Brevet FR2698558A1 — publié le 19940603

L'intérêt porté par les législateurs des pays les plus industrialisés aux problèmes liés à la protection de l'environnement, à la pollution et à la consommation d'énergie est chaque jour plus important. La présente invention concerne ces problèmes et ceux liés aux machines de lavage industriel fonctionnant aux solvants volatils et polluants. Cette invention concerne plus particulièrement les machines de nettoyage de pièces mécaniques utilisant des solvants chlorés, machines formées généralement d'un bac principal contenant du solvant liquide à température contrôlée, dans lequel on introduit les pièces à laver et, accolé à ce bac, un bac contenant du solvant en ébullition. Au-dessus de ces deux bacs, ouverts vers le haut, se trouve une zone de vapeur saturée de solvant. Pour réduire la consommation de solvant, et du même coup la pollution, des machines ont été déjà proposées dans lesquelles ladite chambre de lavage et/ou de traitement est fermée de manière étanche tandis que le séchage est effectué en dépression. Les machines connues (comme par exemple celles décrites dans les brevets GB-A-1.135.181, EP-A2-0.289.982, EP-A1-0.276.876), utilisent ce même principe de fonctionnement, bien qu'avec des schémas de fonctionnement différents, elles prévoient toutes de mettre en dépression la chambre de lavage en aspirant la vapeur de solvant à l'aide d'une pompe à vide et de transférer ensuite cette même vapeur sur des batteries froides placées en aval de la pompe afin d'en provoquer la condensation. Ce schéma de réalisation est théoriquement le plus correct car, a priori, et comme il sera mieux précisé par la suite, il ne pose aucune limite au degré de vide pouvant être obtenu dans la chambre de lavage. Toutefois, ce schéma présente deux gros inconvénients - en premier lieu, toute la vapeur de solvant aspirée dans la chambre de lavage passe à travers la pompe à vide, qui par conséquent travaille en milieu agressif, d'où une usure très élevée. Ceci est d'autant plus grave que les pompes à vide très poussé sont celles dans lesquelles l'étanchéité des palettes du rotor est obtenue par l'huile de lubrification, laquelle est alors inexorablement diluée et polluée par la vapeur de solvant - en second lieu, la pompe doit effectuer le travail de pompage de toute la vapeur de solvant présente dans la chambre de lavage, d'un volume souvent supérieur à 200 litres, ainsi que de la vapeur engendrée par le solvant liquide resté sur la surface des pièces lavées, ce qui demande, même en présence d'une pompe à vide de grosses dimension, un temps relativement long, qui est toujours un temps mort. Pour éviter ces inconvénients, a été déjà proposé une machine qui comprend, en aval de la chambre de lavage, un condenseur sous vide à basse température et, en aval de ce dernier une pompe à vide destinée à mettre en dépression ledit condenseur. Cette machine permet de réduire considérablement le temps mort de vidange de la chambre de lavage, car au moment où les vapeurs de solvant sont aspirées dans le condenseur sous vide elles sont immédiatement condensées par la basse température règnant à l'intérieur de celui-ci. Ceci permet de prévoir une pompe d'aspiration de dimension relativement réduite, d'où une machine plus économique et en même temps plus efficace que celles de la technique connue. Une machine de ce type présente par ailleurs l'inconvénient de rendre nécessaire l'utilisation d'un groupe frigorifique surdimensionné par rapport à l'absorption réelle en calories de la machine. Si l'on se réfère, par exemple, à une machine ayant un cycle d'une durée d'environ 5 minutes et qui demande, pour la phase de séchage, une absorption de 150 Kcal, on peut facilement se rendre compte que cette absorption demande - pour être réalisée dans un temps de séchage le plus court possible (de l'ordre de 30 secondes) - une crête d'absorption de 18.000 Kcal/h. Si le groupe frigorifique doit être dimensionné pour cette absorption, il est aisé de se rendre compte qu'il devra avoir une puissance correspondante. D'autre part, ce groupe reste presque totalement inutilisé pendant les 4,5 minutes restantes du temps de cycle. Il apparat clairement à "l'homme de l'art" deux types d'inconvénients - d'une part, le coût d'installation et d'entretien de ce groupe sont excessifs par rapport au coût total de la machine de lavage - d'autre part, la régulation d'un gros groupe frigorifique pour une demande de puissance aussi élevée et très variable est toujours extrêmement difficile - enfin, il convient également de noter que les temps de réponse d'un groupe surdimensionné comme celui en question augmentent considérablement le temps de cycle de la machine. Le but de la présente invention est de réaliser une machine de lavage capable d'éliminer ces inconvénients et qui soit dotée en particulier d'un système frigorifique permettant de maintenir un temps de réponse suffisamment bas, en évitant en même temps l'utilisation d'un groupe surdimensionné. Ces résultats sont obtenus selon l'invention par la mise en oeuvre d'un condenseur de fluides à basse température comprenant une paroi d'échange thermique, avec une face au contact du fluide gazeux à condenser, caractérisé par le fait que ladite paroi d'échange thermique délimite, sur son autre côté, un grand volume d'accumulation de froid. D'autres caractéristiques et avantages de la machine selon l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui va suivre d'une forme de réalisation préférée, donnée ici à titre d'exemple en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe d'une machine de lavage industriel à solvants liquides, tandis que la figure 2 est une vue schématique et en coupe axiale d'un condenseur selon l'invention, destiné à être utilisé dans la machine de la figure 1. Selon un agencement connu, la machine de lavage comprend une chambre 1 de traitement à l'intérieur de laquelle est disposé un système de support (non représenté) des pièces à traiter, qui peut, selon les cas, être fixe ou tournant autour d'un axe vertical et/ou autour d'un axe horizontal. Sur les parois internes de la chambre 1 sont prévues plusieurs buses 1B, destinées à pulvériser le solvant sur les pièces à traiter. Sur ces mêmes parois de la chambre 1 on pourra également appliquer des dispositifs 1C émetteurs d'ultrasons, destinés à rendre plus efficace l'action de lavage. La chambre 1 est mise en communication, à travers une canalisation 2 dotée d'une vanne 3, avec un condenseur 4 refroidi par un groupe frigorifique approprié (également non représenté) à une température inférieure à la température de congélation du solvant utilisé. La température de travail de ce condenseur 4 est, par exemple, choisie à -250C lorsqu'on utilise des solvants tels que le perchloréthylène, qui ont une température de congélation proche de -200C. Un seconde canalisation 7 met ensuite en communication le condenseur 4 avec une pompe à vide PV, à travers une vanne de contrôle 8. Une autre vanne 10 met la canalisation 7 en communication avec l'atmosphère. Si on le désire, la sortie vers l'atmosphère peut éventuellement s'effectuer à travers un filtre FF à charbons actifs. La machine de lavage comprend d'autre part un réservoir de réserve pour le solvant, constitué par deux bacs 12A et 12B, ce dernier étant relié au premier par une surverse, ainsi qu'un distillateur 13. Le fond à trémie de la chambre 1 est relié au bac 12A du réservoir de réserve par un tuyau de vidange 15A dotée d'une vanne 15. A la base du bac 12A sont reliées deux pompes Pi et P2 qui envoient respectivement le solvant, d'un côté vers la chambre de lavage 1 et de l'autre vers le distillateur 13. Une troisième pompe P3, reliée à la base du bac 12B, envoie le solvant aux buses de pulvérisation 1B qui se trouvent dans la chambre 1. Une autre canalisation 16A collecte le solvant condensé dans le condenseur 4 pour ensuite le réacheminer vers le bac 12B du réservoir de réserve. Selon la présente invention, le condenseur 4 est réalisé comme illustré schématiquement sur la figure 2. A l'intérieur de la paroi 4 est monté un réservoir cylindrique 20. Entre la surface extérieure de celui-ci et la surface interne de la paroi 4 a été ménagé un volume intermédiaire V maintenu sous vide au moyen de la pompe PV. Le réservoir cylindrique 20 contient une masse fluide - par exemple une saumure qui reste à l'état liquide à une température de -300C - dans laquelle est noyé un serpentin de refroidissement 21. Ce serpentin est à son tour relié à un groupe frigorifique (non représenté) contrôlé par un thermostat apte à mesurer la température de ladite masse fluide. Plus précisément, à l'intérieur du réservoir 20 est logé un corps tubulaire 22, ouvert à ses extrémités et soutenu par des bras radiaux 23. Ledit serpentin 21 est logé dans le volume annulaire ménagé entre la paroi du réservoir et le corps tubulaire 22. Au sommet du corps 22 est disposé un agitateur, schématisé par une hélice 24 actionnée par un moteur 25 qui a la fonction de créer un mouvement descendant de la masse fluide dans le volume central, à l'intérieur du corps tubulaire 22, et un mouvement ascendant dans le volume périphérique (comme indiqué par les flèches F). De cette manière, la masse fluide est constamment en contact avec le serpentin 21, ce qui permet de mieux maintenir et contrôler la température désirée. Comme on peut facilement s'en rendre compte, la masse fluide contenue dans le réservoir 20 constitue un volume accumulateur de froid, faisant office de volant, capable de céder du froid - même beaucoup de calories - dans un temps très court, lors de la demande maximum. Par contre, ce même volume peut accumuler du froid - c'est-à-dire les mêmes calories cédées précédemment - pendant toute la durée du cycle. Si l'on se réfère au même exemple que précédemment, dans lequel la demande était de 150 Kcal pour chaque temps de cycle - il est aisé de se rendre compte que ces calories peuvent être cédées par une masse fluide de 30 litres ayant une température inférieure de 50C à la température de condensation. En utilisant alors un réservoir 20 d'une capacité, par exemple, de 40 litres, l'absorption des calories demandées peut certainement s'effectuer dans le temps minimum demandé de 30 secondes.D'autre part, si la puissance du groupe frigorifique dans l'exemple ci-dessus était prévue à 18.000 Kcal/h, pour disposer du rendement nécessaire en 30 secondes, maintenant que les calories prévues doivent être rendues dans le temps de cycle total de 5 minutes, c'est-à-dire dans un temps 10 fois supérieur, il est clair que la puissance du groupe frigorifique peut du même coup être réduite à un dixième. Le fonctionnement du condenseur selon l'invention est évident : les vapeurs de solvant provenant de la chambre de lavage 1 à travers le conduit 2 sont aspirées dans l'espace sous vide V et se condensent au contact avec la paroi froide du réservoir 20. Le condensat coule le long de cette même paroi et, avant d'être congelé, tombe et s'accumule sur le fond. Même si un voile de solvant congelé devait se former sur la paroi 20, celui-ci serait dissout lors du cycle suivant par l'arrivée des vapeurs chaudes. Successivement, le solvant liquide est périodiquement évacué à travers la vanne 25, après avoir ramené l'espace intermédiaire V à la pression atmosphérique. En général, si la dimension du réservoir 20 est correcte, la masse fluide de refroidissement contenue dans celui-ci subit - pendant la phase de condensation des vapeurs - une augmentation de température qui, étant donné son volume important, est très limitée et de toute façon telle que la masse fluide reste toujours à une température inférieure à la température de condensation des vapeurs. Dès lors, l'avantage de la réalisation selon l'invention est tout à fait évident, et ce non seulement du point de vue du coût du groupe frigorifique, qui comme on l'a déjà dit pourra être d'une puissance sensiblement inférieure, mais surtout du point de vue de son exploitation et de son entretien, étant donné qu'il fonctionne avec régularité et uniformité pendant la totalité du temps de cycle. Un autre avantage important de la disposition selon l'invention - avec un réservoir central 20 disposé coaxialement au conteneur principal 4 et un volume intermédiaire sous vide ménagé entre les deux - réside dans le fait que cette disposition se comporte comme un "vase de DEWAR", ce qui limite toute déperdition thermique vers l'extérieur. Il est clair que la présente invention n'est pas limitée aux configurations particulières qui viennent d'être décrites, qui ne sont que des exemples nullement limitatifs de la portée de l'invention, mais qu'au contraire elle est susceptible de nombreuses variantes, toutes à la portée de l'homme de l'art, sans pour autant sortir du cadre des revendications qui vont suivre. REVENDICATIONS 1. Condenseur (4) de fluides à basse température, du type comprenant une paroi d'échange thermique, avec une face au contact du fluide gazeux à condenser, caractérisé par le fait que ladite paroi d'échange thermique délimite, sur son autre côté, un grand volume d'accumulation de froid. 2. Condenseur (4) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi d'échange thermique est la paroi d'un réservoir (20) à l'intérieur duquel est délimité ledit volume d'accumulation de froid, ledit réservoir (20) contenant une masse importante de liquide de refroidissement maintenu à une température inférieure à la température de condensation du fluide à traiter. 3. Condenseur (4) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit réservoir (20) contient une masse de liquide de refroidissement maintenu à une température inférieure d'au moins 50C à la température de condensation du fluide à traiter. 4. Condenseur (4) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit réservoir (20) de délimitation du volume d'accumulation de froid est constitué par une chambre cylindrique allongée dans le sens vertical, dans laquelle est logé un serpentin (21) de refroidissement relié à un groupe frigorifique de faible puissance et immergé dans la masse du liquide de refroidissement. 5. Condenseur (4) selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'audit réservoir (20) à chambre cylindrique sont associés des moyens (24, 25) permettant de maintenir en circulation la masse de liquide de refroidissement. 6. Condenseur (4) selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit réservoir (20) à chambre cylindrique est divisé, par un corps tubulaire coaxial (22), en un espace central et un espace périphérique dans lesquels le fluide accumulateur de froid est mis en mouvement selon des courants de sens opposé, le serpentin de refroidissement (21) n'étant contenu que dans un seul desdits volumes. 7. Condenseur (4) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit espace contenant la masse de liquide de refroidissement est ménagé à l'intérieur d'un volume sous vide. 8. Condenseur (4) selon les revendications 3 et 7, caractérisé par le fait que ledit réservoir (20) contenant la masse de liquide de refroidissement est logé dans un conteneur cylindrique extérieur, ledit volume sous vide étant réalisé dans l'espace entre ledit réservoir et ledit conteneur, de manière à entourer la totalité du volume accumulateur de froid. 9. Condenseur (4) selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit volume intermédiaire est en communication, à travers une vanne de contrôle (3), avec le volume de traitement (1) d'une machine de lavage à solvants liquides-gazeux. 10. Condenseur (4) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que ledit volume intermédiaire est en communication, à travers une vanne de contrôle (8), avec une pompe à vide (PV). 11. Machine de lavage de pièces avec des solvants volatils, comprenant une chambre de lavage (1) étanche aux gaz, des moyens aptes à supporter les pièces à traiter dans ladite chambre (1), des moyens aptes à alimenter la vapeur de solvant et/ou le solvant liquide à une température voisine de la température d'ébullition régnant dans ladite chambre de lavage (1), ainsi que, en aval de ladite chambre de lavage, au moins un condenseur (4) sous vide ayant une température de travail inférieure à la température de congélation du solvant utilisé, et, en aval dudit condenseur (4), une pompe à vide (PV) apte à mettre en dépression ledit condenseur (4); caractérisée par le fait qu'audit condenseur (4) est d'autre part associé un accumulateur de froid. 12. Machine de lavage selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'elle comprend un condensateur (4) selon une quelconque des revendications de 1 à 10.