FR2698558A1

FR2698558A1 - Low temp, reduced pressure solvent condenser - esp. for volatile solvents used in industrial washing machines

Info

Publication number: FR2698558A1
Application number: FR9214505A
Authority: FR
Inventors: Guerinat Daniel
Original assignee: FISA SA
Current assignee: FISA SA
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-06-03
Anticipated expiration: 2012-12-02
Also published as: FR2698558B1

Abstract

A low temp. condenser (4) in which a cooling reservoir (20) is mounted coaxially in a container operated at reduced pressure. Volatile solvents are circulated around the cooling reservoir, condense on the outside thermal exchange wall and are returned to an industrial washing machine. The container acts like a vacuum flask thereby reducing thermal losses. USE/ADVANTAGE - For recovery of volatile solvents, esp. chlorinated hydrocarbons in industrial washing machines. Reduced cooling plant, pumping, thermal loss and maintenance costs.

Description

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. The interest shown by the legislators of the most industrialized countries in the problems linked to environmental protection, pollution and energy consumption is growing every day. The present invention relates to these problems and those associated with industrial washing machines operating with volatile and polluting solvents.

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. This invention relates more particularly to machines for cleaning mechanical parts using chlorinated solvents, machines generally formed by a main tank containing liquid solvent at a controlled temperature, into which the parts to be washed are introduced and, attached to this tank, a tank containing boiling solvent.

Au-dessus de ces deux bacs, ouverts vers le haut, se trouve une zone de vapeur saturée de solvant.Above these two tanks, open at the top, is a zone of vapor saturated with solvent.

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. To reduce the consumption of solvent, and at the same time pollution, machines have already been proposed in which said washing and / or treatment chamber is closed in sealed manner while the drying is carried out under vacuum.

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.Known machines (such as those described in patents GB-A-1,135,181, EP-A2-0,289,982,
EP-A1-0.276.876), use this same operating principle, although with different operating diagrams, they all provide for depressurizing the washing chamber by sucking in the solvent vapor using a vacuum pump and then transfer this same steam to cold batteries placed downstream of the pump to cause 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. This embodiment diagram is theoretically the most correct because, a priori, and as will be better specified later, it places no limit on the degree of vacuum that can be obtained in the washing chamber.

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. However, this scheme has two major drawbacks - firstly, all the solvent vapor drawn into the washing chamber passes through the vacuum pump, which therefore works in an aggressive medium, resulting in very high wear. This is all the more serious since the very high vacuum pumps are those in which the impellers of the rotor are sealed by lubricating oil, which is then inexorably diluted and polluted by solvent vapor - secondly , the pump must carry out the work of pumping all the solvent vapor present in the washing chamber, of a volume often greater than 200 liters, as well as the vapor generated by the liquid solvent remaining on the surface of the parts washed, which requires, even in the presence of a large vacuum pump, a relatively long time, which is always a dead time.

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. To avoid these drawbacks, a machine has already been proposed which comprises, downstream of the washing chamber, a low-temperature vacuum condenser and, downstream of the latter, a vacuum pump intended to vacuum said condenser. This machine considerably reduces the dead time for emptying the washing chamber, because when the solvent vapors are drawn into the vacuum condenser they are immediately condensed by the low temperature prevailing inside it. This makes it possible to provide a suction pump of relatively small size, hence a machine which is more economical and at the same time more efficient than those of the known technique.

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. A machine of this type also has the disadvantage of making it necessary to use an oversized refrigeration unit compared to the actual calorie absorption of the 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. If one refers, for example, to a machine having a cycle of a duration of about 5 minutes and which requires, for the drying phase, an absorption of 150 Kcal, one can easily realize that this absorption requires - to be carried out in the shortest possible drying time (around 30 seconds) - an absorption peak of 18,000 Kcal / h. If the refrigeration unit must be sized for this absorption, it is easy to realize that it must have a corresponding power. On the other hand, this group remains almost completely unused for the remaining 4.5 minutes of the cycle time.

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. It is clear to the "skilled person" two types of disadvantages - on the one hand, the cost of installation and maintenance of this group are excessive compared to the total cost of the washing machine - d on the other hand, regulating a large refrigeration unit for such a high and highly variable power demand is always extremely difficult - finally, it should also be noted that the response times of an oversized group like the one in question increase considerably machine cycle time.

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. The object of the present invention is to provide a washing machine capable of eliminating these drawbacks and which is provided in particular with a refrigeration system making it possible to maintain a sufficiently low response time, while at the same time avoiding the use of an oversized group. These results are obtained according to the invention by the use of a low-temperature fluid condenser comprising a heat exchange wall, with one face in contact with the gaseous fluid to be condensed, characterized in that said wall of heat exchange delimits, on its other side, a large volume of cold accumulation.

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.Other characteristics and advantages of the machine according to the invention will emerge more clearly from the detailed description which follows of a preferred embodiment, given here by way of example with reference to the appended drawings, in which
Figure 1 is a block diagram of an industrial washing machine with liquid solvents, while
FIG. 2 is a schematic view in axial section of a condenser according to the invention, intended for use in the machine of FIG. 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. According to a known arrangement, the washing machine comprises a treatment chamber 1 inside which is arranged a support system (not shown) of the parts to be treated, which can, depending on the case, be fixed or rotating around a vertical axis and / or around a horizontal axis.

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. Several internal nozzles 1B are provided on the internal walls of chamber 1, intended to spray the solvent on the parts to be treated. On these same walls of chamber 1, it is also possible to apply devices 1C emitting ultrasound, intended to make the washing action more effective.

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. The chamber 1 is placed in communication, through a pipe 2 provided with a valve 3, with a condenser 4 cooled by an appropriate refrigeration unit (also not shown) at a temperature below the freezing temperature of the solvent used.

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. The working temperature of this condenser 4 is, for example, chosen at -250C when solvents such as perchlorethylene are used, which have a freezing temperature close to -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. A second pipe 7 then puts the condenser 4 in communication with a vacuum pump PV, through a control valve 8. Another valve 10 puts the pipe 7 in communication with the atmosphere. If desired, the exit to the atmosphere can optionally be carried out through an active carbon FF filter.

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. The washing machine also comprises a reserve tank for the solvent, consisting of two tanks 12A and 12B, the latter being connected to the former by an overflow, as well as a distiller 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. The hopper bottom of chamber 1 is connected to the tank 12A of the reserve tank by a drain pipe 15A provided with a valve 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. At the base of the tank 12A are connected two pumps Pi and P2 which respectively send the solvent, on one side towards the washing chamber 1 and on the other towards the still 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.A third pump P3, connected to the base of the tank 12B, sends the solvent to the spray nozzles 1B which are in the chamber 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. Another pipe 16A collects the condensed solvent in the condenser 4 and then redirects it to the tank 12B of the reserve tank.

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. According to the present invention, the condenser 4 is produced as shown diagrammatically in FIG. 2. Inside the wall 4 is mounted a cylindrical tank 20. Between the external surface of the latter and the internal surface of the wall 4 a an intermediate volume V has been provided maintained under vacuum by means of the PV pump.

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. The cylindrical tank 20 contains a fluid mass - for example a brine which remains in the liquid state at a temperature of -300C - in which is embedded a cooling coil 21. This coil is in turn connected to a refrigeration unit (not shown) controlled by a thermostat capable of measuring the temperature of said fluid mass.

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. More specifically, inside the tank 20 is housed a tubular body 22, open at its ends and supported by radial arms 23. Said coil 21 is housed in the annular volume formed between the wall of the tank and the tubular body 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. At the top of the body 22 is arranged an agitator, shown diagrammatically by a propeller 24 actuated by a motor 25 which has the function of creating a downward movement of the fluid mass in the central volume, inside the tubular body 22, and a movement ascending in the peripheral volume (as indicated by the arrows F). In this way, the fluid mass is constantly in contact with the coil 21, which makes it possible to better maintain and control the desired temperature.

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. As can easily be seen, the fluid mass contained in the reservoir 20 constitutes a cold accumulator volume, acting as a flywheel, capable of yielding cold - even a lot of calories - in a very short time, during the maximum demand. On the other hand, this same volume can accumulate cold - that is to say the same calories previously given up - throughout the duration of the 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. If we refer to the same example as before, in which the demand was 150 Kcal for each cycle time - it is easy to realize that these calories can be given up by a fluid mass of 30 liters having a lower temperature from 50C to the condensation temperature. By then using a tank 20 with a capacity, for example, of 40 liters, the absorption of the calories required can certainly be carried out in the minimum time requested of 30 seconds. On the other hand, if the power of the refrigeration unit in the example above was planned at 18,000 Kcal / h, to have the necessary yield in 30 seconds, now that the calories planned must be rendered in the total cycle time of 5 minutes, that is to say in a time 10 times higher, it is clear that the power of the refrigeration unit can at the same time be reduced to one tenth.

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. The operation of the condenser according to the invention is obvious: the solvent vapors coming from the washing chamber 1 through the duct 2 are sucked into the vacuum space V and condense on contact with the cold wall of the tank 20. The condensate flows along this same wall and, before being frozen, falls and collects on the bottom. Even if a cloud of frozen solvent were to form on the wall 20, it would be dissolved during the next cycle by the arrival of hot vapors.

Successivement, le solvant liquide est périodiquement évacué à travers la vanne 25, après avoir ramené l'espace intermédiaire V à la pression atmosphérique.Successively, the liquid solvent is periodically discharged through the valve 25, after having brought the intermediate space V to atmospheric pressure.

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. In general, if the size of the tank 20 is correct, the mass of coolant contained in it undergoes - during the phase of condensation of the vapors - a temperature increase which, given its large volume, is very limited and of any so that the fluid mass always remains at a temperature below the condensation temperature of the vapors.

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. Consequently, the advantage of the embodiment according to the invention is quite obvious, and not only from the point of view of the cost of the refrigeration unit, which, as has already been said, may be of significantly lower power, but above all from the point of view of its operation and maintenance, given that it operates with regularity and uniformity during the entire cycle time.

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.Another important advantage of the arrangement according to the invention - with a central reservoir 20 arranged coaxially with the main container 4 and an intermediate vacuum volume formed between the two - lies in the fact that this arrangement behaves like a "vase of
DEWAR ", which limits any heat loss to the outside.

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. It is clear that the present invention is not limited to the particular configurations which have just been described, which are only examples which in no way limit the scope of the invention, but that, on the contrary, it is capable of numerous variants, all within the reach of ordinary skill in the art, without departing from the scope of the claims which follow.

Claims

1. Condenser (4) of low temperature fluids, of the type comprising a heat exchange wall, with one face in contact with the gaseous fluid to be condensed, characterized in that said heat exchange wall delimits, on its other side , a large volume of cold accumulation.

2. Condenser (4) according to claim 1, characterized in that said heat exchange wall is the wall of a tank (20) inside which is delimited said volume of cold accumulation, said tank ( 20) containing a large mass of coolant maintained at a temperature below the condensation temperature of the fluid to be treated.

3. Condenser (4) according to claim 1 or 2, characterized in that said tank (20) contains a mass of coolant maintained at a temperature at least 50C lower than the condensation temperature of the fluid to be treated.

4. Condenser (4) according to claim 1 or 2, characterized in that said reservoir (20) for delimiting the volume of cold accumulation consists of a cylindrical chamber elongated in the vertical direction, in which is housed a coil (21) cooling connected to a low power refrigeration unit and immersed in the body of the coolant.

5. Condenser (4) according to claim 4, characterized in that said reservoir (20) with cylindrical chamber are associated with means (24, 25) for keeping the mass of coolant in circulation.

6. Condenser (4) according to claim 5, characterized in that said reservoir (20) with a cylindrical chamber is divided, by a coaxial tubular body (22), into a central space and a peripheral space in which the accumulator fluid cold is set in motion in opposite direction currents, the cooling coil (21) being contained in only one of said volumes.

7. Condenser (4) according to claim 1, characterized in that said space containing the mass of coolant is formed inside a vacuum volume.

8. Condenser (4) according to claims 3 and 7, characterized in that said reservoir (20) containing the mass of coolant is housed in an external cylindrical container, said vacuum volume being produced in the space between said tank and said container, so as to surround the entire cold storage volume.

9. Condenser (4) according to claim 8, characterized in that said intermediate volume is in communication, through a control valve (3), with the treatment volume (1) of a washing machine for liquid solvents -gaseous.

10. Condenser (4) according to claim 8 or 9, characterized in that said intermediate volume is in communication, through a control valve (8), with a vacuum pump (PV).

11. Machine for washing parts with volatile solvents, comprising a gas-tight washing chamber (1), means capable of supporting the parts to be treated in said chamber (1), means capable of supplying the solvent vapor and / or the liquid solvent at a temperature close to the boiling temperature prevailing in said washing chamber (1), as well as, downstream of said washing chamber, at least one condenser (4) under vacuum having a working temperature lower than the freezing temperature of the solvent used, and, downstream of said condenser (4), a vacuum pump (PV) able to vacuum said condenser (4); characterized in that the condenser audit (4) is also associated with a cold accumulator.

12. Washing machine according to claim 11, characterized in that it comprises a capacitor (4) according to any one of claims from 1 to 10.