Brevet FR2660702A1 — publié le 19911011

La présente invention concerne un nouveau dispositif utilisant la dilatation de l'eau lors de sa congélation pour créer une très forte pression, transmise au moyen d'un fluide non miscible avec l'eau, utilisée comme élément de travail dynamique. On connait les presses classiques amenées soit par un balancier soit par un jeu de pompes qui actionnent les éléments de compression d'une pres#se à façonner par exemple. Lorsque l'on veut obtenir de fortes pressions dépassant 1 000 bars, ces presses sont d'un coût d'achat important et volumineuses par une transmission hydraulique. Récemment pour le façonnage des métaux on utilise directement la pression provoquée par la dilatation de l'eau amenée à la température de congélation en insérant, derrière les éléments métalliques à façonner, un volume d'eau que l'on refroidit par un cryostat. Ces dispositifs sont généralement en ce qui concerne les presses hydrauliques - couteux et nécessitent une grande énergie, - volumineux et encombrants, - générateurs de bruits. En ce qui concerne les dispositifs de pression utilisant l'eau que l'on congèle ils sont d'un emploi limité dans la mesure où l'utilisation pratique n'est rendue possible qu'a la température de congélation, c'est à dire entre 0 et -22"C. La présente invention dénommée : "Générateur de pression et son utilisation"est caractérisée en ce qu'il comporte un réservoir rigide de forme quelconque contenant de l'eau et un liquide non miscible et incompressible maintenus dans une enceinte étanche et blindée, un cryostat régulé et programmé, des fluides de transmission de pressions non compressibles, des tubulures blindées extérieures à l'enveloppe étanche, un réservoir de régulation des pressions, des sondes piézo-- électriques programmables commandant le cryostat, un dispositif mécanique ou hydraulique de commande de presse à formage du matériau , des clapets anti-retour, des manomètres de contrôle, un dispositif de commande du cryostat synchronisé avec la pression. L' invention, ainsi caractérisée, présente de nombreux avantages et notamment - un coût de mise en oeuvre faible, - un faible encombrement, - une utilisation souple s'adaptant à toutes les températures d'exécution de travaux, - une utilisation à tous les travaux employant de fortes pressions, - un mécanisme dépourvu de vibration et de nuisance acoustique. L'invention sera mieux comprise grâce aux dessins annexés qui ne sont présentés qu'a titre d'exemple non limitatif notamment en ce qui concerne les applications de la technique. - Les Figures 1 et 2 de la planche I représentent le principe général de l'invention de transfert d'énergie et de pression. - La Figure 3 représente les applications au façonnage des matériaux à froid et à chaud. En se reportant aux figures 1 et 2 de la planche I et selon une caractéristique importante de l'invention qui est revendiquée, on trouve le réservoir (1) de forme quelconque contenant un volume d'eau (2). Le réservoir (1) contient également un fluide hydraulique (3) non miscible à l'eau et incompressible, qui conserve sa viscosité à la température de congélation de l'eau . Le fluide hydraulique (3) est utilisé pour transmettre la pression créée par la dilatation de l'eau lors de sa congélation. La congélation de l'eau (2) est obt- nue au moyen d'un cryostat (5) prolongé par un serpentin (6) réfrigérant moulé dans un bloc thermocondcztible (7) et rigide.Le liquide réfrigérant circule, soit dans les parois externes (7) du réservoir (1) de la figure i, soit dans un serpentin (6) à l'intérieur du réservoir (1) contenant de l'eau, comme il est indiqué sur la figure 2. Une isolation thermique (8) de matériau non compressible isole le réservoir (1) et le bloc thermoconductible (7) du blindage rigide (4). Le réservoir (1) est maintenu dans un blindage t4) étanche et rigide démontable. La canalisation (9) contient le fluide hydraulique (3) raccordée au réservoir (1) et aux circuits d'utilisation (10) par l'intermédiaire de tuyaux blindés (9). Une sonde de température (12), des manomètres (13), des vannes (14), des clapets anti-retour (15), un réservoir de liquide hydraulique (16), complètent le dispositif. FONCTIONNEMENT On sait que l'eau en se congelant se dilate fortement créant des pressions égales ou supérieures à 1 000 bars. Lorsque le cryostat (5) programmé par l'utilisateur fonctionne, il crée au niveau (7) un abaissement de la température jusqu'a - 25 C. L'eau se congèle, se dilate et provoque une pression qui est transmise par le liquide hydraulique (3) par la canalisation (9). L'ensemble de l'enceinte (11), comportant le réservoir (1), est complètement étanche, blindée et rigide. Selon une caractéristique importante de l'invention, on a représenté sur la figure 3 l'utilisation de l'invention au formage des métaux. Comme il est indiqué aux figures 1 et 2, l'ensemble générateur de pression comportant le réservoir (1), contenant l'eau (2), le liquide hydraulique (3), les éléments réfrigérants (6), (7), (8), l'enceinte blindée (4) sont reis ous l'index (11). Le liquide hydraulique doit conserver sa viscosité en tre -80 C et +500 C. On peut utiliser deux liquides non miscibles. Le serpentin (6) relié au cryostat Ç5)refroidit, à travers le bloc thermoconductible (7), l'eau contenue dans le réservoir (1). L'eau congelée se dilate. La pression est transmise par une canalisation blindée (9). munie de manomètres (13) et transmise par des vannes (14). Les clapets anti-retour (15) et ses vannes (14), sont commandées par une électronique d'asservissement (17) qui pilote elle-même l'ensemble du dispositif (1). La poussée du fluide hydraulique agit sur un piston (18) qui convertit la pression hydraulique en force mécanique (19) dans une presse. Dans une autre version d'application, la pression du fluide hydraulique peut également être utilisée directement sur le matériau (20) à former, placé entre une ou deux matrices. On applique cette pression hydraulique directement sur le matériau (20) qui est plaqué contre un moule (matrice) (21) dans une enceinte blindée (24). On peut également utiliser cette pression directement pour le soufflage de pièces à configuratons complexes. Par exemple une pièce semi-finie(22) (emboutie, repoussée...) est placée dans un dispositif blindé (23) comportant dans son volume intérieur creux un moule démontable (25) représentant négativement la forme de la pièce à reproduire. Après fermeture de l'enceinte blindée, on applique la pression du fluide hydraulique à l'intérieur de la pièce semi-finie (22), la pression exercée plaque les parois de la pièce semi-finie (22) contre les parois du moule (25) en réalisant une copie parfaite. Les applications de formage de matériaux peuvent être réalisées à toutes températures de travail. Dans ces différents types d'applications le réservoir (16) contient le liquide hydraulique (3) qui est recyclé lorsque l'eau en se réchauffant crée une dépression. jans ce cas, le clapet antiretour (15) s'ouvre et le liquide hydraulique venant du réservoir (16) remplit les canalisations (9). Ce réservoir (16). contient du liquide hydraulique qui compense la perte dans les utilisations. Les fluides utilisés sont généralement dégazés. REVENDICATION 1 Générateur de pression et son utilisation caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir rigide de forme quelconque contenant de l'eau et un liquide non miscible et incompressible maintenu dans une enceinte étanche et blindée, un cryostat régulé et programmé, des liquides de transmission de pression, des tubulures blindées extérieures à ltenceinte, un réservoir de régulation des pressions, des sondes thermo-électriques commandant le cryostat, un dispositif mécanique ou hydraulique de commande de presse à formage des matériaux, des clapets anti-retour, des manomètres de contrôle, un dispositif de commande du cryostat synchronisé avec la pression. REVENDICATION 2 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de créer des hautes pressions est un réservoir (1) de forme quelconque contenant de l'eau (2), maintenu dans une enceinte blindée refroidie par un cryostat (5) dont l'effet frigorifique est appliqué dans les parois (7) du réservoir (1). REVENDICATION 3 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de créer des hautes pressions est un réservoir (1) de forme quelconque contenant de l'eau (2) congelée par un cryostat (5) dont l'effet frigorifique est appliqué à l'intérieur du réservoir (1). REVENDICATION 4 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transmettre la pression de l'eau (2) qui se congèle dans le réservoir (1) est un fluide hydraulique (3) non miscible avec l'eau qui est en contact avec la surface de cette dernière et qui transmet la pression au travers des canalisations blindées (9), qui relient l'intérieur du réservoir (1) aux presses d'utilisation travaillant à toutes températures. REVENDICATION 5 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'utilisation de la force à une presse classique est obtenue au moyen du fluide hydraulique (3) contenu dans la canalisation (9) transmettant la pression reçue du générateur (1) au piston (18), ce piston (18) constituant un élément de compression de la presse agisant sur le matériau à former (20) REVENDICATION 6 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission de la pression est obtenue au moyen du fluide hydraulique (3) imprimant une pression directement sur une plaque de matériau déformable (20) disposée sur une matrice (21) représentant le relief négatif à reproduire. REVENDICATION 7 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission de la pression pour former un matériau à configuration complexe est obtenue au moyen d'un liquide hydraulique (3) transmettant la pression à une ébauche (22) placée dans un moule (25) représentant le relief à reproduire. REVENDICATION 8 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1. caractérisé en ce que la commande du cryostat est obtenue au moyen d'un circuit électronique qui reçoit les informations à partir des senseurs thermiques (12) et manométriques (13) pour piloter le fonctionnement du cryostat (5) et provoquer la décongélation et la congélation de l'eau selon un cycle programmé. REVENDICATION 9 Générateur de pression et son utilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations de volume du fluide hydraulique (3) transmettant la force est obtenu au moyen d'un réservoir (16) contenant un excès de fluide hydraulique et relié au circuit de compression par un jeu de clapets anti-retour (15).