CA1307931C - Procede et tunnel de refroidissement - Google Patents
Procede et tunnel de refroidissementInfo
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- CA1307931C CA1307931C CA000511228A CA511228A CA1307931C CA 1307931 C CA1307931 C CA 1307931C CA 000511228 A CA000511228 A CA 000511228A CA 511228 A CA511228 A CA 511228A CA 1307931 C CA1307931 C CA 1307931C
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
- F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Abstract
Ce tunnel comprend un tube dans lequel sont empilées des pièces à refroidir, et une chambre intermédiaire entourant ce tube et autour de laquelle est dispose un échangeur de chaleur. De l'azote liquide est vaporise de bas en haut dans l'échangeur, redescend dans la chambre et remonte dans le tube, l'admission d'azote liquide étant commandée par une sonde de température. Application à l'emmanchement à froid de pièces dans l'industrie mécanique.
Description
La presente invention est relative à un procede et ~ un tunnel de refroidissement et s'applique en particulier au refroidissement d'une succession de pièces individuelles destinees par exemple à être emmanch~es à froid dbns d'autres organes.
Il est connu de refroidir des pièces pour les contracter avant leur emmanchem~lt. L'utilisation d'un groupe frigorifique ne permettant pas d'obtenir des temperatures inferieures à - 60C, ce qui est souvent insuffisant, il a ete propose de tremper les pièces dans un liquide cryogenique tel que l'azote liquide.
Cependant, ce procede est coûteux, car il conscm~e de grandes quantites d'azote liquide, dont les proprietes refrigerantes ne sont pas utilisees de façon optimale.
- L'invention a pour but de fournir un appareil de refroidissement permettant d'obtenir une large gamme de temperatures de refroidissement au prix d'une consommation reduite en liquide cryogénique.
A cet effet, l'invention a pour objet un proced~ de refroidissement, caracterise en ce qu'on forme une colonne de la matière ; à refroidir dans un tube ouvert vers :Le haut ; on refroidit cette colonne par vap~risation d'un liquide cryogenique ~ l'exterieur de ce tube puis injection du gaz resuLtant au voisinage de la base de la colonne ; on - fait circuler ce gaz de has en haut dans le tube ; et l'on extraitprogressivement la matière refroidie par gravite par le bas du tube.
L'inve~tion a ~galement pour obiet un tunnel de refroidissement destine à la mise en oeuvre d'un tel proc~de. Ce tunnel est caracterise en oe qu'il co~prend un tube presentant une ouverture superieure d'alimentation en matière à refroidir et une ouverture inferieure d'evacuation par gravite de la matière refroidie, et un echangeur de ` chaleur co-axial à ce tube et dispose à l'exterieur de celui-ci, cet - 30 echAngeur comportant un conduit dont une extremite d'entree est reliee à
une source d'un liquide c~yogenique et dont l'extremite de sortie communique par des lumières aver le tube au voisinage de son extremute inferieure.
Un exemple de realisation de 1'invention va maintenant être d~ecrit en regard du dessin annexe, sur lequel :
- la figure l est une vue en coupe verticale d'un tunnel de refroidissement conforme à l'invention ;
g~
Il est connu de refroidir des pièces pour les contracter avant leur emmanchem~lt. L'utilisation d'un groupe frigorifique ne permettant pas d'obtenir des temperatures inferieures à - 60C, ce qui est souvent insuffisant, il a ete propose de tremper les pièces dans un liquide cryogenique tel que l'azote liquide.
Cependant, ce procede est coûteux, car il conscm~e de grandes quantites d'azote liquide, dont les proprietes refrigerantes ne sont pas utilisees de façon optimale.
- L'invention a pour but de fournir un appareil de refroidissement permettant d'obtenir une large gamme de temperatures de refroidissement au prix d'une consommation reduite en liquide cryogénique.
A cet effet, l'invention a pour objet un proced~ de refroidissement, caracterise en ce qu'on forme une colonne de la matière ; à refroidir dans un tube ouvert vers :Le haut ; on refroidit cette colonne par vap~risation d'un liquide cryogenique ~ l'exterieur de ce tube puis injection du gaz resuLtant au voisinage de la base de la colonne ; on - fait circuler ce gaz de has en haut dans le tube ; et l'on extraitprogressivement la matière refroidie par gravite par le bas du tube.
L'inve~tion a ~galement pour obiet un tunnel de refroidissement destine à la mise en oeuvre d'un tel proc~de. Ce tunnel est caracterise en oe qu'il co~prend un tube presentant une ouverture superieure d'alimentation en matière à refroidir et une ouverture inferieure d'evacuation par gravite de la matière refroidie, et un echangeur de ` chaleur co-axial à ce tube et dispose à l'exterieur de celui-ci, cet - 30 echAngeur comportant un conduit dont une extremite d'entree est reliee à
une source d'un liquide c~yogenique et dont l'extremite de sortie communique par des lumières aver le tube au voisinage de son extremute inferieure.
Un exemple de realisation de 1'invention va maintenant être d~ecrit en regard du dessin annexe, sur lequel :
- la figure l est une vue en coupe verticale d'un tunnel de refroidissement conforme à l'invention ;
g~
2 1 307931 - la figure 2 est une vue analogue de l'extremite inferieure du tunnel, dans une autre phase de son fonctionnement ;
- la figure 3 est une vue d'un autre mode de realisation du tunnel suivant l'invention, prise en coupe transversale suivant la ligne III -III de la figure 4 ; et - la figure 4 est une vue en coupe longitud;n~1e, prise suivant la ligne IV - IV de la figure 3, de la partie inferieure de ce tunnel.
Le tunnel represente à la figure 1 est destine au refroidissenlent d'une succession de bagues A, par exe~ple de guides de ; 10 soupapes, destinées à être emmanchees à froid dans des culasses de teurs d'automabile. Ce tunnel, de forme generale de revolution autour : d'un axe vertical X-X, ccmprend un tube central 1 entoure d'un second tube 2, un echangeur de chaleur 3 dispose autour du tube 2, un dispositif 4 d'obturation de l'extremite inferieure du tube l, et une isolation thermique S contenue dans une enveloppe exterieure 6.
Le tube 1, qui est adapte pour entourer les bagues A avec un jeu notable, est ouvert à ses deux extremites ; il delimite avec le bube - 2 une chambre annulaire inteLmediaire 7 obturee a ses deux extr~mites par des bouchons appropries superieur 8 et inferieur 9, ce dernier etant en une matière thermiquement isolante. Le tube 1 comporte une couronne d'orifices lO situee un peu au-dessus du bouchon 9.
L'echangeur de chaleur 3 est: dispose dans la region mkdiane du tube 2 et s'~tend sur une partie de la longueur de ce tube. Il est constitue d'un fil 11 enroule helico~dalement autour du tube 2 et serr~
entxe ce tube et un carter etanche 12. Le fil 11 delimite ainsi dans le carter 12 un conduit h~licoidal 13 dont l'extremit~ inferieure est reliee ~ une conduite 14 d' a ~e d'azote liquide com~andee par une electrovanne ; 15, tandis que 1'extremite sup~rieure du conduit 13 communique avec la chambre 7 par une couronne d'orifices 16.
~: 30 L'isolation 5 peut 8tre constituee d'une matiere isolante, par exemple d'une mousse de matière plastique, qui emplit l'espace d~limite par le carter 12, les parties superieure et inferieure du tube 2 et l~enveloppe 6.
Une sonde de tempera~l.re 17 traverse l'enveloppe 6, l'isolation 35 5 et le tube 2 et penètre dans la chambre 7, au m veau des orifices 10.
Cette sonde commande l'ouverture ou la fermeture de l'electrovanne 15 en .
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- la figure 3 est une vue d'un autre mode de realisation du tunnel suivant l'invention, prise en coupe transversale suivant la ligne III -III de la figure 4 ; et - la figure 4 est une vue en coupe longitud;n~1e, prise suivant la ligne IV - IV de la figure 3, de la partie inferieure de ce tunnel.
Le tunnel represente à la figure 1 est destine au refroidissenlent d'une succession de bagues A, par exe~ple de guides de ; 10 soupapes, destinées à être emmanchees à froid dans des culasses de teurs d'automabile. Ce tunnel, de forme generale de revolution autour : d'un axe vertical X-X, ccmprend un tube central 1 entoure d'un second tube 2, un echangeur de chaleur 3 dispose autour du tube 2, un dispositif 4 d'obturation de l'extremite inferieure du tube l, et une isolation thermique S contenue dans une enveloppe exterieure 6.
Le tube 1, qui est adapte pour entourer les bagues A avec un jeu notable, est ouvert à ses deux extremites ; il delimite avec le bube - 2 une chambre annulaire inteLmediaire 7 obturee a ses deux extr~mites par des bouchons appropries superieur 8 et inferieur 9, ce dernier etant en une matière thermiquement isolante. Le tube 1 comporte une couronne d'orifices lO situee un peu au-dessus du bouchon 9.
L'echangeur de chaleur 3 est: dispose dans la region mkdiane du tube 2 et s'~tend sur une partie de la longueur de ce tube. Il est constitue d'un fil 11 enroule helico~dalement autour du tube 2 et serr~
entxe ce tube et un carter etanche 12. Le fil 11 delimite ainsi dans le carter 12 un conduit h~licoidal 13 dont l'extremit~ inferieure est reliee ~ une conduite 14 d' a ~e d'azote liquide com~andee par une electrovanne ; 15, tandis que 1'extremite sup~rieure du conduit 13 communique avec la chambre 7 par une couronne d'orifices 16.
~: 30 L'isolation 5 peut 8tre constituee d'une matiere isolante, par exemple d'une mousse de matière plastique, qui emplit l'espace d~limite par le carter 12, les parties superieure et inferieure du tube 2 et l~enveloppe 6.
Une sonde de tempera~l.re 17 traverse l'enveloppe 6, l'isolation 35 5 et le tube 2 et penètre dans la chambre 7, au m veau des orifices 10.
Cette sonde commande l'ouverture ou la fermeture de l'electrovanne 15 en .
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3 1 307~31 fonction de la temFerature capbee, par l'intermkdiaire d'un coffret de regulatiQn 18.
~ e dispositif d'obturation 4, realise en mat.ière plastique, ccmprend une plaque horizontale fixe 19 pourvue d'une ouverture 20 decalee par rapport à l'axe X-X, et une plaq~e-tiroir 21 dont l'epaissel~r est egale à celle d'une bague A et qui peut coulisser entre la plaque 19 et la face inferieure du bouchon 9 sous l'action d'un verin (non represente~. Cette plaque-t~roir comporte une ouverture 22 qui, comme l'ouverture 20, a un diamètre sensiblement egal au dian`etre interieur du tube 1 ; elle peut coulisser entre deux positions dans l'une de~quelles (figure 1) l'ouverture 22 se trouve en regard du tibe 1 et d'une region pleine de la plaque 19, tandis que dans l'autre position (figure 2), cette ouverture se trouve à l'aplomb de l'ouverture 20.
En fonctionnement, on empile des bagues A à plat dans le tube 1, sur à peu pr~s toute la hauteur de celui-c.i, et l'on ouvre l'electrova~ne 15. De l'azote liquide p~nètre par la conduite 14 dans le conduit 13, s'y vaporise et p~nètre sous forme gæ euse dans la chambre interm~diaire 7 par les orifices 16. ~ns la chambre 7, l'azote gazeux se rechauffe en cedant du froid au tube 1 et aux bagues A et circule de haut en bas. Ainsi, c'est de l'azote punement gazeux qui penètre par les orifices 10 dans le tube 1, entre celui-ci et les bagues A, et y remonte en se rechauffant progressivement, pour être evacue par l'extr~mite superieure du tube 1. Lorsque, comme dans l'exemple decrit, les pi~ oes à
refroidir sont des bagues ou, plus generalenent, des pieces alasees, i1 est avantageux de prevoir dans la face superieure du tiroir 21 et/ou de la pla~ue 19 un rainurage 23 qui, quelle que soit la position du tiroir, se trcuve à l'aplomb du tube 1, sous la bague A inferieure, et permet à
l'azote de penetrer ~ l'interieur das alesages des bagues.
Après une phas~e transiboire de mise en froid, la sonde 17 detecte une temperature froide de consigne et oommence à assurer une regulation de l'alimentation en azote liquide par une ccmmande appropriée de l'électrcvanne lS.
Ainsi, les bagues A situ~es au bas du tube 1 sont refroidies jusqu'à la temperature froide desiree, par exemple comprise entre -60C
et -170C. On les extrait una à une du tunnel en amenant alternativement le tiroir 21 dans la p~sition de la figure 1, où une bague A tombe dans l 3n7s3~
1'ouverture 19, et dans celle de la fig~re 2, où cette bague tcmbe à
travers l'ouver~ure 20 dans un dispositif de reception non represente.
Grâce ~ l'agencement decrit ci-dessus, on utilise au mieux, pour refroidir les bagues A, la chaleur de vaporisation de l'azote liquid~ 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 refroidisse~ent efficace, à contre-courant, ~e la pile de bagues A tout en assurant qu'aucune perte d'azote liquide ne se prodllira à travers le dispositif d'obturation 4, puisque seul de l'azote gazeux pen~tre dans le tuke 1 par les orifices 10.
Il est à noter que lorsque l'electrovanne 15 est ouverte, les bagues A sont mauntenues sous atmosphère d'azote, ce qui ~evite la presence d'humidite ou de gla oe sur ces pièces. A cet egard, il est avantageux de mLnir l'electrovanne d'un by-pass etrangle 24 pour assurer une circulation permanente d'azote de bas en haut dans le tube 1, m~e pendant les periodes de fermeture de l'electrovanne.
Ainsi, l'appareil est sollple, facilement autcmatisable et permet d'obtenir avec precision la te~Ferature d'emmanchement desiree avec une consommation reduite d'azote liquide.
20Il est à noter que grâce c~ la disposition de l'echangeur de chaleur 3 ~ l'exterieur du tuke 2, il est possible de disposer dans ce dernier differents tubes 1, ayant des sections droites de formes et de dimensions vari~es, adaptes à la forme et aux dimensions des objets à
refroidir. En d'autres termes, la majeure partie de l'appareil est ~-~ 25 standard pour de nambreuses applications.
Pour garantir que l'azote est entièrement vaporise lorsqu'il atteint les orifices 10, on peut e~plir la chambre 7 d'un garnissage du type vrac (billes, anneaux "Dixxon"~ ou autre (grillage, eponge metallique), ou encore prevoir dans cette chambre des ailettes formant chicanes. Lorsque ce garnissage ou ces ailettes sont en un materiau thermiquement conducteur, ils presentent en outre l'avantage d'ameliorer l'echange de chaleur entre l'azote et les objets à refroidir.
Le tunnel des fiyures 1 et 2 est plus particulièrement adapt~
au cas o~ l'isolation thermique 5 n'est pas sous vide. En effet, on peut 35 alors ~enmer l'espace dlinterparoi correspondant sans faire intervenir de piece metllligue formant pont thermique entre l'extramite inferieure de .
' ' -.
l'appareil, qui est à la temperature ambiante, et l'emplacement des orifi oe s 10, gui est à la temperature basse de consigne.
Dans le cas d'une isolation 5 sous vide, il est preferable de ~; realiser la partie m f~rieure du tunnel de la manière representee aux figures 3 et 4 : le tube central 1 a une section rectangulaixe pour recevoir avec jeu les bagues A sur chant, alors que le tube 2 reste à
section circulaire. Les tubes 1 et 2 sont prolonges vers le bas sur une ~ distance substantielle, par exemple sur 10 à 20 cm, au-dessous des; orifioe s 10. L'extremite mferieure du tube 2 est relie~e par une bague soudee 24 ~ oelle de l'enveloppe ext8rieure 6. Comme aux figures 1 et 2, l'espace annulaire delimit8 entre les tubes 1 et 2 est rempli d'un bouchon 9 en matière isolante, par exemple d'une mousse, au-dessous des orifioe s 10. En variante, on peut arrêter le tube 1 juste au-dessous des orifioe s 10 et en engager l'extr~mit8 inferieure dans l'extr3~ite superieure du bouchon 9, lequel est alors conform8 int8rieurement suivant la m&me section.
Le tiroir 21 est ple.in et coulisse horizontalement, 50US
l'action d'un verin 25, contre la face inf8rieure du bouchon 9. Il ne - sert qu'à obturer le tube 1. Pour 8v~cuer une par une les bagues A, il est pr8vu deux doigts horizontaux, supl~rieur 26 et inferieur 27, guid8s à coulissement horizontal dans des travers8es 28 de l'isolation 5 et actionn8s par des verins respectifs 29~ 30. Ces deux doigts sont contenus dans le plan vertical des bagues A, espaces d'un diamètre de bague A, et - le -doigt 27 est situ8 legarement au-dessus des orifioe s 10. Le tube 1 comporte un orifi oe de passage pour chacun des deux doigts.
n a egalement repr8s~nté aux figures 3 et 4 le gar~issage 31 dont il a ete question plus haut et qui emplit l'espace situe entre les tubes 1 et 2 et au-dessus du bouchon 9.
Dans la position repr8sentee, le tiroir 21 est ferm8 ; le doigt inferieur 27 penètre dans le tube 1, tandis que le doigt sup~rieur 26 est r8tracte et ne fait pas saillie dans ce tube. ~a colonne de bagues A
s'appuie donc sur le doigt 27. L'azote vaporise penètre dans le tube 1 par les orifices 10, juste au-dessous de la bague A inferieure, et refroidit toutes les bagues ~ contre-oourant.
Pour lib~rer la bague inferieure, on met en extension le doigt 26, qui pen~tre dans le tube 1 et vient retenir la seconde bague. En ne^me temps ou juste apr~s, on ouvre le tiroir 21 et on retracte le doigt 27.
1 307~31 La bague inferieure, refroidie à la temperature de consigne gr~ce à sa position d'attente adjacente aux orifices 10, tombe alors hors du tunnel~
dans un dispositif de reception approprie (non represent )~ Puis on - referme le tiroir 21, on remet le doigt 27 en extensiol~ et on r~tracte le doigt 26, de sorte que la colonne de bagues descend d'un cran, et un nouveau cycle se repète. Ccmme on le ~omprend, l'ense~ble du fonctionnement peut être facilement automatise.
Pour eviter un appel intempestif d'azote liquide, une securite assure la fermeture de l'electrovanne 15 lorsque le tiroir 21 est ouvert.
Dans ce mode de realisation, les per~es de chaleur sont reduites gra oe ~ l'éloignement des orifices 10 de la sortie du tunnel, et chaque bague est maintenue neanmoins à la temperature froide de consigne ` jusqu'à son evacuation de l'appareil.
L'invention s'applique au refroidissement de divers types de pièces mecaniques destinees à être emmanchees à froid (guides et siè~es de soupapes, pignons,...) et peut s'etendre au refroidissement de matières en vrac ; dans ce dernier cas, le dispositif d'obturation et de retenue 4 ou 21-26-27 peut être supprime, la matiare refroidie s'appuyant sur un talus contenu dans un re~ptacle d'evacuation approprie se raccordant de fa~on etanche à la partie inferieure de l'enveloppe exterieure 6 ou du tube 1. Il serait ~galement possible, dans le même cas, de remplacer le dispositif d'obturation et de retenue par un dispositif doseur etanche tel qu'une vanne rotative à alveoles, bien que ; le dispositif 4 des figures 1 et 2 puisse egalement jouer ce rôle.
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~ e dispositif d'obturation 4, realise en mat.ière plastique, ccmprend une plaque horizontale fixe 19 pourvue d'une ouverture 20 decalee par rapport à l'axe X-X, et une plaq~e-tiroir 21 dont l'epaissel~r est egale à celle d'une bague A et qui peut coulisser entre la plaque 19 et la face inferieure du bouchon 9 sous l'action d'un verin (non represente~. Cette plaque-t~roir comporte une ouverture 22 qui, comme l'ouverture 20, a un diamètre sensiblement egal au dian`etre interieur du tube 1 ; elle peut coulisser entre deux positions dans l'une de~quelles (figure 1) l'ouverture 22 se trouve en regard du tibe 1 et d'une region pleine de la plaque 19, tandis que dans l'autre position (figure 2), cette ouverture se trouve à l'aplomb de l'ouverture 20.
En fonctionnement, on empile des bagues A à plat dans le tube 1, sur à peu pr~s toute la hauteur de celui-c.i, et l'on ouvre l'electrova~ne 15. De l'azote liquide p~nètre par la conduite 14 dans le conduit 13, s'y vaporise et p~nètre sous forme gæ euse dans la chambre interm~diaire 7 par les orifices 16. ~ns la chambre 7, l'azote gazeux se rechauffe en cedant du froid au tube 1 et aux bagues A et circule de haut en bas. Ainsi, c'est de l'azote punement gazeux qui penètre par les orifices 10 dans le tube 1, entre celui-ci et les bagues A, et y remonte en se rechauffant progressivement, pour être evacue par l'extr~mite superieure du tube 1. Lorsque, comme dans l'exemple decrit, les pi~ oes à
refroidir sont des bagues ou, plus generalenent, des pieces alasees, i1 est avantageux de prevoir dans la face superieure du tiroir 21 et/ou de la pla~ue 19 un rainurage 23 qui, quelle que soit la position du tiroir, se trcuve à l'aplomb du tube 1, sous la bague A inferieure, et permet à
l'azote de penetrer ~ l'interieur das alesages des bagues.
Après une phas~e transiboire de mise en froid, la sonde 17 detecte une temperature froide de consigne et oommence à assurer une regulation de l'alimentation en azote liquide par une ccmmande appropriée de l'électrcvanne lS.
Ainsi, les bagues A situ~es au bas du tube 1 sont refroidies jusqu'à la temperature froide desiree, par exemple comprise entre -60C
et -170C. On les extrait una à une du tunnel en amenant alternativement le tiroir 21 dans la p~sition de la figure 1, où une bague A tombe dans l 3n7s3~
1'ouverture 19, et dans celle de la fig~re 2, où cette bague tcmbe à
travers l'ouver~ure 20 dans un dispositif de reception non represente.
Grâce ~ l'agencement decrit ci-dessus, on utilise au mieux, pour refroidir les bagues A, la chaleur de vaporisation de l'azote liquid~ 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 refroidisse~ent efficace, à contre-courant, ~e la pile de bagues A tout en assurant qu'aucune perte d'azote liquide ne se prodllira à travers le dispositif d'obturation 4, puisque seul de l'azote gazeux pen~tre dans le tuke 1 par les orifices 10.
Il est à noter que lorsque l'electrovanne 15 est ouverte, les bagues A sont mauntenues sous atmosphère d'azote, ce qui ~evite la presence d'humidite ou de gla oe sur ces pièces. A cet egard, il est avantageux de mLnir l'electrovanne d'un by-pass etrangle 24 pour assurer une circulation permanente d'azote de bas en haut dans le tube 1, m~e pendant les periodes de fermeture de l'electrovanne.
Ainsi, l'appareil est sollple, facilement autcmatisable et permet d'obtenir avec precision la te~Ferature d'emmanchement desiree avec une consommation reduite d'azote liquide.
20Il est à noter que grâce c~ la disposition de l'echangeur de chaleur 3 ~ l'exterieur du tuke 2, il est possible de disposer dans ce dernier differents tubes 1, ayant des sections droites de formes et de dimensions vari~es, adaptes à la forme et aux dimensions des objets à
refroidir. En d'autres termes, la majeure partie de l'appareil est ~-~ 25 standard pour de nambreuses applications.
Pour garantir que l'azote est entièrement vaporise lorsqu'il atteint les orifices 10, on peut e~plir la chambre 7 d'un garnissage du type vrac (billes, anneaux "Dixxon"~ ou autre (grillage, eponge metallique), ou encore prevoir dans cette chambre des ailettes formant chicanes. Lorsque ce garnissage ou ces ailettes sont en un materiau thermiquement conducteur, ils presentent en outre l'avantage d'ameliorer l'echange de chaleur entre l'azote et les objets à refroidir.
Le tunnel des fiyures 1 et 2 est plus particulièrement adapt~
au cas o~ l'isolation thermique 5 n'est pas sous vide. En effet, on peut 35 alors ~enmer l'espace dlinterparoi correspondant sans faire intervenir de piece metllligue formant pont thermique entre l'extramite inferieure de .
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l'appareil, qui est à la temperature ambiante, et l'emplacement des orifi oe s 10, gui est à la temperature basse de consigne.
Dans le cas d'une isolation 5 sous vide, il est preferable de ~; realiser la partie m f~rieure du tunnel de la manière representee aux figures 3 et 4 : le tube central 1 a une section rectangulaixe pour recevoir avec jeu les bagues A sur chant, alors que le tube 2 reste à
section circulaire. Les tubes 1 et 2 sont prolonges vers le bas sur une ~ distance substantielle, par exemple sur 10 à 20 cm, au-dessous des; orifioe s 10. L'extremite mferieure du tube 2 est relie~e par une bague soudee 24 ~ oelle de l'enveloppe ext8rieure 6. Comme aux figures 1 et 2, l'espace annulaire delimit8 entre les tubes 1 et 2 est rempli d'un bouchon 9 en matière isolante, par exemple d'une mousse, au-dessous des orifioe s 10. En variante, on peut arrêter le tube 1 juste au-dessous des orifioe s 10 et en engager l'extr~mit8 inferieure dans l'extr3~ite superieure du bouchon 9, lequel est alors conform8 int8rieurement suivant la m&me section.
Le tiroir 21 est ple.in et coulisse horizontalement, 50US
l'action d'un verin 25, contre la face inf8rieure du bouchon 9. Il ne - sert qu'à obturer le tube 1. Pour 8v~cuer une par une les bagues A, il est pr8vu deux doigts horizontaux, supl~rieur 26 et inferieur 27, guid8s à coulissement horizontal dans des travers8es 28 de l'isolation 5 et actionn8s par des verins respectifs 29~ 30. Ces deux doigts sont contenus dans le plan vertical des bagues A, espaces d'un diamètre de bague A, et - le -doigt 27 est situ8 legarement au-dessus des orifioe s 10. Le tube 1 comporte un orifi oe de passage pour chacun des deux doigts.
n a egalement repr8s~nté aux figures 3 et 4 le gar~issage 31 dont il a ete question plus haut et qui emplit l'espace situe entre les tubes 1 et 2 et au-dessus du bouchon 9.
Dans la position repr8sentee, le tiroir 21 est ferm8 ; le doigt inferieur 27 penètre dans le tube 1, tandis que le doigt sup~rieur 26 est r8tracte et ne fait pas saillie dans ce tube. ~a colonne de bagues A
s'appuie donc sur le doigt 27. L'azote vaporise penètre dans le tube 1 par les orifices 10, juste au-dessous de la bague A inferieure, et refroidit toutes les bagues ~ contre-oourant.
Pour lib~rer la bague inferieure, on met en extension le doigt 26, qui pen~tre dans le tube 1 et vient retenir la seconde bague. En ne^me temps ou juste apr~s, on ouvre le tiroir 21 et on retracte le doigt 27.
1 307~31 La bague inferieure, refroidie à la temperature de consigne gr~ce à sa position d'attente adjacente aux orifices 10, tombe alors hors du tunnel~
dans un dispositif de reception approprie (non represent )~ Puis on - referme le tiroir 21, on remet le doigt 27 en extensiol~ et on r~tracte le doigt 26, de sorte que la colonne de bagues descend d'un cran, et un nouveau cycle se repète. Ccmme on le ~omprend, l'ense~ble du fonctionnement peut être facilement automatise.
Pour eviter un appel intempestif d'azote liquide, une securite assure la fermeture de l'electrovanne 15 lorsque le tiroir 21 est ouvert.
Dans ce mode de realisation, les per~es de chaleur sont reduites gra oe ~ l'éloignement des orifices 10 de la sortie du tunnel, et chaque bague est maintenue neanmoins à la temperature froide de consigne ` jusqu'à son evacuation de l'appareil.
L'invention s'applique au refroidissement de divers types de pièces mecaniques destinees à être emmanchees à froid (guides et siè~es de soupapes, pignons,...) et peut s'etendre au refroidissement de matières en vrac ; dans ce dernier cas, le dispositif d'obturation et de retenue 4 ou 21-26-27 peut être supprime, la matiare refroidie s'appuyant sur un talus contenu dans un re~ptacle d'evacuation approprie se raccordant de fa~on etanche à la partie inferieure de l'enveloppe exterieure 6 ou du tube 1. Il serait ~galement possible, dans le même cas, de remplacer le dispositif d'obturation et de retenue par un dispositif doseur etanche tel qu'une vanne rotative à alveoles, bien que ; le dispositif 4 des figures 1 et 2 puisse egalement jouer ce rôle.
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Claims (19)
1. Procédé de refroidissement de matière, caractéri-sé en ce qu'on forme une colonne de la matière à refroidir dans un tube ouvert vers le haut; on vaporise un liquide cryogénique à l'extérieur de ce tube, et l'on génère ainsi un gaz refrigérant;
on fait circuler le gaz résultant de haut en bas autour du tube, puis on l'injecte dans ce tube, au voisinage de la base de la colonne, puis l'on fait circuler ce gaz de bas en haut dans le tube;
et l'on extrait progressivement la matière refroidie par gravité
par le bas du tube.
on fait circuler le gaz résultant de haut en bas autour du tube, puis on l'injecte dans ce tube, au voisinage de la base de la colonne, puis l'on fait circuler ce gaz de bas en haut dans le tube;
et l'on extrait progressivement la matière refroidie par gravité
par le bas du tube.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que l'on effectue ladite vaporisation par échange de chaleur entre le liquide cryogénique et ledit gas circulant de haut en bas.
en ce que l'on effectue ladite vaporisation par échange de chaleur entre le liquide cryogénique et ledit gas circulant de haut en bas.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce qu'on fait circuler de bas en haut le liquide cryogénique en cours de vaporisation.
en ce qu'on fait circuler de bas en haut le liquide cryogénique en cours de vaporisation.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on régule l'alimentation en liquide cryogénique de façon à maintenir à une température froide détermi-née le gaz injecté dans le tube.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on extrait la matière refroidie par charges successives et l'on obture l'extrémité inférieure du tube entre les périodes d'extraction.
6. Tunnel de refroidissement pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: un tube qui présente une ouverture supérieure d'alimentation en matière à refroidir et une ouverture infé-rieure d'évacuation par gravité de la matière refroidie; une chambre intermédiaire à circulation descendante de fluide obturée à ses deux extrémités et entourant coaxialement le tube; et un échangeur de chaleur co-axial au tube et disposé
à l'extérieur de ladite chambre, cet échangeur comportant une extrémité d'entrée inférieure reliée à une source d'un liquide cryogénique et une extrémité de sortie supérieure débouchant dans la chambre intermédiaire, cette dernière communiquant par des lumières avec le tube au voisinage de l'extrémité inférieure de celui-ci.
à l'extérieur de ladite chambre, cet échangeur comportant une extrémité d'entrée inférieure reliée à une source d'un liquide cryogénique et une extrémité de sortie supérieure débouchant dans la chambre intermédiaire, cette dernière communiquant par des lumières avec le tube au voisinage de l'extrémité inférieure de celui-ci.
7. Tunnel suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre intermédiaire contient un garnissage ou des chicanes.
8. Tunnel suivant la revendication 7, caractérisé
en ce que le garnissage ou les chicanes sont en une matière thermiquement conductrice.
en ce que le garnissage ou les chicanes sont en une matière thermiquement conductrice.
9. Tunnel suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde de température adaptée pour capter la température du fluide de refroidissement au niveau desdites lumières, et une électrovanne de commande de l'alimentation de l'échangeur en liquide cryogénique commandée par cette sonde de température.
10. Tunnel suivant la revendication 9, caractérisé
en ce que l'électrovanne est munie d'un by-pass étranglé.
en ce que l'électrovanne est munie d'un by-pass étranglé.
11. Tunnel suivant la revendication 6, caractérisé
en ce qu'il comprend des moyens d'obturation de l'ouverture infé-rieure du tube.
en ce qu'il comprend des moyens d'obturation de l'ouverture infé-rieure du tube.
12. Tunnel suivant la revendication 11, caractérisé
en ce que lesdits moyens d'obturation comprennent des moyens d'évacuation de charges successives de la matière refroidie.
en ce que lesdits moyens d'obturation comprennent des moyens d'évacuation de charges successives de la matière refroidie.
13. Tunnel suivant la revendication 12, caractérisé
en ce que lesdits moyens d'obturation comprennent un tiroir mobile entre l'extrémité inférieure du tunnel et une plaque de guidage fixe et présentant une ouverture qui, flans une première position du tiroir, se trouve en regard de l'ouverture inférieure du tube et d'une partie pleine de ladite plaque et qui, dans une seconde position du tiroir, se trouve en regard d'une ouverture de cette plaque.
en ce que lesdits moyens d'obturation comprennent un tiroir mobile entre l'extrémité inférieure du tunnel et une plaque de guidage fixe et présentant une ouverture qui, flans une première position du tiroir, se trouve en regard de l'ouverture inférieure du tube et d'une partie pleine de ladite plaque et qui, dans une seconde position du tiroir, se trouve en regard d'une ouverture de cette plaque.
14. Tunnel suivant la revendication 6, pour le refroidissement d'une succession de pièces individuelles caractérisé en ce que la section du tube épouse avec un jeu notable la section desdites pièces individuelles.
15. Tunnel suivant les revendications 13 ou 14, pour le refroidissement d'un empilage de pièces alésées, caractérisé en ce que la face supérieure du tiroir présente un rainurage qui, dans ladite seconde position du tiroir, se trouve en regard du tube.
16. Tunnel suivant les revendications 13 ou 14, pour le refroidissement d'un empilage de pièces alésées caractérisé en ce que la face supérieure du tiroir présente un rainurage qui, dans ladite seconde position du tiroir, se trouve en regard du tube, et en ce que la face supérieure de la plaque de guidage présente un rainurage situé à l'aplomb du tube.
17. Tunnel suivant la revendication 12, pour le refroidissement d'une succession de pièces individuelles, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour retenir sélectivement la pièce inférieure au voisinage desdites lumières, et des moyens pour retenir sélectivement la pièce située immédiatement au-dessus.
18. Tunnel suivant la revendication 17, caractérisé
en ce que le passage défini par le tube est prolongé, avec la même section, sur une certaine distance au-dessous desdites lumières.
en ce que le passage défini par le tube est prolongé, avec la même section, sur une certaine distance au-dessous desdites lumières.
19. Tunnel suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'axe du tube est vertical.
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