FR3095034A1 - Micro thermoregulator for molds and tools - Google Patents
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Abstract
Dispositif de thermorégulation d’outil et d’équipement, caractérisé 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 à l’intérieur duquel un ou plusieurs gicleur projette un thermofluide à l’état liquide sur une paroi intérieure, thermofluide dont l’évaporation refroidit ladite parois intérieures, ce permet de refroidir la zone de l’équipement dans lequel l’évaporateur est partiellement encastré. Le dispositif est également caractérisé par la possibilité de réguler le débit de la pompe alimentant le gicleur à l’aide d’une carte électronique et d’un capteur de température, de façon à piloter ainsi la température de la zone à thermoréguler.Tool and equipment thermoregulation device, characterized by the very small size of the evaporator, which allows thermoregulation of very small areas of the equipment. The device is also characterized by an evaporator inside which one or more nozzles projects a thermofluid in the liquid state on an internal wall, thermofluid whose evaporation cools the said internal walls, which makes it possible to cool the area of the equipment. in which the evaporator is partially embedded. The device is also characterized by the possibility of regulating the flow rate of the pump feeding the nozzle using an electronic card and a temperature sensor, so as to control the temperature of the zone to be thermoregulated.
Description
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.Technical field of the invention: The present invention relates to a device allowing the localized thermal regulation of industrial or non-industrial equipment and tools such as, for example, molds for polymer or aluminum injection or forging tools. It also allows the thermal regulation of any tool or equipment, for industrial use or not.
Etat de la technique: Certains équipement et outillages industriels nécessitent une thermorégulation. Ils comportent généralement un circuit de régulation thermique basé sur la circulation d’un thermofluide, 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 WO2019039445 A1, permet quelquefois d’abaisser la température de ces zones. Le 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 de l’implanter dans des noyaux de très petit diamètre. Enfin, les Caloducs ne permettent pas de réguler la température de façon précise.State of the art: Some equipment and industrial tools require thermoregulation. They generally include a thermal regulation circuit based on the circulation of a thermofluid, such as water, for example. Certain areas of the tooling or equipment are too small to fit into a conventional circuit. The use of a heat pipe, as described by Patent WO2019039445 A1, sometimes makes it possible to lower the temperature of these areas. The heat flow allowed by a heat pipe is however limited, especially for small temperature differences between hot and cold zone, or when the hot part is placed above the cold part. In addition, the size of a heat pipe does not allow it to be implanted in very small diameter cores. Finally, heat pipes do not allow precise temperature regulation.
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 maitriser 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.Technical problem to be solved: The subject of the present invention is a heat exchange device and, more particularly, a small device allowing the passage of a large heat flux, in a regulated or unregulated manner, in order to control the temperature of the heat zones. tools, or other industrial or non-industrial equipment, where it is not possible to install a conventional regulation circuit.
Description détaillée de l’invention revendiquée :Detailed description of the claimed invention:
La présente invention consiste en un évaporateur (1) de très petite taille placé au contact de la zone de l’équipement à réguler (2), encastré de façon partielle ou non, par exemple, en fonction des possibilités offertes par l’équipement à réguler
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 1mm.The evaporator is designed to minimize its size as much as possible. For example, it is easy to manufacture evaporators whose diameter is less than 1 mm.
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. II 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.The thermofluid is chosen by the person skilled in the art so that its boiling temperature is lower than the desired temperature for the zone to be regulated for a wide pressure range, in order to ensure the evaporation of the thermofluid in contact with the evaporator walls under all operating conditions. It may consist of a mixture of chemical species in order to obtain the boiling temperature range suitable for the correct operation of the evaporator. Such fluids are well known to experts in the field.
Le thermofluide vient s’évaporer au contact des parois chaude de l’évaporateur, ce 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
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
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.If necessary, the temperature of the tank walls can be regulated using a conventional circuit. Similarly, the reservoir may include a coil intended to cool the steam or the condensate.
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.In particular, if the boiling temperature is lower than the ambient temperature, it is necessary to be able to cool the thermofluid sufficiently so that it reaches the nozzle in the liquid state.
Une pompe (8) créé un débit de thermofluide condensé vers le gicleur, à travers la conduite (9)
Le moteur actionnant la pompe peut être piloté par une carte électronique (10) 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.The motor driving the pump can be controlled by an electronic card (10) so as to regulate the temperature of the envelope by increasing or decreasing the flow of thermofluid sent to the nozzles of the evaporator. The temperature of the evaporator envelope is measured by a suitable sensor, such as a thermocouple (11). The electronic card (10), designed in the state of the art by the person skilled in the art, is constructed and calibrated in an adequate and appropriate way to regulate the flow of thermofluid according to the indications of the sensor so as to obtain the desired temperature. for the evaporator shell.
Une variante simplifiée de la présente invention ne comprend que l’évaporateur, le condenseur et la pompe.A simplified variant of the present invention includes only the evaporator, the condenser and the pump.
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.A particularly compact variant consists in placing the tank and the pump in line with the evaporator, the whole being rigidly assembled, so that it can be mounted as a unit in the equipment near the zone to be regulated.
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 classique, avec le thermofluide uniquement en phase vapeur.If the temperature of the envelope is too low for the thermofluid chosen, the evaporator operates like a conventional exchanger, without evaporation of the thermofluid. Similarly, if the temperature is too high, it operates like a conventional exchanger, with the thermofluid only in the vapor phase.
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).The replacement of the thermofluid by another thermofluid to adapt the device to another temperature range is done by emptying the reservoir and filling it with the new fluid, thanks to the plug (12).
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.If the desired temperature for the zone to be thermoregulated requires heating, the thermofluid can be adapted so as to remain liquid beyond the desired temperature and the reservoir will include a heating device.
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.Advantages of the invention: The invention has these advantages that it makes it possible to precisely regulate the temperature of a very small part of an item of equipment, such as for example an industrial mold, even in the case where it is too small. so that a conventional thermoregulation circuit can be installed there. Another advantage is the high heat flux density which the present invention makes it possible to transmit. An additional advantage is the wide temperature range that can be regulated. Another advantage is that the evaporator ensures a high heat flow in all positions.
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.A careful reading of the detailed description of the invention, also referring to the accompanying drawings, reveals other advantages of the present invention.
Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'invention :Detailed description of at least one embodiment of the invention:
L’évaporateur (1) est constitué d’une enveloppe (3), d’un gicleur (4) et des embouts permettant la connexion des tuyaux (6) et (9)
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.The casing (3) consists of a 316 L stainless steel tube plugged at each end by a welded disc, also in stainless steel. The bottom of the casing is then drilled for the passage of the nozzle and for the steam outlet nozzle.
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. Il 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
L’embout (13) de sortie de la vapeur, constitué également d’un fin tube d’acier inoxydable 316 L est monté de manière identique
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
L’embout (13)
La pompe (8)
Le capteur de température (11)
La carte électronique (10)
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 °CThe composition of the thermofluid is determined by the experts in the field according to the temperature range to be regulated. The thermofluid will be, for example, pure acetone, for a temperature range to be regulated ranging from 60°C to 80°C
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.The tank is made of 316 L stainless steel from welded sheet metal. Its shape is parallelepiped and it is pierced with three holes comprising the two connection ends and the drain and filling plug. End caps made of 316 L stainless steel tubing are mounted welded in the holes provided for this purpose. Similarly, the plug with a screw cap is chosen by the person skilled in the art so as to be chemically resistant to the components of thermofluids. Its threaded part is in 316 L stainless steel. It is mounted welded in the hole provided for this purpose.
La pompe (8)
Le tube (6)
APPLICATIONS INDUSTRIELLESINDUSTRIAL APPLICATIONS
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.The present invention relates to a device allowing the localized thermal regulation of industrial equipment and tools such as, for example, molds for polymer or aluminum injection or forging tools. It also allows thermal regulation of very small parts of tools or equipment, for industrial use or not.
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
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
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
GLOSSAIRE (au sens du présent brevet)GLOSSARY (within the meaning of this patent)
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.Plug: Assembly consisting of an internally threaded cylindrical part and a screwed cap which is mounted on a tank so that the tank can be filled and emptied.
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.Heat pipe: Sealed enclosure used for heat transfer that contains a liquid in equilibrium with its vapor in the total absence of air or any other gas.
Condensat : Thermofluide passé de l’état de vapeur à l’état liquideCondensate: Thermofluid changed from vapor to liquid state
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.Conventional regulation circuit: Thermoregulation device using the usual techniques, such as the circulation of water in a set of holes made in an industrial mould.
Circuit de thermorégulation conventionnel : voir circuit de régulation conventionnel.Conventional thermoregulation circuit: see conventional regulation circuit.
Echangeur classique : Echangeur de chaleur utilisant le transfert de chaleur entre deux fluides selon des techniques usuelles.Conventional exchanger: Heat exchanger using the transfer of heat between two fluids according to usual techniques.
Equipement : Ensemble technique évolué, à usage industriel ou non, comme, par exemple, un moule, un automate, une machine ou un moteur.Equipment: Advanced technical assembly, for industrial use or not, such as, for example, a mould, an automaton, a machine or a motor.
Outillage : Equipement industriel servant à la mise en forme d’un matériau.Tooling: Industrial equipment used to shape a material.
Outil : voir outillage.Tool: see tools.
Régulation thermique : Régulation de la température de toute ou partie d’un équipement, comme un moule industriel, par exempleThermal regulation: Regulation of the temperature of all or part of an equipment, such as an industrial mould, for example
Serpentin : Echangeur de chaleur constitué d’un tuyau coudé plusieurs fois ou enroulé sur lui-même.Coil: Heat exchanger consisting of a pipe bent several times or rolled up on itself.
Thermofluide : Fluide servant à réaliser la thermorégulation, grâce à son changement de température ou son changement d’état.Thermofluid: Fluid used to carry out thermoregulation, thanks to its change of temperature or its change of state.
Thermorégulateur : Dispositif visant à réguler la température de tout ou partie d’un équipement industriel ou d’usage général.Thermoregulator: Device aimed at regulating the temperature of all or part of an industrial or general purpose equipment.
Thermorégulation : voir régulation thermique.Thermoregulation: see thermal regulation.
Zone : partie d’un ensemble, outil ou équipement, d’usage industriel ou non.Zone: part of an assembly, tool or equipment, for industrial use or not.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20201016 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20201205 |