Brevet FR2227508A1 — publié le 19741122

La présente invention a trait aux échangeurs de chaleur, et en particulier aux échangeurs au type dans lequel la forme d'un espace d'écoulement est rendue variable af@n de preduire une turbulence dans un liquide circulant dans set sspace. Suivant la présente invention, il est prévu un échangeur de chaleur comprenant un espace l'écoulement pour un liquide, lequel est déterminé au moiné en partie par deux surfaces coaxiales, coniques ou tronconiques, dent l'une au moins est formée sur un organe monté de façon à pouvoir@se déplacer axialement pour permettre de faire varier l'espace diécoulement entre ces surfaces coniques ou tronconiques. L'une ou l'autre de ces surfaces coniques (ou les deux) peut être utilisée comme surface de transfert ou d'échange thermique par l'aménagement d'an chemisage approprié ou par d'autres dispositions propres à définir des espaces d'écoulement pour un fluide en état d'échange thermique avec le fffiuide entre les surfaces coniques précitées. les angles de ces surfaces coniques peuvent ttre identiques ou différents. En utilisant une construction à double cône suivant l'invention, conjointement à un système d'étanchéité ou de clapet antiretour entre les espaces dXécoulement défins par ces cônes, on peut également obtenir un effet de pomoage. L'invention sera maintenant décrite plaus en détail en se référant au dessin schématique annexé qui montre plusieurs modes possibles de réalisation de l'invention ur le dessin La figure 1 montre en coupe un mode de réalisation de 1'é- changeur thermique suivant l'invention. La figure 2 montre en coupe une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. La figure 3 montre une coupe relative à une autre variante de réalisation de l'échangeur suivant 1'invention, et la figurs 4 montre une variante de cette disposition. Dans le mode de réalisation que montre la figure 1, l'échangeur se compose d'an cône extérieur 1 et d'un cône coaxial inté rieur 2 de même angle au sommet t les des cônes étant constitués par un matériau rigide et réservant entre eux un espace d'écoulement pour un fluide de transfert thermique. le cône extérieur 1 est muni d'un chemisage 3 afin de pouvoir recevoir un second fluide de transfert. A l'intérieur du cône intérieur 2 est disposé un bloc 4 définissant un autre espace d'écoulement pour le second fluide. le cône 1 présente une entrée 5 et une sortie 6 pour le premier agent fluide, et il est monté à poste fixe. Le cône 2 est monté sur une tige d'accouplement 7 qui en assure le mouvement oscillant axial. La tige 7 traverse un presse-étoupe 7a et l'agent de transfert athermique alimente l'intérieur du cane 2 en traversant des raccords souples (non représentés) qui se terminent par des tuyaux coaxiaux 8 et 9 qui traversent un presse-étoupe 10. le déplacement axial du cône 2 se traduit par la modifica tion de @ 'I'; espaced'écoulement d-isponible pour le fluide de traitement, cet espace pouvant passer de zéro à une valeur maximale. Oelle-ci dépend de- Ira nature du fluide en cours de traitement, mais restera inférieur à un espace d'écoülement d 11 ordre de 12 mm entre les deux cônes, alors qu'à l'autre extrémité de la gamme, cet espace d'écoulement est réduit pratiquement à zéro. Il a été constaté que si 1'angle du cône est faible, c'est à-dire1orsque lez mouvement axial relatif est important: pour un changement donné de l'espace d'écoulement entre les surfaces de transfert ou d'échange thermique, les surfaces de transfert thermique ont tendance à s'érailler, :Pour éviter cet inconvénient, on peut modifier le cône intérieur comme le montre la figure 2.Dans ce mode de réalisation, la surface du cône intérieur 2 est revêtue d'une couche compressible 11, en caoutchouc ou matière plastique, et l'angle du cône est modifié de telle sorte que, selon le sens désiré de l'écoulement dans l'appareil, l'écoulement du fluide à mesure que les de-ux surfaces coniques se rapprochent l'une de l'autre se fait progressivement, s'amorce à l'une ou l'autre extrémité du cône, et le degré de compression produit dans la couche 11 qui recouvre la paroi externe du cône intérieur est tel qu'il autorise le contact sur la totalité de la surface des cônes, c'est-à-dire lorsque le passage est réduit à zéro. La présence de la couche 11 nuit au transfert thermique à travers le cône 2, et rien n'est prévu dans ce cas pour alimen ter son espace intérieur en agent de transfert thermique~ Dans les modes de réalisation que montrent les figures 1 et 2, l'oscillation est indiquée comme étant appliquée au cône intérieur 2 par une tige d'accouplement 7 qui peut etre entraSnée par un piston hydraulique ou pneumatique, ou encore par une commande mécanique. l'entrainement peut s'exercer aussi sur l'autre cône 1, et peut être remplacé par une commande hydraulique directe.Par exemple, Si le fluide pénètre par le sommet du cône, la pression hydraulique peut faire fonctionner ce cône ; ainsi, si l'on donne des pulsations à l'écoulement du produit, on obtiendra le mouvement relatif désiré, la sollicitation en retour étant fournie par des ressorts ou simplement par le poids du cône intérieur. Dans le mode de réalisation que montre la figure 3, qui produit également un effet de pompage, un élément mobile interne comprend deux cônes 21 réunis par leurs bases (ou leurs grandes bases en cas de cônes tronconiques, comme représenté), en ménageant cependant une courte partie cylindrique 22 entre cés Canes. les cônes extérieurs 23 qui se vissent entre eux comme indiqué en 23a comportent chacun un chemisage 24 comme dans le cas précédèftt. Une lèvre d'étanchéité 25 fixée aux cônes 23 coopère avec la partie cylindrique intermédiaire 22. les cônes extérieurs 23 portent des presse-étoupe 26 et 27 qui coopèrent avec des tubulures d'admis s ion et de sortie désignées respectivement en 28 et 29 pour l'agent de transfert thermique agissant dans l'intervalle formé entre les cônes. les tubulures 28 et 29 sont perforées en 30 et raccordées à des tuyaux souples tels que 31. Un clapet anti-retour 32 est inséré dans le tuyau qui aboutit à la tubulure 28, cette dernière étant également utilisée comme tige d'accouplement pour transmettre aux cônes 21 les oscillations axiales produites par un groupe de cylindres pneumatiques ou hydrauliques 33. le clapet anti-retour 32 inséré dans la conduite d'aspiration et la lèvre d'étanchéité 25 fixée sur la partie cylindrique qui réunit les deux cônes internes permettent l'aspiration dans une chambre tandis que l'autre chambre est évacuée. Lors de la course de retour, le liquide de la première chambre franchit la lèvre d'étanchéité pour remplir la seconde chambre. Sur la figure 4, on a représenté une variante dans laquelle la lèvre 25 précitée est remplacée par un joint torique 41 porté par une bague statique 42 et qui coopère avec une surface plane 22. le rôle de clapet anti-retour est assuré par une ou plusieurs valves logées dans ladite bague statique 42, l'une de ces valves étant désignée schématiquement en 43. A titre de variante complémentaire de la lèvre à effet unidirectionnel 25, on peut utiliser un diaphragme fixé aux cônes intérieur et extérieur et comportant un ou plusieurs clapets antiretour. Cette disposition complexe de pompe et d'échangeur thermique sera cependant limitée à des cônes de diamètre relativement réduit et pour des taux d'écoulement relativement faibles. Par exemple, les cônes pourront avoir un diamètre d'environ 75 mm et uné hauteur de 150 mm, et assurer la circulation et le transfert thermique du sang à un taux de l'ordre de 4,5 litres/minute. Lorsqu'il n'est pas utilisé comme pompe de circulation, l'appareil peut Etre réalisé dans des dimensions sensiblement plus importantes ; par exemple, les cônes pourront avoir dans ce cas un diamètre de 90 cm et une hauteur de 150 cm. Pour obtenir un rendement maximal en ce qui concerne le transfert de chaleur, par exemple pour obtenir une amélioration par rapport à un écoulement non-pulsé, il convient de contrôler la fréquence et l'amplitude du mouvement. lia fréquence de ce mouvement est variable, et se règle soit en modifiant la longueur de manivelle dans un dispositif mécanique, soit le fonctionnement de limiteurs de débit dans un dispositif à circulation pulsée dans la gamme comprise entre 0-,2 et 2 périodes par seconde. lie contrôle de l'amplitude dudit mouvement dépend essentiellement des angles de cônes utilisés dans l'appareil, mais il est cependant possible d'obtenir une certaine variabilité en contrô- lant le degré d'approche entre les surfaces en regard des cônes, par exemple grâce à une longueur variable de la tige d'accouplement ou une pression variable de ressort ou ressorts, dans le cas d'un système oscillant à fluide pulsé. Bien entendu, diverses modifications peuvent être envisagées dans la mise en oeuvre pratique de l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un espace d'écoulement pour un liquide, cet intervalle étant au moins partiellement défini entre deux surfaces coniques ou tronconiques cpaxiales, l'une au moins de ces surfaces étant formée sur un organe monté de façon à pouvoir se déplacer axialement, afin de permettre la modification de l'espace d'écoulement formé entre lesdites surfaces coniques ou tronconiques. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface conique extérieure est.pourvue d'un chemisage afin de définir un espace de circulation de liquide. 3.- Echangeur selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce- Que- la- surface conique interne est munie d'un agencement définissant un espace de circulation à l'intérieur de cette surface conique. 4.- Echangeur- de- chaleur selon l'une ou plusieurs de-s revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les angles des cônes desdites surfaces coniques ou tronconiques sont identiques. 5.- Echangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des reven-dications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les angles de cône des surfaces coniques ou tronconiques sont différents, l'une de ces surfaces étant revêtue d'une couche de matière compressible. 6.- Echangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second espace d'écoulement également défini entre des surfaces coniques ou tronconiques coaxiales, les cônes correspondants étant placés base contre base. 7.- Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on dispose un élément établissant une circulation à étanchéité unidirectionnelle entre les espaces d'ecoulement dans la zone des bases des cônes, afin de permettre l'obtention d'un effet de pompage. 8.- Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que 11 élément établissant une circulation à étanchéité unidirectionnelle est constitué par un diaphragme dans lequel sont agencées des valves anti-retour. 9.- Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément établissant une circulation à étanchéité unidirectionnelle se comppse d'une bague statique portant un joint torique coopérant avec une surface des bases des cônes, cette bague statique comportant à son tour une ou plusieurs valves antiretour. 10.- Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément établissant une circulation à étanchéité unidirectionnelle est constitué par une lèvre souple à effet unidirectionnel.