Brevet FR2038349A1 — publié le 19710108

Cette invention se rapporte aux êchangéurs de chaleur pour la bière et les boissons analogues et appartenant au type comprenant ceux généralement appelés "refroidisseurs par détente". Il est de pratique courante dans un café, un estaminet, un 5 hôtel ou un établissement analogue, de stocker la bière ou boisson analogue dans des barils, des fûts ou tonneaux ou d'autres récimients ayant des dimensions relativement grandes, logés dans une cave ou un cellier et de transférer la bière ou plus généralement la boisson par une tuyauterie convenable venant de la cave 10 en vue de sa distribution en certains points de l'établissement ou ailleurs. Il est désirable de servir la bière ou boisson analogue à une température inférieure à la température ambiante. A cet effet, il est de pratique usuelle de maintenir la cave à une température relativement basse. Mais il arrive parfois que la tuyaute-15 rie que parcourt la bière traverse des locaux où la température est nettement supérieure, de sorte que la température de distribution de la bière est trop élevée. Pour obvier à cette difficulté, la tuyauterie est reliée à un refroidisseur fonctionnant par détente placé près de chaque point de distribution ou tout près d'un 20 groupe de postes de distribution, la bière ou autre boisson étant refroidie â nouveau au moment où elle s'écoule hors de ce refroidisseur. Les échangeurs de chaleur auxquels se rapporte la présente invention sont destinés en premier lieu à être utilisés comme re-25 froidisseurs, mais, dans certaines circonstances, ils peuvent aussi être employés comme réchauffeurs. En effet, dans certaines installations, la tuyauterie venant de la cave et allant aux points de distribution de la bière s'étend à travers un environnement excessivement froid. C'est le cas, par exemple, quand la tuyauterie 30 en question s'étend depuis un bâtiment jusqu'à un autre en passant au-dessous du sol. La bière qui parcourt cette tuyauterie peut alors se trouver trop refroidie et il est alors désirable de la réchauffer légèrement avant qu'elle ne soit servit.» Ceci peut également être effectué à l'aide d'un échangeur de température 35 établi conformément à l'invention. L'invention qui apporte un perfectionnement à la technique en question est matérialisée dans un échangeur de chaleur applicable â la bière ou à une boisson analogue et comprenant un élément indépendant à travers lequel peut passer la bière ou boisson, cet 40 élément comprenant une partie travaillante pourvue d'une première 69 21965 2 2038349 portion en forme de serpentin s'étendant longitudinalement et constitué par un tube bon conducteur de la chaleur, et d'une seconde portion ayant également une forme longitudinalement allongée et bonne conductrice de la chaleur, cette seconde portion s'étendant 5 à l'intérieur ou le long de ce serpentin, la construction étant étudiée de telle sorte qu'au cours de l'usage, la bière soit astreinte à passer à travers la première portion précitée, puis•à travers la seconde portion, le centre de.gravité de la bière ou autre boisson dans la première portion de 1'échangeur de chaleur 10 étant situé plus haut que celui qui se trouve dans sa seconde partie. Pour la commodité de la description, les éléments conformes à l'invention sont décrits dans touit le cours de la description qui suit comme occupant les positions qu'ils prennent au cours du 15 fonctionnement. Quand l'appareil est en fonctionnement, sa première et sa seconde parties sont immergées dans un liquide. Il y a tendance à la formation dans le liquide d'un gradient de température tel que le liquide soit plus chaud près de la surface que plus bas. Quand 20 le liquide est plus froid que la boisson, comme ceci est le plus souvent le cas, la partie du liquide à travers laquelle passe la seconde partie de 1'échangeur est en moyenne plus froide que la partie à travers laquelle s'étend la première partie, de telle sorte que 1'échangeur de chaleur est particulièrement efficace. 25 L'invention englobe également dans sa portée un échangeur de chaleur comprenant un élément du type sus-indiquê ou plusieurs éléments de ce genre en combinaison avec un refroidisseur comportant un réservoir pour le liquide dans lequel la partie travaillante de l'élément ou de chaque élément peut être immergée, et un 30 système pour assurer le refroidissement du liquide contenu dans le réservoir ou la cuve. L'invention est plus complètement décrite ci-après en regard des dessins schématiques annexés qui en représentent, simplement à titre d'exemple d'ailleurs, une réalisation intéressante et dans 35 lesquels :- La fig. 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention en supposant que le couvercle du réservoir ou cuve est enlevé. La fig,. 2 est une vue en élévation de l'échangeur de chaleur 69 21965 3 2038349 que montre la fig. 1, avec un arrachement à la hauteur de la ligne 2-2 dans cette figure en vue de révéler l'intérieur du réservoir ou cuve et les éléments de 1*échangeur de chaleur logés dedans. La fig. 3 est une vue en élévation latérale dessinée à plus 5 grande échelle d'un des éléments de 1*échangeur de chaleur que montrent les fig. 1 et 2. La fig. 4 est une vue d'extrémité de l'élément de l'échangeur de chaleur que montre la fig. 3, en supposant qu'on la regarde depuis la droite de cette figure et que la partie supérieure est 10 supprimée. La fig. 5 est une vue en élévation latérale d'une variante de réalisation de cet élément d'échangeur de chaleur. La fig. 6 est une vue en élévation latérale d'une autre variante possible de cet élément d'échangeur de chaleur. 15 La fig. 7 est une vue en plan d'un élément d'échangeur de chaleur secondaire également englobé dans les fig. 1 et 2. La fig. 8 est une vue d'extrémité de l'élément d'échangeur de chaleur que montre la fig. 7 en supposant que la partie supérieure est omise. 20 L'échangeur de chaleur que montrent les fig. 1 et 2 est desti né à refroidir de la bière ou une boisson analogue ; il comprend un récipient 10 divisé intérieurement en deux parties par une cloison 11. Une partie qui n'est pas représentée ou décrite ici en détail sert de logement à un élément réfrigérateur de type 25 standard fonctionnant par compression et comportant une pompe actionnée électriquement qui est mise en marche ou arrêtée sous l'action des changements survenant dans la température de l'eau contenue dans un réservoir ou cuve 12 logé dans l'autre partie du récipient 10. L'élément réfrigérateur comprend également un serpen-30 tin refroidisseur 13 qui est monté à l'intérieur de la cuve 12. Cet élément réfrigérateur est réglable et est normalement réglé de telle sorte que la température de 1'eau contenue dans la cuve 12 ne tombe pas au-dessous de +2°C. Quand l'échangeur de chaleur est en fonctionnement, l'eau peut s'échauffer et un gradient de tempë-35 rature peut être engendré de façon telle que la nappe d'eau à la surface soit plus chaude de 6°C environ que la nappe d'eau située à la partie inférieure. Pour empêcher la formation de glace, et afin de réduire le gradient de température, un système (non représenté) peut être prévu pour obliger l'eau à circuler. Ce système peut être 69 21965 4 2038349 par exemple semblable au système employé dans les aquariums. La partie du récipient 10 servant de logement à l'élément réfrigérateur comporte un couvercle amovible 14 et sa partie servant de logement à la cuve 12 possède un couvercle amovible 5 15. Ce dernier est isolé thermiquement et la cuve 12 est isolée de la même façon. La cuve 12 peut être rationnellement constituée d'ailleurs par une matière plastique. La cuve 12 est représentée comme renfermant quatre éléments ëchangeurs de chaleur. Trois de ces éléments désignés par 16 sont 10 semblables et appartiennent au type représenté dans les fig. 3 et 4. C'est ce type d'élément qui comporte une des particularités principales de l'invention. En fait, chaque élément 16 est constitué par une certaine longueur de tube en cuivre ou en acier inoxydable pourvu d'un orifice d'admission 17 qui est fileté ex-15 tërieurement et est de ce fait étudié de manière à se prêter à un jonctionnement temporaire avec vin tuyau adducteur. Une partie du tube 18 s'étend horizontalement à partir de l'orifice d'admission, puis verticalement vers le bas, et .ensuite horizontalement à nouveau. La partie suivante du tube 18 forme un serpentin 19 20 s'étendant longitudinalement sur une certaine longueur dont la hauteur est supérieure à la largeur. La partie suivante du tube forme un serpentin secondaire 20 qui mesure également une certaine étendue dans le sens longitudinal et pénètre dans la partie inférieure du serpentin 19. Les serpentins 19 et 20 forment 25 la partie travaillante principale de l'élément en question de l'échangeur de chaleur. Au cours du fonctionnement, ils sont immergés dans l'eau qui remplit la cuve 12. Les spires des deux serpentins sont espacées de telle sorte qu'au cours du fonctionnement, l'eau puisse passer entre elles. Les spires du serpentin 30 19 sont fixées à une plaque d'entretoisement 21 qui contribue à maintenir leur espacement. Quant l'élément est en fonctionnement, le centre de gravité de la boisson contenue dans le serpentin 20 qui constitue la seconde partie de la partie travaillante de l'élément est placé plus 35 bas que celui de la boisson qui se trouve dans le serpentin 19 qui constitue la première partie de la partie travaillante de l'élément. Le serpentin 20 aboutit à un distributeur 22 de forme cylindrique ayant une section droite interne plus grande que celle 69 21965 2038349 du tube constituant les serpentins 19 et 20. Ce distributeur 22 est placé de telle sorte que son axe soit horizontal et transversal aux axes longitudinaux des serpentins 19 et 20. Dans l'élément représenté, le distributeur 22 est voisin du fond de 5 l'élément. Cette construction est à adopter de préférence. En effet, le distributeur 22 se trouve alors dans une partie relativement froide de la cuve. Mais il doit être entendu que l'invention englobe la possibilité de placer le distributeur 22 près de la partie supérieure de l'élément. 10 Le distributeur 22 représenté comporte deux tubes de sortie 23 dont chacun est semblable au tube 18 et dont chacun comporte un orifice de sortie (caché dans la fig. 3) semblable à l'orifice d'entrée 17 et capable ainsi de se prêter à un jonctionnement temporaire avec les tuyaux de distribution. 15 Des éléments semblables peuvent être prévus comportant un seul tube de sortie ou plus de deux tubes de sortie, bien qu'il ne soit pas prévu ici que des éléments de ce genre comportent plus de quatre tubes de sortie. En outre, un élément de l'échangeur de chaleur peut être aisément modifié pour faire varier le nombre de 20 ses tubes de sortie. A cet effet, le distributeur 22 peut comporter des tuyaux de sortie filetés en vue de leur jonctionnement temporaire avec des tubes de sortie ou avec des organes de fermeture, selon ce qui sera jugé le plus approprié ou convenable. Au cours du fonctionnement, un type particulier de bière ou de 25 boisson analogue arrive à l'orifice d'entrée 17 et l'orifice de sortie ou chacun des orifices de sortie est relié à un point de distribution individuel. Si le nombre des points de distribution desservis par l'élément en question doit être modifié, cet élément peut être aisément dégagé et remplacé par un autre élément 30 pourvu du nombre requis d'orifices de sortie. L'élément de l'échangeur de chaleur est muni de pieds 24 ou d'un support, de façon qu'il soit auto-supporté quand il est placé sur une surface horizontale. L'élément représenté dans la fig. 5 comporte un orifice d'en-35 trée (caché dans cette figure) semblable à l'orifice d'entrée 17 et une certaine longueur de tube 26 assez semblable au tube 18 mais coudé selon une forme assez différente. Le tube 26 aboutit à un serpentin 27 s'étendant longitudinalement dont la forme générale est celle d'un cylindre circulaire droit. Ceci constitue 69 21965 6 2038349 la première portion de la partie travaillante de l'élément- Le serpentin 27 aboutit à son tour à un récipient tubulaire 28 à section droite interne circulaire considérablement plus grande que celle du tube constituant le serpentin 27. Le récipient 28 cons-5 titue la seconde portion de la partie travaillante de l'élément ; il aboutit alors à un tube de sortie 29 généralement semblable au tube d'entrée 26 et se termine par un orifice de sortie 30 semblable à cet orifice d'entrée. Comme avec l'élément représenté dans les fig. 3 et 4, quand cet élément est en fonctionnement, le 10 centre de gravité de la bière ou autre boisson contenue dans la seconde portion précitée est situé plus bas que celui de la bière ou autre boisson contenu dans la première portion. Le type d'élément représenté dans la fig. 5 peut être modifié par montage de pieds ou d'un support, l'adjonction d'un distribu-15 teur et d'autres tuyaux de sortie ou par la disposition d'ailettes externes contre la paroi du récipient 28. L'élément représenté dans la fig. 6 est semblable dans son ensemble à celui que montrent les fig. 3.et 4 et les organes similaires portent les mêmes numéros de référence. La seule différence 20 entre les éléments en question c'est que l'élément que montre la fig. 6 comporte un récipient tubulaire 31 à section droite circulaire plus grande que celle du tube constituant le serpentin 19 aux lieu et place du serpentin 20. Le récipient .31 est pourvu extérieurement d'ailettes, mais celles-ci ne sont pas nécessaires. 25 Le récipient .19 constitue la première portion de la partie travaillante de l'élément, et le récipient 31 sa seconde portion. Comme précédemment, quand l'élément est en fonctionnement, le centre de gravité de la bière ou autre boisson contenue dans la seconde portion de la partie travaillante de cet élément se trouve 30 plus bas que celui de la bière ou autre boisson contenue dans sa première portion. Les éléments décrits ci-avant en regard des dessins annexés sont interchangeables et peuvent être utilisés selon les besoins. Quand un élément doit être engagé dans la cuve 12, il convient de 35 soulever le couvercle 15, et de placer cet élément dans la cuve de façon que sa partie travaillante soit immergée dans l'eau, mais que son orifice d'entrée et son orifice de sortie (simple ou multiple) se trouvent à l'extérieur du récipient 10. On remet alors en place le couvercle 15. Des rainures (non représentées) sont 69 21965 7 2038349 prévues dans le bord de la cuve 12 ou dans le bord du couvercle 15 pour loger les tuyaux qui arrivent ou partent de l'orifice de sortie (simple ou multiple) et de l'orifice d'entrée. Les éléments s'appuient de préférence sur le fond de la cuve 5 12 ou sur un autre support ; ils peuven£ s'appuyer, par exemple, sur un élément échangeur de chaleur secondaire 32 qui est représenté en détail dans les fig. 7 et 8. Cet élément secondaire comporte une partie travaillante constituée par une certaine longueur de tube semblable à celle qui est utilisée dans les autres 0 éléments décrits ci-avant et conformée suivant un trajet sinueux. L'élément représenté comporte deux couches superposées : une couche supérieure 33 et une couche inférieure 34. La forme générale de la partie travaillante est laminaire et rectangulaire de telle sorte qu'elle puisse reposer sur le fond de la cuve 12. La 5 couche supérieure 33 comporte un tube d'admission 35 semblable au tube 18 et relié à un orifice d'admission 36 semblable à l'orifice d'admission 17. La couche inférieure comporte un tube de sortie 37 et un orifice de sortie 38 respectivement semblables au tube d'admission 35 et à l'orifice d'admission . 36 D mais disposés à l'autre extrémité de cet élément. Les couches 33 et 34 sont fixées à des plaques 39 qui contribuent à les maintenir dans la position convenable. L'élément représenté dans les fig. 7 et 8 est destiné à trouver son emploi avec des bières ou boissons telles que des bières 5 blondes qui sont servies le plus souvent à des températures inférieures à celles auxquelles lés bières anglaises de type classique sont servies, mais qui ne sont pas vendues en quantités aussi grandes que ces bières anglaises classiques. Alors que les éléments tels que 16 peuvent refroidir la bière jusqu'à une température D voisine de 12°C environ, l'écoulement étant virtuellement continu, l'élément secondaire n'est pas destiné à refroidir la bière s'ë-coulant à travers lui presque continuellement, mais plutôt à refroidir de la bière servie suivant certains intervalles de temps. Les détails de construction peuvent être modifiés, sans s'ê-5 carter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. 69 21965 8 2038349 REVENDICATIONS 1. Elément pour échangeur de chaleur applicable à la bière ou à une boisson analogue et comprenant une partie travaillante pourvue d'une première portion affectant la forme d'un serpentin 5 s'étendant longitudinalement et constitué par un tube bon conducteur de la chaleur, et d'une seconde portion ayant également une forme longitudinalement allongée et bonne conductrice de la chaleur, cette seconde portion s'étendant à l'intérieur ou le long de ce serpentin, la construction étant étudiée de telle sorte qu'au 10 cours de l'usage, la bière soit astreinte à passer à travers la première portion précitée, puis à travers la seconde portion, le centre de gravité de la bière dans la première partie de l'échangeur de chaleur étant situé plus haut que celui qui se trouve dans sa seconde partie. 15 2. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des pieds ou un support ou est autrement étudié pour être auto-supporté quand il est placé sur une surface horizontale. 3. Elément suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la seconde portion aboutit à l'orifice 20 d'admission d'ion distributeur constitué en tout ou partie par tin récipient pourvu de deuxjbu d'un plus grand nombre d'orifices de sortie et ayant une section droite interne plus grande que celle de son orifice d'admission ou de l'un quelconque de ces orifices de sortie. 25 4. Elément suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le récipient formant distributeur est disposé à une extrémité de la première et de la seconde portions précitées et est placé au fond ou près du fond de l'élément. 5. Elément suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, 30 caractérisé en ce que le récipient formant distributeur a une forme cylindrique, son axe s'étendant horizontalement et transversalement aux axes longitudinaux de la première et de la seconde portions précitées. 6. Elément suivant l'une quelconque des revendications précé-35 dentes, caractérisé en ce qu'il comprend un orifice d'entrée et vin ou plusieurs orifices de sortie dont chacun est étudié en vue d'un raccordement amovible avec une arrivée appropriée ou un tuyau de distribution, chacun occupant une position située au-dessus du niveau de la première et de la seconde portions 69 21965 9 2038349 précitées et au delà d'une de leurs extrémités. 7. Elément suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur du serpentin est supérieure à sa largeur et en ce que la seconde portion de l'élément 5 est disposée à l'intérieur de la partie inférieure du serpentin. 8. Elément suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la forme générale du serpentin est celle d'un cylindre circulaire droit et en ce que la seconde portion de l'élément est disposée au-dessous d'elle. 10 9. Elément suivant l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que la seconde portion de cet élément est constituée par un récipient tubulaire à section droite interne plus grande que celle du tube constituant le serpentin. 10. Elément suivant la revendication 9, caractérisé en ce que 15 le tube est pourvu extérieurement d'ailettes. 11. Elément suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la seconde portion de cet élément est constituée par \in serpentin secondaire. 12. Elément ou dispositif suivant l'une quelconque des reven-20 dications précédentes, caractérisé en ce que les spires du serpentin précité et les spires du serpentin secondaire, si ce dernier est prévu, sont espacées de telle sorte que si la partie travaillante de cet élément est immergée dans un liquide, ce dernier puisse passer entre les spires précitées. 25 13. Echangeur de chaleur comprenant un élément suivant l'une quelconque des revendications précédentes ou plusieurs éléments de ce genre, dont chacun est semblable à l'une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec un refroidisseur comportant une cuve recevant un liquide et dans laquelle la par-30 tie travaillante de l'élément ou de chaque élément est immergée ou peut être immergée, des moyens étant prévus pour refroidir le liquide qui se trouve dans la cuve. 14. Echangeur de chaleur suivant la revendication 13, en combinaison avec un dispositif secondaire auto-contenu à travers le-35 quel peut passer la bière ou boisson analogue, ce dispositif secondaire comprenant une partie travaillante affectant la forme d'une certaine longueur de tube bon conducteur de la chaleur conformée de manière à constituer un trajet sinueux, la forme générale de la partie travaillante étant laminaire, la construction 69 21965 10 2038349 étant étudiée de telle sorte que cette partie travaillante puisse reposer au fond de la cuve, le ou les dispositifs suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12 étant disposés au-dessus. 15. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des reven- 5 dications 13 et 14, caractérisé en ce que l'élément ou chacun des éléments comporte un orifice d'entrée et un orifice de sortie simple ou multiple, dont chacun est étudié en vue d'un racccorde-ment amovible avec une arrivée de boisson appropriée ou un tube de distribution, la construction étant étudiée de telle sorte que 10 quand la partie travaillante de l'élément ou de chaque élément se trouve dans la cuve, l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie (simple ou multiple) soit disposé à l'extérieur de cette cuve. 16. Echangeur de chaleur suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la construction est telle que l'élément ou chaque 15 élément est conformé de telle sorte que quand sa partie travaillante se trouve dans les tubes de la cuve aboutissant à son orifice d'entrée et à son orifice de sortie (simple ou multiple) il s'étende par-dessus la paroi de la cuve, de telle sorte que cet élément puisse être aisément placé dans la cuve ou dégagé hors de 20 celle-ci. 17. Echangeur de chaleur suivant la revendication 16, caractérisé en ce que la cuve comporte un couvercle qui, quand il se trouve en position sur cette cuve et quand la partie travaillante de l'élément ou de chaque élément se trouve dans cette cuve, il 25 s'étende par-dessus les tubes aboutissant à l'orifice d'entrée et à l'orifice de sortie (simple ou multiple) de telle sorte que le couvercle puisse être ouvert sans déranger l'élément ou les éléments .