Brevet FR2202270A1 — publié le 19740503

La présente invention concerne un échangeur de chaleur cylindrique, du genre comprenant une paroi interne et une paroi externe séparées par un intervalle dans lequel on fait circuler un fluide d'échange thermique arrivant par un tube d'admission et évacué par un tube de décharge. Le problème technique essentiel à résoudre dans la réalisation de tels échangeurs est d'obtenir sur toute la surface externe du cylindre un échange thermique élevé et uniforme entre le fluide et la paroi externe. Ce problème s'est toujours montré peu facile à résoudre en pratique. Ainsi qu'il est bien connu des spécialistes, une bonne transmission de la chaleur entre le fluide d'échange thermique et la paroi externe dépend, entre autres facteurs, de la vitesse du fluide. En conséquence, le conduit parcouru par le fluide d'échange doit être de faible section et enroulé en spirale, de façon à être le plus long possible. L'une des solutions les plus fréquemment employées consiste à former un conduit hélicoidal dans l'intervalle entre les dites parois interne et externe. Ce résultat est obtenu au moyen d'une cloison enroulée en hélice autour de la paroi interne, et dont le bord extérieur est en liaison étanche avec la surface intérieure de la paroi externe. Cette solution, bien que résolvant de façon satisfaisante le problème d'une transmission élevée de la chaleur entre le fluide et la paroi externe, présente l'inconvénient de créer un échange thermique irrégulier, résultant du manque d'uniformité de la façon dont le fluide lèche la surface intérieure de la paroi externe. En effet, la surface de contact entre la tranche extérieure de la cloison et la surface intérieure de la paroi externe empêche un échange direct entre le fluide et la paroi externe du cylindre. Il se crée ainsi des zones plus ou moins refroidies (ou réchauffées) par le fluide, relativement aux zones voisines de cette surface. La distribution inégale de la température superficielle du cylindre entraîne des inconvénients dans l'utilisation de celui-ci. On utilise par exemple des cylindres échangeurs de chaleur comme ceux décrits ci-dessus pour l'entraînement de films en matériaux thermo-plastiques. Les zones à températures anormales de la surface du cylindre provoquent un refroidissement irrégulier du film, où se forment par suite des zones non homogènes entrainant un aspect et des propriétés non uniformes. L'objet de la présente invention est de remédier à cet inconvénient par la réalisation d'un cylindre échangeur de chaleur du type décrit ci-dessus, dans lequel un échange thermique élevé et uniforme est obtenu sur toute la surface externe, qui ne présente aucune irrégularité de température. Suivant l'invention, le cylindre échangeur de chaleur est caractérisé en ce qu'il comprend : une paroi interne sur la face extérieure de laquelle est formé un canal ouvert, pour un fluide d'échange thermique, ce canal comportant à ses extrémités des orifices d'entrée et de sortie, les bords des parois du canal se trouvant sur une surface sensiblement cylindrique, et une paroi externe à face intérieure cylindrique, coaxiale avec la dite paroi interne, affleurant les bords du dit canal, les dites parois interne et externe étant supportées de façon à pouvoir tourner autour d'un même axe, des organes étant prévus pour le maintien d'une rotation relative de la paroi externe par rapport à la paroi interne. Il apparaîtra avec évidence que, grâce à cette dispoeition et à cette rotation relative, la position des zones de la paroi externe se trouvant en face de zones déterminées du canal est contamment variable. La température de la paroi externe se stabilise ainsi à une valeur moyenne. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques de l'invention, une forme de réalisation va en être décrite à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique représente un cylindre suivant l'invention en coupe axiale. Ce cylindre, désigné dans son ensemble par 10, comprend une paroi cylindrique externe 11 et des faces latérales 12, prolongées axialement par des demi-arbres creux 13 pouvant tourner sur des paliers 14 par l'intermédiaire de roulements 15. Une paroi interne 16 porte des faces latérales 17, prolongées axialement par des demi-arbres 18 et recevant la surface externe de roulements 19 stappuyant intérieurement sur une saillie annulaire centrale 21 d'une cloison fixée intérieurement à la paroi 11. Les demi-arbres 18 peuvent tourner à l'intérieur des demiarbres 13, l'étanchéité étant assurée par des joints hydrauliques 22. Ils sont supportés par des joints tournants 23 et 24, auxquels arrivent des canalisations 25 et 26, reliées aux passages 27 à l'intérieur des arbres 18. Ces passages débouchent en 28 entre les cloisons 21 et les faces radiales 12. Les cloisons 21 portent des passages périphériques 29. L'un des demi-arbres 13 porte extérieurement une roue dentée 30 et le demi-arbre correspondant 18 une roue 31. Une cloison 32 est soudée en spirale autour de la paroi interne 16. Elle s'étend radialement jusqu'à affleurer par sa tranche externe la surface intérieure de la paroi 11, en laissant toutefois un jeu suffisant pour éviter tout grippage. Le fonctionnement de l'appareil ainsi représenté est shématiquement le suivant : la roue dentée 30 est reliée par une transmission classique, par exemple à chaîne, à un système moteur non figuré de façon à faire tourner la paroi 11 à la vitesse périphérique nécessaire par exemple pour l'entraînement d'un film en un matériau plastique. La roue 31 est de même reliée à un système moteur non représenté qui la maintient en rotation à une vitesse angulaire différente de celle de la roue 30. Par la canalisation 25 arrive, avec le débit et la pression convenables, le fluide d'échange thermique qui, à travers le joint 23 et les passages 27, 28 et 29, passe dans l'intervalle existant entre les parois 11 et 16. Le fluide suit dans cet espase un parcours hélicoîdal, étant guidé par la cloison 32, et s'échappe par la canalisation 26 à travers le joint 24. La différence des vitesses angulaires de rotation des parois 1i et 16 amène un glissement continu de la tranche de la cloison 32 le long de la surface intérieure de la paroi 11. I1 en résulte en particulier un déplacement continu de la position du canal de passage du fluide, formé par deux spires voisines de la cloison, par rapport à la paroi externe. Chaque portion de la surface de cette paroi est ainsi uniformément soumise à un échange thermique égal en tous points. La vitesse relative de rotation de l'arbre 13 par rapport à l'arbre 18, et donc de la paroi externe par rapport à la paroi interne, est maintenue à une valeur convenable, de façon à éviter des variations de température sensibles de la paroi externe. Cette valeur dépend de divérs paramètres, en particulier de l'inertie thermique de la paroi 11. La variation de la vitesse relative des deux parois peut être obtenue de diverses façons. En général, la vitesse de la paroi externe sera conditionnée par la vitesse à communiquer au matérieux en feuille à entraîner, ou encore par les opérations à effectuer sur la face externe du dit matériau. La vitesse de la paroi interne sera au contraire déterminée par la vitesse de glissement relative entre les deux parois. L'arbre 18 pourra ainsi tourneur, soit dans le même sens que l'arbre 13, soit en sens inverse, ou simplement être maintenu immobile. Le trajet du fluide thermo-régulatetrentre les parois a été indiqué comme hélicoidal dans la réalisation décrite à titre d'exemple. I1 peut toutefois présenter toute autre forme appropriée à un échange thermique convenable. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur cylindrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : une paroi interne sur la face extérieure de laquelle est formé un canal ouvert pour un fluide d'échange thermique, ce canal comportant à ses extrémités des orifices d'entrées et de sortie, et les bords du canal se trouvant sur une surface sensiblement cylindrique, et une paroi externe à face intérieure cylindrique, coaxiale avec ladite paroi interne et affleurant les bords dudit canal, les dites parois interne et externe étant supportées de façon à pouvoir tourner autour d'un même axe, en rotation relative l'une par rapport à l'autre. 2. Echangeur de chaleur cylindrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dit canal a une configuration hélicoidale. 3. Echangeur de chaleur cylindrique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la paroi dutit canal est formée par une bande enroulée en hélice sur ladite paroi interne et fixée sur celle-ci. 4. Echangeur de chaleur cylindrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi interne est supportée par un arbre coaxial à un arbre creux supportant la paroi externe. 5. Echangeur de chaleur cylindrique suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que l'arbre supportant la paroi interne forme sur au moins une partie de sa longueur le conduit d'entrée et/ou de sortie du fluide circulant dans le canal.