FR2840677A1

FR2840677A1 - Systeme de refroidissement a surface d'echange variable

Info

Publication number: FR2840677A1
Application number: FR0206936A
Authority: FR
Inventors: Lionel Granger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-12-12
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: FR2840677B1

Abstract

La présente invention permet la possibilité nouvelle et originale de pouvoir moduler un apport énergétique ou un retrait énergétique, sous forme de fluide caloporteur, entre des limites considérables, par ajustage de la température du fluide de refroidissement ou de réchauffage, par la modification du débit de ce flux entre des limites très importantes, en faisant varier la surface d'échange thermique et donc la section du conduit de fluide caloporteur.La nature de l'invention consiste à utiliser les propriétés mécaniques de deux pas de vis à section carrée, rectangulaire ou oblong (28 et 29), établis sur une surface conique ou une surface cylindrique où la partie creuse du pas de vis (21) est bien plus importante que la partie (22) saillante, de telle sorte que la pièce mâle (ou interne) (21) puisse circuler librement et axialement de façon importante avant un blocage des deux pièces mâle et femelle (interne et externe) (21) par rotation l'une par rapport à l'autre, autour de l'axe commun de révolution des enveloppes des deux pas de vis mâle et femelle.

Description

tuellement munie d'un capotage superieur (5).

i

DESCRIPTION

1 Dans ltetat de ['art, un systeme de refroidissement est souvent compose d'un tuyeu metallique enroule et colle ou soude sur le systeme a refroidir. Ce tuyau peut, de plus, etre affecte de diverges plaques ou feuillets metalliques destines a ameliorer l'efficacite des echanges thermiques. Ce tuyau est destine a conduire un fluide caloporteur charge d'eliminer les exces calorifiques. Les systemes de refroidissement ne pouvaient faire varier leur absorption de flux calorifique provenant du systeme a cryogenic qu'en faisant varier la temperature du fluide caloporteur ou en faisant varier le debit de fluide dans les limites invariables imposees par la section des conduits de fluide, c'est a-dire par la surface d'echange the i que fixee une úois pour toute. Les generateurs de lumiere fonctionnant sur le concept de l'optique fluide peuvent fonctionner avec une ou plusieurs sources de lumiere de tres grande puissance. De plus ces generateurs peuvent 8tre amenes, pour des raisons d'utilisation, a faire varier leur puissance lumineuse dans des proportions tres differentes par allumages ou extinctions de une ou plusieurs sources en cours de fonctionnement ou par gradation des sources lumineuses. De ce fait, il convient de tonjours pouvoir evacuer l'energie calorifique variable dans de tres grandes proportions. A ce jour, il ntexiste pas de systeme d'echange thermique dont la variation d'efficacite

peut etre aussi importante.

1 La presente invention doit 8tre rapprochee du brevet n 92-04509 portent sur le Projecteur a Optique Fluide car c' est la realisation d'Optiques Fluides industrielles qui a conduit a rechercher des systemes de refroidissement ou de rechauffement tres modulables a surface d'echange thermique variable. La presente invention concerne un systeme de refroidissement ou de rechauffement, a surface d'echange pouvant etre variable, destine a maintenir un systeme mecanique ou optique a une temperature appropriee de fonctionnement, et surtout a pouvoir prevoir et intervenir en temps reel a ltencontre des differentes variations fortes de temperature suite aux fortes variations de degagements thermiques des sources lumineuses en fonctionnement. En effet, la presente invention permet la possibilite nouvelle et originale de pouvoir moduler cet apport energetique ou ce retrait energetique entre des limites considerables, par ajustage de la temperature du fluide de refroidissement ou de rechauffage, mais aussi et surtout par possibilite de faire varier le debit de ce flux entre des limites tres importantes, par variation de la surface d'echange

thermique et done de la section du conduit de fluide caloporteur.

Les generateurs de lumiere pour fibre optique plastique fonctionnant sur le principe de l'Optique Fluide peuvent etre amenes a travailler avec des puissances de sources lumineuses tres differentes. On cite par exemple le generateur de lumiere a puissances multiples 2 kW, 4 kW, 6 kW et 8 kW, qui necessite des systemes de refroidissement dont les puissances doivent 8tre tres differentes, et qui peuvent rapidement passer d'une puissance a une i i i 1 autre par simple allumage ou extinction de sources de lumiere ou par gradation des sources lumineuses. L' invention permet l'avantage unique de pouvoir simplement s' adapter a la puissance du generateur, sans avoir a faire appel a plusieurs systemes de refroidissement differents dont chacun devra etre adapte a une

puissance donnee.

La nature de l' invention consiste a utiliser les proprietes mecaniques d' elements de vis a pas carre, rectangulaire ou oblong, modifies pour etre apte a pouvoir se translater axialement, l'un par rapport a l'autre, avant de les bloquer par vissage de l'un par rapport a l'autre. Ce vissage des deux vis male et femelle doit assurer l'etancheite le long du conduit de fluide defini par les

geometries complementaires des vis male et femelle.

La nature de l' invention consiste en un embotage de deux pas de vis a section carree, rectangulaire ou oblong r etablis sur une surface conique (Fig 1) ou une surface cylindrique (Fig 4), ou la partie creuse du pas de vis est bien plus importante que la partie saillante, de telle sorte que la piece male (ou interne) puisse circuler librement et axialement de fa, con importante avant un blocage des deux pieces male et femelle (interne et externe) par rotation l'une par rapport a l'autre, autour de l'axe commun de revolution des enveloppes des deux pas de vis male et femelle. Un reglable preliminaire de la section admissible de fluide caloporteur est suivi d'un blocage du systeme de telle sorte que, entre la vis (21), element male du systeme, et l'ecrou (22), element femelle du systeme, sera etablit un i 1 conduit de fluide (212) dont la section pourra etre choisie en fonction de la puissance, c'est-a-dire en fonction du nombre de sources utilisees, ou de la gradation de chacune d'entre elles, dans un meme reflecteur, necessaire pour satisfaire une puissance de production de lumiere prevue par le besoin. Le conduit est defini par deux pieces embotees lune dans l'autre a la maniere d'une vis (21) et de son ecrou (22). La piece interne contient le systeme a refroidir (23). Le profil du pas de vis resident entre ces deux pieces possede une section particuliere carree, rectangulaire ou oblong (29). Cette section carree, rectangulaire ou oblong est definie par un fond (28) et deux faces (29). Le fond et les faces peuvent suivre une enveloppe conique ou

cylindrique selon la forme generale du systeme a refroidir.

Cas du systeme a enveloppe conique: le fond est defini par une surface developpable engendree par une directrice rectiligne, assujettie a rester parallele a l'axe du systeme a refroidir, et a suivre dans son deplacement une helice admettant pour axe, l'axe du systeme a refroidir, et dont la progression radiale suit la progression d'une spirale d'Archimede. Cette surface, ainsi engendree, suit naturellement un cone de revolution, dont l'axe est

l'axe du systeme a refroidir.

Cas du systeme a enveloppe cylindrique: le fond est defini par une surface developpable engendree par une directrice rectiligne, assujettie a rester parallele a l'axe du systeme a refroidir, et a i i 1 suivre dans son deplacement un cylindre admettant pour axe, l'axe du systeme a refroidir. Cette surface, ainsi engendree, suit naturellement un cylindre de revolution, dont l 'axe est l 'axe du

systeme a refroidir.

En suivant la meme regle, les faces de ce conduit suivront le fond tel qu'il a ete defini ci-dessus, a la difference que la droite generatrice chargee de generer ces faces devra tonj ours appartenir, dans son deplacement, a un plan passant par l'axe du cone ou du

cylindre support de la generation de ce conduit.

Sans nous interesser encore a l' entree et a la sortie du fluide caloporteur, nous exposons d'abord comment le systeme, par simple modification de la position de la piece interne ou filetage male (21) par rapport a la piece externe ou filetage femelle (22), peut faire varier dans des proportions considerables les surfaces d'echanges thermiques destinees a l' evacuation ou a l'apport

d'energie thermique.

On notera que le choix de la largeur de fond de filetage (27) rapporte aux hauteurs relatives, grande hauteur de la face laterale, (24) et petite hauteur de la face laterale, (25) de cheque face laterale, et a l'epaisseur (26) du filetage proprement dit, donnera les limites de la variation de la surface de la

section du conduit du fluide.

l L'alimentation en fluide caloporteur se fait par l'intermediaire de un ou plusieurs conduits introduisant le fluide caloporteur a une des extremites du systeme a refroidir. Il est possible de faire penetrer le fluide caloporteur par un ou plusieurs orifices donnant acces a une des extremites du conduit de fluide 113). L' evacuation du fluide caloporteur se fait par l'intermediaire de un ou plusieurs conduits evacuant le fluide caloporteur a l'autre extremite du systeme a refroidir. Il est possible de faire evacuer lO le fluide caloporteur par un ou plusieurs orifices donnant acces a

l'autre extremite du conduit de fluide (14).

Les deux filetages, male et femelle, vent tels qu'ils doivent stemboter parfaitement, quand ils vent totalement visses l'un par rapport a l'autre. Ce peut etre en effet le cas car ces deux profils de vis ont ete generes par les memes lois geometriques. Le javissage, par exemple, du filetage male (ctest-a-dire interieur) par rapport au filetage femelle (c'est-adire exterieur) libere ces deux pieces l'une par rapport a l'autre, et des lors il suffit d'un infime devissage pour pouvoir translater la piece interne par rapport a la piece externe, et cela entrane inevitablement une modification possible de la section du conduit fo= entre les pieces interne et externe (Fig l-l Fig 1-2). Une fois la section du conduit atteinte, il suffit des lors de revisser un filetage par rapport a l'autre, tout en respectant leurs positions respectives, par rapport a l'axe de revolution de deux filetages, la translation respective, pour recreer un conduit de fluide avec une etancheite i r 1, 1 suffisante tout au long des filetages. Un jonc d'etancheite positionne en haut de filet ne semble pas indispensable pour assurer l'etancheite le long du filet troncodale (contrairement a un filet cylindrique). Le nouveau conduit, sur support conique, ainsi cree aura la section necessaire pour le besoin requit, avec

une etancheite suffisante.

Dans le cas d'un filetage cylindrique, pour assurer l'etancheite, il faudra positionner en haut de filet un onc d'etancheite (33), entre le filetage male ou interne (31) et le filetage femelle ou externe (32), dans un logement suivant ce filet et destine a

assurer l'etancheite.

Dans les deux cas proposes, il conviendra de positionner un joint torique (210) en avant du debut du filetage et un joint torique (211) en arriere de la fin du filetage, afin dtisoler totalement le conduit de fluide caloporteur de ltexterieur. Le systemc sera dote d'un systeme de blocage des differentes pieces entre elles afin que le systeme de refroidissement ait une efficacite constante pour un ensemble de sources donnees, ou une

energie calorifique donnee a evacuer.

En testant sans interruption la t=erature du fluide caloporteur en entree et en sortie de conduit fluide caloporteur, il est possible d'adjoindre au systeme thermique un systeme automatique permettant de commander les positions respectives des deux pieces male et femelle 1'une par rapport a 1'autre et done de reguler 1 l'effet de ce fluide caloporteur par ajustage de la surface d'echange ou de son debit. I1 est des lors possible de disposer d'un systeme tel un bain-marie destine a maintenir des produits a des temperatures determinees et matrisees et de creer un systeme d'ajustement de temperature permettant des applications dans l'industrie de l'alimentation, de la pharmacie, de la cosmetique et bien d'autres. En effet ce systeme a deux vis coaxiales incluses l'une dans l'autre permet d'obtenir (Fig 4), par circulation de liquides caloporteurs entre les deux systemes de conduit de fluide,

des stabilisations de temperatures extremement precises.

Notre application interesse des refroidissements de reflecteurs specifiques aux generateurs a Optique fluide - en effet ces reflecteurs peuvent recevoir entre une ou quatre sources de lumiere de grande puissance, et leur echauffement cree par quatre sources de 2 000 watts chacune est soudain et considerable. C'est de plus une economic considerable que de pouvoir utiliser un m&me ensemble

pour des utilisations tres diverges.

Refroidissement des cellules optiques fluides dynamiques qui vont subir des variations thermiques tres importantes selon leur type d'utilisation. i t

Claims

REVEND I C AT I ON S 1 1) dispositif mecanique et thermique, destine a refroidir ou a rechauffer son contenu, par une circulation peripherique úorcee d'un fluide caloporteur, dans un conduit dont la section peut etre variable a volonte, ciest-a-dire dont la surface d'echange thermique peut, aussi, etre variable a volonte, constitue de deux pieces embotees l'une dans l'autre a la maniere d'une vis (21) dans son ecrou (22), utilisant les proprietes mecaniques d' elements de vis a pas carre, rectangulaire ou oblong (29), dont le fond a ete augmente pour etre apses a pouvoir se translater axialement, l'un par rapport a l'autre, et a pouvoir etre bloques par vissage de l'un par rapport a l'autre, 2) dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que l'alimentation en fluide caloporteur se fait par l'intermediaire de un ou plusieurs conduits (13) introduisant le fluide caloporteur a une des extremites du systeme a refroidir par un ou plusieurs orifices donnant acces a une des extremites du conduit de fluide, 3) dispositif selon les revendications 1 et 2 caracterise en ce que l' evacuation du fluide caloporteur se fait par l'intermediaire de un ou plusieurs conduits (14) evacuant le fluide caloporteur a l'autre extremite du systeme a refroidir par un ou plusieurs orifices permettant l' evacuation par l'autre extremites du conduit de fluide,

1 4) dispositif selon les revendications 1 a 3 caracterise en ce que

le vissage des deux vis male (21) et femelle (22) doit assurer l'etancheite le long du conduit de fluide defini par les geometries complementaires des vis male et femelle, soit par parfait ajustement des pieces male et femelle, soit par l'adjonction d'un joint en haut de filetage (33),

) dispositif selon les revendications 1 a 4 caracterise en ce

qu'il conviendra de positionner un joint torique en avant du debut du filetage (210) et un joint torique en arriere de la úin du filetage (211), afin dtisoler totalement le conduit de fluide caloporteur de l'exterieur,

6) dispositif selon les revendications 1 a 5 caracterise en ce que

le systeme sera dote d'un systeme de blocage des differentes pieces entre elles afin que le systeme de refroidissement ait une efficacite matrisee pour un ensemble de sources donnees, ou une energie calorifique donnee a evacuer,

7) dispositif selon les revendications 1 a 6 caracterise en ce

qutil soit possible, en testant sans interruption la temperature du fluide caloporteur, d'adjoindre un asservissement thermique automatique permettant de maltriser 1'effet de ce fluide caloporteur et ainsi d' assurer des stabilisations de temperatures