Brevet FR2210754A1 — publié le 19740712

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur par surface, aéjà connus entre un liquide et l'air atmosphérique, dans lesquels le liquide se aéplace par gravité à l'intérieur de poches verticales formées, chacune, par oeux bances identiques en feuille de matière plastique mince et souple, par exemple dtl polyethylène de 15/100èmes de m/m a'épaisseur, disposées face contre face, et assemblées : à la base par une ligne de soudure à plat horizontale, à chaque extrémité des bandes par une ligne de soudure verti cale,tandis qu'au sommet, les poches ouvertes partiellement ou totalement, communiquent avec l'atmosphère et permettent l'établissement de surfaces libres du liquide qui y circule, sur toute la longueur de la poche. Les deux parois d'une poche étant de plus réunies l'une à 11 autre suivant des lignes de soudure à plat verticales délimitant dans la poche des canaux de circulation verticaux alternativement descendanSset ascendants, lesdites lignes de soudure comprenant alternativement des lignes de soudure -hautes, ctesSà-dire s'arrêtant avant le fond de la poche, et des lignes de soudure basses, c'est-8-dire allant jusqu'au fond due la poche tandis qu'elles sont arrêtées vers le haut, avant dlatteindre la lisière supérieure des deux bandes formant les parois de la poche. La fig. 1 du dessin illustre schématiquement une réalisation connue, supposée réduite à une seule poche. Cette poche est constituée de deux parois transfert en feuille mince de polyéthylène qui ont été soudées à plat l'une à l'autre, sur leur pourtour, à l'exception de leurs bords supérieurs, pour constituer une poche, et qui ont été soudées à plat l'une contre l'autre, suivant différentes lignes verticales l, 2, 3, 4, 5, 6, pour constituer six canaux de circulation du liquide dans la poche. Ces lignes verticales comprennent deux types de lignes, à savoir les lignes hautes A B C, et des lignes dites basses telles que D E, qui alternent avec les lignes hautes, commençant plus bas que les lignes hautes et se terminant au fond de la poche alors que les lignes hautes se terminent à un niveau situé au-dessus du fond de la poche. Pour faciliter la compréhension de la structure de la poche, on a représenté par des ellipses pointillées les sections droites des canaux 1 à 6 ainsi constitués, dont en réalité les parois sont en contact mutuel quand la poche est vide de liquide. Un tel échangeur est normalement alimenté à son extrémité gauche par un liquide s'écoulant par gravité d'un réservoir F par une tubulure G qui pénètre entre les 2 parois du canal 1 et déverse son liquide par un bec H à son extrémité droite comme cela est indiqué par la flèche 7, l'air atmosphérique avec lequel se fait ltéchange de chaleur circulant autour de la poche soit naturellement pulsé. On remarquera que si un canal k parois souples ainsi constitué contenant un liquide est supposé isolé de l'ensemble de la poche, et indépendant, la pression intérieure qui y règne aux différents niveaux, est égale à la hauteur du liquide depuis la surface libre jusqu'au niveau considéré ;la section droite du canal se déforme de ce fait. Les deux soudures latérales qui sont parallèles quanu le canal est vide de liquide se rapprochent l'une de l'autre- au sommet pour permettre au liquide d'y pénétrer ; la section droite y affrète la forme d'une ellipse allongée.Elle s'ovalise au fur et à mesure que la pression intérieure croft en se rapprochant vers la base pour atteindre une section circulaire et s'y maintenir jusqu'à une faible distance du fond à partir de laquelle les deux soudures latérales du canal s'écartent fortement l'une de l'autre pour atteindre leur maximum d'écartement sur la ligne horizontale de soudure qui assemblant les deux parois, forme le fond du canal. Si au lieu d'un seul canal on considère un ensemble de deux canaux contigus, également indépendant et isolé de l'ensemble de la poche, les deux lignes de soudure latérales extérieures se déforment et se déplacent comme avec un seul canal entre elles, tandis que -la ligne de soudure intermédiaire demeure sensiblement verticale et rectiligne, les forces qui tendent à la déformer étant égales et de sens contraire. On notera toutefois que, de ce fait, les efforts supportés par elle, sont plus grands que pour les deux soudures latérales extérieures déformées. On remarquera d'autre part que les déformations des canaux signalés ci-dessus dépendent du poids du liquide mais ne sont pas affectés si celui-ci s'y déplace ou non et de même, par le fait qu'une intercommunication entre canaux puisse exister soit à la base, soit au sommet. Quand cet ensemble de canaux est réintégré dans la poche, comme dans le dispositif de la fig. 1, et que la circulation du liquide y est établie, les déformations et déplacements des lignes de soudure ne peuvent se produire comme décrit ci-dessus, puisqu'elles sont soudées les unes aux autres sur toute leur longueur et que des efforts sensiblement égaux et de sens contraires s'exereent sur chacune d'elles depuis le sommet jusqu'au point bas des soudures hautes ; elles demeurent ainsi rectilignes. L'effort supporté par parois et soudures s'en trouve accru et la perte de charge du liquide est plus grande.On constate d'autre part que ces lignes rectilignes ne sont pas parallèles mais convergentes vers le bas, la déformation prédominante des sections droites, due au poids du liquide les rapprochant mutuellement quand leur forme passe de l'ellipse allongée au cercle, ce qui accroft à nouveau l'ef- fort supporté par les parois et soudures et limite le nombre des canaux admissibles dans une même poche. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. On y parvient, selon l'invention, par le fait que certaines au moins des lignes de soudure sont dédoublées les intervalles entre les deux soudures de remplacement étant fendues longitudinalement avec ou sans découpe et en lèvement des portions de parois situées entre elles. Ces fentes ou découpes permettent en effet aux lignes de soudure intéressées de se courber ou se déplacer sans réagir les unes sur les autres et de prendre les formes appropriées aux forces qui les sollicitent au profit de leur solidité. Il est à noter qulen restant dans le cadre de l'invention, lorsque les lignes de soudure sont larges par exemple de 4 à 10 m/m ou plus, par exemple le dédoublement peut-re obtenu par simple coupure le long d'une ligne mé diane longitudinale de la ligne de soudure avec ou sans enlèvement complémentaire d'une portion de paroi inutile à l'étanchéité. On décrit ci-après des réalisations d'échangeurs de chaleur conformes à l'invention en référence aux figures du dessin joint. La fig. 2 représente schématiquement une élévation de face d'une poche de six canaux 1, 2 3, 4, 5, 6, vide de liquide, conforme à l'invention, dans laquelle les lignes de soudure basses D et E de la fig. 1 ont été dédoublées et représentées respectivement fig. 2 par les lignes de soudure parallèles D1 D2 et El E2 ; une fente F1 représentée en pointillé sépare les deux premières et une autre fente longitudinale F2 sépare les deux secondes. Les lignes de soudure Dl -D2 sont réunies au sommet par une courte ligne de sou dure G1 et les lignes El et E2 le sont également par la ligne G2 afin d'éviter toute fuite de liquide des canaux vers l'extérieur.Les fentes Fl et F2 sont arrêtées à la base à une faible distance du fond de la poche ce qui apporte plus de solidité; mais elles peuvent également franchir cette ligne de soudure horizontale et libérer ainsi complètement l'un de l'autre à leur partie inférieure les groupes de deux canaux de la poche. La fig. 3 représente schématiquement et en service, une portion de la poche comportant notamment les lignes de soudure basses El et E2 représentées sous la courbure qu'elles affectent pour satisfaire à la loi de variation des sections droites successives des canaux, quand, suivant l'invention, les soudures uniques unissant deux canaux voisins ont été dédoublées ; un faible effort leur a permis de se déformer au profit de la solidité, de la fiabilité et d'une réduction de perte de charge. En variante, non représentée sur le dessin de la fig. 2, les lignes de soudure dédoublées parallèles D1 D2 et El E2 qui nécessitent pour l'étan- chéité du dispositif la mise en place des soudures GI et G2 de la fig. 2 peuvent partir au sommet d'un point commun pour D1 D2 et d'un autre point commun pour El E2 placés respectivement sur les lignes de soudure D E dédoublées et s'étendre vers le fond de la poche en s'écartant progressivement de la ligne de soudure devenue fictive qu'elles remplacent; tandis qu'une fente longitudinale sur cette ligne donne aux soudures de remplacement la liberté de se déformer et de se déplacer, prévue par la présente invention. La fig. 4 représente une poche vide de liquide de six canaux 1, 2, 3, 4, 5, 6, conforme à l'invention, dans laquelle les lignes de soudure hautes A B C de la fig. 1 ont été dédoublées et représentées respectivement par les lignes de soudure parallèles Al A2 - B1 B2 - C1 C2. Dans les trois zones limitées respectivement par les lignes Al A2 - B1 B2 - C1 C2, des fentes longitudinales Hl H2 H3 représentées en pointillé, suppriment l'interdépendance des canaux respectifs 1 et 2 - 3 et 4 - 5 et 6. Les fentes H1 H2 H3 sont arrêtées de préférence avant d'atteindre la lisière supérieure de la poche et avant dlatteindre à ia base, les lignes dé soudure I 1 - I 2 - I 3 qui s'opposent -à la fuite du liquide des canaux. La fig. 5 représente en service une portion de la poche de la fig. 4, comportant les canaux 3 et 4, les lignes de soudure basses D et E non dédoublées et les deux lignes de soudure B1 et B2 provenant du dédoublement de la ligne de soudure haute intermédiaire, celles-ci, en service, se sont déformées et déplacées, afin de supporter conformément à l'invention, l'effort minimum et présenter, pour le liquide, la plus faible pente de charge tout en satisfaisant aux conditions des variations des sections droites des canaux ci-dessus. Dans une autre variante entrant dans le cadre de l'invention, toutes les lignes de soudure, hautes et basses, de la poche, sont dédoublées avec fentes intermédiaires. Les mêmes avantages que précédemment en résultent et présentent llintérêt supplémentaire d'une grande facilité apportée à la circulation naturelle de l'air, favorable à llbfficacité de l'échange de chaleur, un élargissement des intervalles entre les deux lignes de dédoublement et découpe de la portion de la paroi devenue inutile peut également la favoriser. Dans cette variante, on devra prévoir, comme dans les précédentes, de courtes lignes de soudure horizontales unissant les lignes dédoublées pour éviter une fuite du liquide à moins que ces dernières soient remplacées par une ligne de soudure de grande largeur avec fente, le long d'une ligne médiane interrompue avant d'atteindre les extrémités basses et hautes de la soudure. Tandis que la dernière variante présente une fragilité; plus grande que les précédentes, il entre dans l'invention de dédoubler et fendre les lignes basses ou hautes de soudure des poches, à une fréquence moins grande que celle indiquée notamment, après 3 ou 4 ou plus de canaux soudés côté à côte, on notera en effet que le dédoublemer et la fente d'une soudure quelconque at téiluent les effets de la convergence vers le bas des lignes délimitant les canaux qui le séparent du dédoublement précédent et qui ont été signalés dans le dispositif de la fig. 1. Dans ce même dispositif de la fig. 1, il est connu de réaliser la vidanges des poches en interrompant les lignes de soudure basses un peu avant le fond de la poche créant ainsi une intercommunication entre tous les canaux d'une même poche, la fuite ainsi créée entre le ler et le dernier canal étant négligeable, tandis qu'il suffit de vider lue dernier canal pour vidanger toute la poche. Un tel dispositif n'est pas utilisable dans le cas de la présente invention en raison des fentes et découpes de certaines lignes de soudure ; pour la vidange, il est préconisé, selon l'invention, de constituer le fond de la poche par deux lignes de soudure horizontales et superposées, formant un fourreau continu ouvert à une extrémité au moins, à l'atmosphère par un orifice obturable quand la poche est en service. La soudure supérieure du fourreau est munie de petis orifices qui mettent en communication l'intérieur de celui- ci avec les différents canaux de la poche. L'ouverture dey'office du fourreau débouchant à l'extérieur, videra le liquide de la poche. Si l'on considère une poche à parois souples de la présente invention, on constate que dans toute l'étendue de la poche au-dessus du fourreau qui vient d'être décrit, il n'existe aucune communication directe horizontale entre le ler et le dernier canal, une accumulation de liquide s'établît donc en service entre les cloisons qui s 'y opposent, un gonflement des parois souples en résulte donc un raccourcissement de la longueur de la poche. Au contraire, le fourreau étant continu et direct, aucun obstacle n'en réduit la longueur et la :ptépondé- rance du poids du liquide intervenant, l'excès relatif de longueur du fourreau y provoque des plis et fronces et déformations susceptibles de freiner et même interdire la vidange des canaux de la poche. Les fig. 6 et 7 représentent une poche vide de liquide à six canaux munie du dispositif qui 'selon l'invention remédie à cet inconvénient. Les deux soudures basses sont dédoublées en D1 D2 et El E2. Le fourreau J commun que avec chacun des trois groupes de deux canaux par les petits orifices K1 K2 K3 formés par des intervalles non soudés de la ligne supérieure de soudure du fond de la poche.Une barre mince et étroite, rigide ou semi-rigide, passe alternativement devant un couple de canaux et derrière le couple suivant, fig. 6 et fig. 7 Quand la poche est en service, les axes des canaux gonflés s'écartent de la barre et les ondulations -ainsi créées absorbent le supplément de longueur du fourreau par rapport aux canaux et suppriment les plis et angles vis susceptibles de gêner la vidange de ces derniers. On notera que l'épaisseur des canaux croft du haut vers le bas de la poche ce qui permet, en choisissant le niveau convenable de la barre L, une compensation aussi complète que possible. Les échangeurs de chaleur de ce genre pouvant être soumis aux in tempéries, on constate que la barre L compensatrice apporte une résistance aux courants d'air violents. Cette résistance pourra d'ailleurs, suivant suivant être encore accrue en disposant avec un jeu convenable, à différents niveaux, des bandes de matière plastique parallèles à la barre compensatrice L passant avec la même alternance ou une alternance inversée devant et derrière les groupes de deux canaux. L'invention n'est pas limitée à des dimensions particulières de poches, ni a des nombres particuliers de canaux dans les différents groupes des poches. A titre indicatif, on peut indiquer que de bons résultats sont obtenus avec une poche ayant vide de liquide les dimensions suivantes Hauteur hors tout: 750 m/m; en-dessous du bec de déversement: 550; largeur d'un canal 35 m/m. Distance entre les deux soudures de dédoublement séparant deux canaux contigus 20 mlm. Distance séparant l'arrêt de soudure bas d'une ligne de soudure haute, au fond de la poche : 35 m/m. Distance séparant les deux lignes de soudure parallèles formant le fond de la poche 20 m/m. Matériau : polychlorure de vinyle ou polyéthylène souple, épaisseur 15 à 20/100èmes m/m. REVENDICA TIONS 1) Echangeur de chaleur par surface entre un liquide et l'air atmosphérique dans lequel le liquide se déplace par gravité à l'intérieur de poches verticales formees chacune par deux bandes en feuilles de matière plastique minces et souples identiques, disposées au contact face contre face et assemblées par thermosoudures à plat : à la base par une ligne de soudure horizontale ; à chaque extrémité des deux bandes par une ligne ae soudure verticale, tandis que, au sommet, les poches ouvertes à l'atmosphère partiellement ou totalement, permettent l'établissement de surfaces libres du liquide qui y circule, sur toute la longueur de la poche; les deux paros d'une poche sont de plus réunies l'une à l'autre suivant des lignes de soudure à plat délimitant dans la poche, des canaux de circulation verticaux alternativement descendais et ascendants; lesdites lignes de soudures comprenant alternativement des lignes de soudure hautes, c'est-à-dire-s 'arrtant avant le fond de la poche et des lignes basses, c'est-à-dire allant jusqu'au fond de la pùche, caractérisé par le fait que certaines des lignes de soudure hautes ou basses sont dédoublées de façon à constituer des branches d'assemblage étanches doubles entre lesquelles les deux parois transfert sont fendues par une méme coupure longitudinale, avec ou sans découpe et enlèvement des portions des deux parois entre les branches d'assemblage doubles. 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lignes de soudure hautes et basses dédoublées, sont, avant leur dédoublement suffisamment larges, pour que celui-ci puisse être réalisé par une simple fente médiane dans l'épaisseur des deux parois sans nuire à l'étanchëité et à la solidité delta poche. 3) Echangeur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les lignes de soudure basses sont seules et toutes dédoublées et fendues. 4) Echangeur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les lignes de soudure hautes sont seules et toutes dédoublées et fendues. 5) Echangeur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que toutes les lignes de soudure hautes et toutes les lignes de soudure basses sont simultanément dédoublées et fendues 6) Echangeur selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que le fond de la poche est constitué par une double ligne de soudure horizontale délimitant entre elles un fourreau longitudinal communiquant à une extrémité au moins avec l'atmosphère par un orifice obturable et avec l'intérieur duquel tous les canaux communiquent par des hiatus réservés dans la ligne de soudure supérieure du fourreau. 7) Echangeur selon la revendication 6 caractérisé par l'utilisation de certaines des fentes de lignes de soudure dédoublées, pour y faire passer une barre rigide ou semi-rigide, parallèle au fond de ia poche, ladite barre passant alternativementdevant ;n groupe de canaux et derrière le groupe de canaux suivant; les groupes successifs comportant ou non un même nombre de canaux 8) Un échangeur selon la revendication 7 caractérisé par-le fait que des bandes de matière plastique minces, sont disposées, parallèlement au fond de la poche, à différents niveaux, bandes qui, en laissant un c ertain jeu, passent alternativement devant un groupe de canaux, puis derrière un groupe des- canaux qui suivent les premiers, en utilisant, comme passages, les fentes appartenant à certaines ou à toutes les lignes de soudure dédoublées de la poche, et sur toute la longueur de cette dernière.