Brevet FR3095034A1 — publié le 20201016

Description Titre de l'invention : Micro thermorégulateur pour moule et outillage [0001] Domaine technique de l'invention : La présente invention concerne un dispositif permettant la régulation thermique localisée d'équipement et outillage industriel ou non tel que, par exemple, les moules pour injection de polymère ou d'Aluminium ou les outils de forge. Il permet également la régulation thermique de tout outil ou équipement, d'usage industriel ou non. [0002] [0003] Etat dc la technique: Certains équipement et outillages industriels nécessitent une thermorégulation. Ils comportent généralement un circuit dc régulation thermique basé sur la circulation d'un thermotluide, comme l'eau, par exemple. Certaines zones de l'outillage ou de l'équipement sont trop petites pour pouvoir y ménager un circuit conventionnel. L'utilisation de Caloduc, comme décrit par le Brevet W02019039445 Al, permet quelquefois d'abaisser la température de ces zones. Lc flux de chaleur permis par un Caloduc est cependant limité, surtout pour des faibles différences de températures entre zone chaude et zone froide, ou bien quand la partie chaude est placée au-dessus de la partie froide. De plus, l'encombrement d'un Caloduc ne permet pas dc V implanter dans des noyaux de très petit diamètre. Enfin, les Caloducs ne permettent pas de réguler la température de façon précise. [0004] [0005] Problème technique à résoudre : La présente invention a pour objet un dispositif d'échange thermique et, plus particulièrement un dispositif de petite taille permettant le passage d'un flux thermique important, de façon régulée ou non, afin de rnaitriscr la température des zones d'outillages, ou d'autres équipements industriels ou non industriels, où il n'est pas possible d'implanter un circuit de régulation conventionnel. [0006] Description détaillée de l'invention revendiquée: [0007] La présente invention consiste en un évaporateur (1) de très petite taille placé au contact dc la zone de l'équipement à réguler (2), encastré dc façon partielle ou non, par exemple, en fonction des possibilités offertes par l'équipement à réguler [fig.1]. L'évaporateur est formé d'une enveloppe (3) contenant un ou plusieurs gicleurs (4), lesquels viennent pulvériser sur les parois intérieures de l'enveloppe, un thermofluide, choisi de de façon adéquate, sous forme de jet (5), de gouttelettes ou de brouillard [FIG. 2]. [0008] L'évaporateur est conçu de façon à minimiser sa taille au maximum. Il est par exemple aisé de fabriquer des évaporateurs dont le diamètre est inférieur à lmm. 2 [0009] Le thermofluide est choisi par l'homme de métier de façon à ce que sa température d'ébullition soit inférieure à la température souhaitée pour la zone à réguler pour une large plage de pression, afin d'assurer l'évaporation du thermofluide au contact des parois de l'évaporateur dans toutes les conditions de fonctionnement. 11 pourra être constitué d'un mélange d'espèces chimique afin d'obtenir la plage de température d'ébullition adaptée au bon fonctionnement de l'évaporateur. De tels fluides sont bien connus des experts dans le domaine. [0010] Le thermofluide vient s'évaporer au contact des parois chaude de l'évaporateur, cc qui consomme une grande quantité de chaleur et abaisse la température de l'enveloppe de l'évaporateur, et donc de la zone de l'équipement à réguler, par exemple un noyau d'un moule industriel [fig.1]. [0011] La vapeur ainsi créée génère une augmentation de pression qui provoque un écoulement de vapeur à travers une conduite (6) menant à un réservoir (7) jouant le rôle de condenseur [fig.2]. [0012] Si nécessaire, la température des parois réservoir pourra être régulée à l'aide d'un circuit conventionnel. De même, le réservoir pourra comporter un serpentin destiné à refroidir la vapeur ou le condensat. [0013] En particulier, si la température d'ébullition est inférieure à la température ambiante, il est nécessaire d'être en mesure de refroidir suffisamment le thermofluide pour qu'il parvienne au gicleur à l'état liquide. [0014] Une pompe (8) créé un débit de thermofluide condensé vers le gicleur, à travers la conduite (9) [fig.2]. [0015] Le moteur actionnant la pompe peut être piloté par une carte électronique GO) de façon à réguler la température de l'enveloppe en augmentant ou diminuant le débit de thermofluide envoyé aux gicleurs de l'évaporateur. La température de l'enveloppe de l'évaporateur est mesurée par un capteur adéquat, comme par exemple un thermocouple (11). La carte électronique (10), conçu dans l'état de la technique par l'homme de métier, est construite et étalonnée de façon adéquate et appropriée pour réguler le débit de thermofluide en fonction des indications du capteur de façon à obtenir la température souhaitée pour l'enveloppe de l'évaporateur. [0016] Une variante simplifiée de la présente invention ne comprend que l'évaporateur, le condenseur et la pompe. [0017] Une variante particulièrement compacte consiste à placer le réservoir et la pompe en ligne avec l'évaporateur, le tout étant assemblé de façon rigide, de sorte à pouvoir être monté d'un bloc dans l'équipement à proximité de la zone à réguler. [0018] Si la température de l'enveloppe est trop basse pour le thermofluide choisi, l'évaporateur fonctionne comme un échangeur classique, sans évaporation du thermofluide. De même si la température est trop haute, il fonctionne comme un échangeur 3 classique, avec le thermofluide uniquement en phase vapeur. [0019] Le remplacement du thermofluide par un autre thermofluide pour adapter le dispositif à une autre plage de température se fait en vidant le réservoir et le remplissant avec le nouveau fluide, grâce à la bonde (12). [0020] Si la température souhaitée pour la zone à thermoréguler nécessite un chauffage, le thermofluide pourra être adapter de façon à rester liquide au-dela de la température souhaitée et le réservoir comprendra un dispositif de chauffage. [0021] Avantages de l'invention : L'invention présente ces avantages qu'elle permet de réguler précisément la température d'une très petite partie d'un équipement, comme par exemple un moule industriel, même dans le cas où elle est de trop petite dimension pour pouvoir y aménager un circuit de thermorégulation conventionnel. Un autre avantage est la densité élevée du flux thermique que permet de transmettre la présente invention. Un avantage supplémentaire est la vaste plage de température qui peut être régulée. Un autre avantage est que l'évaporateur assure un flux de chaleur élevé dans toutes les positions. [0022] Une lecture attentive de la description détaillée de l'invention se référant également aux dessins qui l'accompagnent, fait apparaître d'autres avantages de la présente invention. [0023] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0024] [fig.1] présente l'évaporateur monté dans une partie d'outillage industriel, vue en coupe. [0025] [fig.2] présente le dispositif dans le mode de réalisation préféré de la présente invention. [0026] [fig.3] présente la vue en coupe d'un mode de réalisation détaillé de l'évaporateur. [0027] [fig.4] présente la vue en coupe d'une application industrielle d'un mode de réa- lisation du thermorégulateur. [0028] [fig.5] présente la vue en coupe d'une application industrielle d'un mode de réa- lisation du thermorégulateur. [0029] [fig.6] présente la vue en coupe d'une application industrielle d'un mode de réa- lisation du thermorégulateur. [0030] Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'invention : [0031] L'évaporateur (1) est constitué d'une enveloppe (3), d'un gicleur (4) et des embouts permettant la connexion des tuyaux (6) et (9) [tig.2]. [0032] L'enveloppe (3) est constituée d'un tube en acier inoxydables 316 L bouché à chaque extrémité par un disque soudé, également en acier inoxydable. Le bas de l'enveloppe est ensuite percé pour le passage du gicleur et pour l'embout de sortie de la vapeur. [0033] Le gicleur (4) est constitué d'un très fin tube en acier inoxydables 316 L, dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de l'évaporateur. Ll est inséré dans le perçage ménagé à cet effet et soudé de façon à assurer l'étanchéité à la jointure entre sa surface extérieure et la surface intérieure du perçage [fig.3]. [0034] L'embout (13) de sortie de la vapeur, constitué également d'un fin tube d'acier in- oxydable 316 L est monté de manière identique [fig.3]. [0035] Le gicleur (4) est raccordé à la pompe (8) par un tube souple en silicone (9). Le tube est silicone est fixé sur le gicleur à l'aide d'un collier de serrage [fig.2]. [0036] L'embout (13) [fig.3] est raccordé au réservoir (7) [FIG. 2] par un tube souple en silicone (6). Le tube est silicone est fixé sur l'embout à l'aide d'un collier de serrage. [0037] La pompe (8) [fig.2] est choisie par l'homme de métier dans l'état de la technique de façon à assurer un débit adapté et à être pilotée par la carte (10), parmi les pompes péristaltiques, par exemple. [0038] Le capteur de température (11) [fig.2] est un thermocouple K choisit par l'homme de métier de façon à minimiser son encombrement. [0039] La carte électronique (10) [fig.2], conçue dans l'état de la technique par l'homme de métier, est construite et étalonnée de façon adéquate et appropriée par l'homme de métier pour réguler le débit de thermofluide en fonction des indications du capteur de façon à obtenir la température souhaitée pour l'enveloppe de l'évaporateur. [0040] La composition du thermofluide est déterminée par les experts dans le domaine en fonction de la plage de température à réguler. Le thermofluide sera, par exemple, de l'Acétone pure, pour une plage de température à réguler allant de 60 °C à 80 °C [0041] Le réservoir est réalisé en acier inoxydable 316 L à partir de tôle soudée. Sa forme est parallélipèdique et il est percé de trois orifices comportant les deux embouts de raccordement et la bonde de vidange et de remplissage. Les embouts constitués de tube en acier inoxydables 316 L sont montés soudés dans les perçages ménagés à cet effet. De même la bonde comportant un bouchon vissé est choisie par l'homme de métier de façon à résister chimiquement aux composants des thermofluides. Sa partie filetée est en acier inoxydable 316 L. Elle est montée soudée dans le perçage ménagé à cet effet. [0042] La pompe (8) [fig.2] est raccordée au réservoir (7) par un tube souple en silicone. Le tube est silicone est fixé sur l'embout de sortie du réservoir à l'aide d'un collier de senage. [0043] Le tube (6) [fig.2] est également fixé sur l'embout d'entrée du réservoir à l'aide d'un collier de serrage. [0044] APPLICATIONS INDUSTRIELLES [0045] La présente invention concerne un dispositif permettant la régulation thermique localisée d'équipement et d'outillage industriel tel que, par exemple, les moules pour injection de polymère ou d'Aluminium ou les outils de forge. Il permet également la régulation thermique de très petite partie des outils ou équipement, d'usage industriel ou non. [0046] Par exemple, il permet de thermoréguler, de façon séquentielle ou continue, les seuils d'injection des moules pour injection de thermoplastique, qu'ils soient ou non munis d'une pointe chaude [fig.4] cc qui permet de réduire la durée du refroidissement de la pièce, c'est- à dire le temps de cycle. [0047] Un autre exemple d'application est la thermorégulation, de façon séquentielle ou continue, des obturateurs des seuils d'injection des moules pour injection de thermoplastique, qu'ils soient ou non munis d'une pointe chaude [fig.5], ce qui permet de réduire la durée du refroidissement de la pièce, c'est- à dire le temps de cycle. [0048] Un exemple supplémentaire d'application est la thermorégulation d'un outil de coupe destiné à la mise en forme des matériaux par enlèvement de matière [fig.6]. [0049] GLOSSAIRE (au sens du présent brevet) [0050] Bonde : Ensemble constitué d'une partie cylindrique filetée intérieurement et d'un bouchon vissé qui vient se monter sur un réservoir de façon à pouvoir remplir et vider le réservoir. [0051] Caloduc : Enceinte étanche servant au transfert de chaleur qui contient un liquide en équilibre avec sa vapeur en l'absence totale d'air ou de tout autre gaz. [0052] Condensat : Thermofluide passé de l'état de vapeur à l'état liquide [0053] Circuit de régulation conventionnel : Dispositif de thermorégulation utilisant des techniques usuelles, comme par exemple la circulation d'eau dans un ensemble de perçages ménagés dans un moule industriel. [0054] Circuit de thermorégulation conventionnel : voir circuit de régulation conventionnel. [0055] Echangeur classique : Echangeur de chaleur utilisant le transfert de chaleur entre deux fluides selon des techniques usuelles. [0056] Equipement : Ensemble technique évolué, à usage industriel ou non, comme, par exemple, un moule, un automate, une machine ou un moteur. [0057] Outillage : Equipement industriel servant à la mise en forme d'un matériau. [0058] Outil : voir outillage. [0059] Régulation thermique : Régulation de la température de toute ou partie d'un équipement, comme un moule industriel, par exemple [0060] Serpentin : Echangeur de chaleur constitué d'un tuyau coudé plusieurs fois ou enroulé sur lui-même. [0061] Thermofluide : Fluide servant à réaliser la thermorégulation, grâce à son changement de température ou son changement d'état. [0062] Thermorégulateur: Dispositif visant à réguler la température de tout ou partie d'un équipement industriel ou d'usage général. [0063] Thermorégulation : voir régulation thermique. [0064] Zone : partie d'un ensemble, outil ou équipement, d'usage industriel ou non. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif de thermorégulation d'outil et d'équipement, comprenant un évaporateur. Le dispositif est caractérisé notamment par la très petite taille de l'évaporateur, ce qui permet de thermoréguler des zones très restreinte de l'équipement. Le dispositif est également caractérisé par un évaporateur (1) à l'intérieur duquel un ou plusieurs gicleurs (4) projette un thcrinofluidc à l'état liquide (5) sur une ou plusieurs parois intérieures de l'évaporateur. Ce thermofluidc dont l'évaporation refroidit la- ou les-dites parois intérieures, permet de refroidir la zone dc l'équipement dans lequel l'évaporateur est partiellement ou compiétement encastré. Le dispositif est également caractérisé par le fait que l'évaporateur est relié au condenseur (7) par deux conduites (6) et (9) flexibles ou rigides, ledit condenseur (7) pouvant être situé hors de l'équipement à thermoréguler. [Revendication 2] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par le pilotage de la pompe (8) de façon à ajuster le débit du thermofluide ce qui permet de réguler la température de la zone à thermoréguler. [Revendication 3] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par l'utilisation d'un thermocouple pour mesurer la température de la zone à réguler. [Revendication 4] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par sa compacité qui permet de monter l'ensemble évaporateur, réservoir et pompe dans l'outillage ou l'équipement, à l'intérieur de la zone à thermoréguler ou à proximité immédiate de celle-ci. [Revendication 5] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par la possibilité de réguler ou non le débit de la pompe (8) alimentant le gicleur (4), ou les gicleurs (4), à l'aide d'une carte électronique (10) et d'un capteur de température (11), de façon à piloter ainsi la température de la zone à thermoréguler. [Revendication 6] Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour thermoréguler, de façon séquentielle ou continue, le seuil d'injection d'un moule industriel pour la mise en forme par injection des thermoplastiques. [Revendication 7] Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour thermoréguler de façon séquentielle ou continue, les obturateurs des seuils d'injection d'un moule industriel pour la mise en forme par injection des thermoplastiques. [Revendication 8] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par l'utilisation d'un mélange de corps chimiquement purs. 7 [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par la forme cylindrique de l'évaporateur et le diamétre inférieur à 3 mm des parois extérieures dudit évaporateur. Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour pour thermoréguler des parties de moules industriels. Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour thermoréguler des parties d'outils industriels de mise en forme par déformation plastique; Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour thermoréguler des parties de moteur. Utilisation du dispositif selon la revendication (1) pour thermoréguler des parties d'outil de mise en forme par enlévernent de matière, comme, par exemple, des outils de tournage. Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par un évaporateur de forme paral iped igue.