pièces. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à préchauffer Les pièces à sécher avant l'introduction dans l'enceinte hermétique. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à préchauffer les pièces à une température égale à la température de séchage. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à préchauffer les pièces dans un bain d'eau chaude pendant au moins une minute. 5 - Procédé seLon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer en permanence l'air chargé de vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte hermétique. 6 - Procédé selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer une recirculation mécanique de l'air chargé de vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte. 7 - Procédé selon La revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre L'intérieur de L'enceinte hermétique à un vide de - 0,9 bar atteint en deux minutes environ, puis à maintenir ce niveau vide pendant au moins trente secondes et, de préférence, entre trente et soixante secondes. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à atteindre la pression atmosphérique ambiante après séchage en 5 à 15 secondes et, de préférence, en 10 secondes environ. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à resoumettre l'intérieur de l'enceinte hermétique à la pression atmosphérique ambiante après séchage par admission d'air sec et chaud. - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une enceinte hermétique (1) de séchage équipée d'un moyen de chauffage (12) et d'un moyen d'ouverture amovible (5), caractérisé en ce que l'enceinte (1) comporte: - un système de régulation de La température de l'enceinte relié au moyen de chauffage (12), - une pompe à vide (13), - un couvercle (6) disposé à la partie supérieure de l'enceinte (1) en tant que moyen d'ouverture amovible dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un organe moteur (8), de préférence un vérin hydraulique, - une vanne de remise en pression (14). 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'enceinte (1) comporte, en outre, un panier de réception (17) pour les pièces à sécher constitué de parois maillées. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enceinte (1) comporte, en outre: - un ventilateur (19) disposé à la partie inférieure de l'enceinte (1) sous le panier de réception (17), - et un réseau de conduits d'air forcé (22) assurant la recirculation de L'air à travers L'enceinte (1) et Le panier de réception (17).