Brevet FR2334932A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne les échangeurs thermiques destinés à assurer le refroidissement, ou éventuellement le réchauffement d'un liquide. Lorsqu'il est nécessaire de refroidir un très grand volume de liquide, la réalisation de tels échangeurs soulève de nombreux problèmes d'ordre technique et pratique. Pour limiter, autant que possible, l'encombrement des installations nécessaires, on a alors généralemement recours à une circulation d'air forcé entre les éléments de circulation du liquide à refroidir. Cependant, la réalisation de telles installations se révèle extrêmement coû- teuse et néanmoins leur encombrement reste très important. C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser une batterie d'échangeurs susceptible de traiter un volume important de liquide sous un encombrement restreint, sans avoir recours à une circulation d'air forcé, la conception de cette batterie étant par ailleurs telle, que son nrix de revient soit considérablement diminué par rapport à celui des batteries de type classique. A cet effet, cette batterie est constituée par une ou plusieurs rangées de poches en matière plastique souple de faible épaisseur formant autant de lames d'eau ou autre liquide,raccordées à des collecteurs d'arrivée et de départ et disposées les unes à la suites des autres en étant séparées par des intervalles de circulation d'air, ces poches étant suspendues par une de leurs extrémités à des moyens de support solidaires du bâti de l'ensemble, cependant que des moyens de limitation du gonflement desdites poches évitent le contact de celles-ci entre elles pour maintenir les intervalles de circulation d'air entre elles. Ainsi, il est possible de réunir à l'intérIeur d'un espace relativement restreint, une grande quantité de telles poches, groupées en plusieurs rangées disposées côte à côte. Ces multiples poches suspendues à un même bâti forment alors une batterie d'échan geurs, ayant une grande capacité. Du reste, suivant les besoins, on peut réunir plusieurs batteries de ce genre les unes à côté des autres pour réaliser une installation de capacité appropriée. Or, le prix de revient de telles installations se trouve considérablement réduit par rapport à celui que présenteraient des installations comportant des batteries d'échangeurs de conception classique. Cependant, d'autres particularités et avantages de la batterie d'échangeurs selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante. Celle-ci est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif et sur lequel La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une batterie d'échangeurs selon l'invention, certains éléments cons titutifs de cette batterie n'étant pas représentés pour faciliter la compréhension du dessin La figure 2 en est une vue en coupe verticale selon la ligne II-II de la figure 1 La figure 3 est une vue en perspective, à échelle différente, re présentant quelques unes des poches suspendues faisant partie de l'une des rangées de telles poches consti tuant la présente batterie La figure 4 est une vue schématique en coupe verticale selon la ligne IV-IV de la figure 3 La figure 5 est une vue en élévation, à échelle différente, repré sentant l'une des poches suspendues faisant partie de la présente batterie La figure 6 est une vue partielle en coupe verticale d'une variante de réalisation des poches suspendues de la présente batterie et des moyens prévus pour en limiter le gon flement La figure 7 est une vue en élévation de l'une des grilles prévue dans cette variante pour limiter le gonflement de telles poches La figure 8 est une vue en perspective représentant les barrettes de serrage auxquelles est suspendue l'une des poches formant échangeur thermique La figure 9 est une vue en coupe verticale d'un bloc de barrettes de serrage de telles poches, cette vue passait par la ligne IV-IV de la figure 3 mais étant dessinée à échelle différente La figure 1Oest une vue partielle en coupe selon la ligne X-X de la figure 9, mais à échelle dieférente ; La figure iiest une vue partielle en élévation de côté de la partie inférieure du bâti de la présente batterie La figure 12 est une vue partielle en élévation de face de cette même partie inférieure. La batterie d'échangeurs représentée à la figure 1 comporte plusieurs rangées de poches en matière plastique souple formant chacune une lame d'eau ou autre liquide. En l'occurence, dans l'exemple représenté, il est prévu dix rangées de telles poches désignées chacune par la référence générale 1. Ces rangées sont disposées côte à côte à l'intérieur d'un bâti parallélépipédique 2 constitué par des profilés métalliques. Chaque rangée regroupe une série de poches 3 en matière plastique souple, disposées les unes à la suite des autres en é- tant séparées par des intervalles 4 de circulation d'air. Ces poches sont suspendues verticalement et, à cet effet, leurs extrémités supérieures sont emprisonnes entre des barrettes de serrage 5 formant un bloc qui est attaché au cadre supérieur du bâti 2. Mais ces barrettes ont, en réalité, plusieurs fonctions différentes. En effet, elles ont non seulement pour rôle de servir d'élément de support et de fixation aux poches 3, mais également pour fonction d'assurer la fermeture étanche de l'extrémité correspondante de ces poches, et leur raccordement avec une canalisation de distribution 6 du liquide à refroidir. A cet effet, ces barrettes sont du type de celles constituant le dispositif de fermeture et de raccordement qui fait l'objet de la demande de brevet déposée par la Société Demanderesse le 5 Décembre i975 sous le NO 75.37.251pour "Dispositif pour la fermeture étanche d'une gaine ou poche en matière souple et son raccordement à une canalisation de circulation de fluide, ou à une autre gaine ou poche similaire" En conséquence, l'extrémité supérieure de chaque poche 3 est emprisonnée entre deux barrettes rigides 5 et un noyau de raccordement 7 en forme de lentille, tel que décrit dans la demande de brevet rappelée ci-dessus, est disposé entre les deux bords de l'extrémité correspondante de la poche considérée, à l'endroit de trous 8 ménagés dans ces deux bords (voir figure 8). Sur l'une de ses faces, ce noyau comporte un-collet.9 destiné à etre-engagé à travers l'un de ces trous. Par ailleurs, ce noyau présente une perforation centrale communiquant avec un conduit radial 10 débouchant à sa périphérie, à l'intérieur de la poche 3 correspondante. Dans sa partie centrale, chacune des barrettes 5 comporte un canal transversal 11 destiné à recevoir le collet 9 du noyau de raccordement 7, emprisonné entre cette barrette et la barrette voisine. Après assemblage de ces différentes barrettes, les ca naux 11 de celles-ci communiquent tous entre eux, ainsi qu'avec les perforations centrales des noyaux de raccordement 7, comme représenté à la figure 9. Toutefois, à l'une des extrémités, la barrette de serrage 5a correspondante présente une cavité fermée 11a ne débouchant pas à l'extérieur . A l'extrémité opposée, la barrette 5b comporte pour sa part, un canal Iîb sur lequel peut être branché un conduit 12 raccordé à la canalisation de distribution 6. Comme on peut le constater d'après les figures 1 et 2, celle-ci s'étend en regard du long côté 13a du cadre supérieur du bâti 2 et,à l'aplomb de chaque rangée 1 des poches 2, une conduite 12 est branchée sur cette canalisation et raccordée au canal 11b de la barrette extrême 5b de la rangée correspondante. Ainsi, les poches 3 des différentes rangées sont toutes raccordées simultanément à la canalisation de distribution 6. Comme décrit dans la demande de brevet déjà rappelée, les barrettes de serrage 5 présentent, sur leurs deux faces, une empreinte en creux 14 dont la forme correspond à celle de la face en regard du noyau de raccordement 7 correspondant, cette empreinte entourant l'orifice du canal 11 de chacune de ces barrettes. De plus, ces barrettes présentent, sur leurs faces en regard des reliefs complémentaires qui s 'étendent dans le sens horizontal audessus de l'emplacement prévu pour les noyaux de raccordement 7, ces reliefs étant adaptés à réaliser une ligne d'étanchéité totale à l'endri̲t correspondant. Ces derniers peuvent consister simplement en une nervure horizontale saillante 14a, prévue sur l'une des faces des barrettes 5 et à laquelle correspond une rainure identique, ménagée sur l'autre face.Ceci permet de pincer fortement les bords correspondants des poches 3 pour réaliser, à cet endroit, une ligne d'étanchéité AB dessinée entraits mixtes sur la figure 5. Une autre ligne circulaire d'étanchéité C étant réalisée autour des trous 8 grâce à la forme particulière des noyaux de raccordement 7 et des empreintes 14. Dans ces conditions, après mise en place de l'extrémité supérieure des poches 3 entre ces différentes barrettes, et serrage de celles-ci, on obtient une fermeture parfaitement étanche de leur extrémité supérieure. Cependant, on réalise en même temps leur raccordement avec la canalisation de distribution 6. En effet, gracie à leur forme bi-convexe, les noyaux de raccordement 7 maintiennent écartées les deux parois de chaque poche, à l'endroit de l'orifice de sortie du canal radial 10 de chacun de des noyaux. Ainsi, le liquide provenant de la canalisation de distribution, peut s 'écouler librement dans chaque poche 3. tes barrettes 5 sont serrées les unes contre les autres au moyen de tirants horizontaux 15 disposés de part et dfautrey et qui servent également à assurer la fixation de ces barrettes sur le bâti 2. tes deux tirants 15 d'un même bloc de barrettes, sont engagés dans des encoches 16 prévues à cet effet dans les extrémités de celles-ci. Cependant, il convient de noter qu'en raison de la forme de ces encoches, un même tirant est commun à deux blocs voisins (voir figure 10). tes extrémités de ces tirants portent des organes de serrage, par exemple des écrous 17 permettant de serrer fortement les différentes barrettes 5 les unes contre les autres. Cependant, les extrémités des tirants 15 sont suspendues, par l'intermédiaire de pattes 18, aux longs côtés 13a et 13b du cadre supérieur du bâti 2. Ceci permet d'assurer la suspension des différents blocs des barrettes 5 au cadre supérieur de ce båti, et par suite, la suspension des différentes rangées de poches 3. A leur extrémité inférieure, ces poches sont également emprisonnées entre des barrettes de serrage 5, identiques aux précédentes, et qui forment également une série de blocs parallèles correspondant aux différentes rangées de poches. Les barrettes de ces divers blocs sont aussi serrées par des tirants horizontaux 15. Cependant, au lieu d'être fixés directement sur le cadre inférieur du bâti 2, ceux-ci sont attachés à leurs extrémités, sur deux longerons 19 a et 19 b faisant partie d'un cadre 20 monté mobile dans le sens vertical sur ce bâti. Ce cadre peut en effet coulisser le long des montants verticaux 21 du bâti, ce qui permet la libre dilata tion des poches 3, ou leur rétraction sous l'effet de leur gonflement lorsqu'elles sont remplies d'eau. Les mouvements verticaux du cadre inférieur sont guidés des tenons 22 portés par celui-ci et qui sont engagés dans des lumières 23 de forme oblongue, prévues à la partie inférieure des montants 21 du bâti. Cependant des goupilles amovibles 24 permettent de bloquer le cadre moble lors de la manutention de la présente batterie d'échangeurs. En regard du long côté 19a du cadre mobile 20, il est prévu une canalisation de distribution 20 destinée à recueillir le liquide ayant circulé à l'intérieur des poches 3. A cet effet, cette canalisation est raccordée par une série de conduites 30 aux canaux transversaux 11 ménagés dans les barrettes de serrage 5 et ce, de la mime façon qu'à l'extrémité supérieure des poches 3. Du reste, l'agencement prévu à l'extrémité inférieure de ces poches, est exactement le même qu'à la partie supérieure. En effet, il est prévu un noyau de raccordement 7 entre les bords de l'extrémité inférieure de chaque poche 3, le canal radial 10 de chacun de ces noyaux étant dirigé vers le haut pour permettre le raccordement prévu. il convient de noter qu'en plus des fonctions déjà décrites, les barrettes de serrage 5 ont pour rôle de maintenir un certain écartement entre les poches successives 3 d'une même rangée, de façon à assurer l'existence des intervalles 4 prévus pour la circulation d'air entre ces différentes poches. Pour permettre cette circulation, ces barrettes comportent par ailleurs, des évidements 31 ménagés dans leur épaisseur et les traversant de part en part dans le sens vertical, les barrettes extrêmes 5a et 5b pouvant présenter pour leur part, des évidements 31b ouverts du côté extérieur. De plus, conformément à une caractéristique es entielle de l'objet de l'invention, il est prévu des moyens destinés à limiter le gonflement des poches 3 lorsque celles-ci sont remplies d'eau ou autre liquide à refroidir, afin d'éviter que ces poches se touchent, ce qui interromprait toute circulation d'air entre elles. Dans l'exemple représenté aux figures 4 et 5, les moyens ainsi prévus consistent en une multitude de points de soudure 32 solida risant les deux faces de chaque poche 3. - Dans ces conditions, lorsque celles-ci sont remplies d'eau, leur gonflement se trouve obligatoirement limité, et elles forment simplement une série de boursouflures, comme représenté schématiquement à la figure 4. A ce sujet, il convient de noter que les points de soudure 32 ainsi prévus ne gênent pas la circulation du liquide à refroidir à l'intérieur des poches 3. Suivant les cas et applications, il est possible de prévoir un gonflement plus ou moins important des poches 3 en jouant sur le nombre des points de soudure 32 et leur rapprochement. En effet, plus ces points de soudure sont nombreux, plus le gonflement des poches 3 se trouve limité. Ceci permet donc de réaliser des lames d'eau plus ou moins épaisses. Cependant, il est également possible de faire varier l'épaisseur des intervalles de circulation d'air, en prévoyant des dimensions différentes pour les évidements 31 de passage d'air, à l'intérieur des barrettes 5, ou en modifiant l'épaisseur de ces barrettes qui forment entretoises entre les diverses poches 3. Les figures 6 et 7 illustrent une autre forme de réalisation dans laquelle les moyens de limitation du gonflement des poches 3 consistent en des grilles ajourées 33, interposées entre les poches successives d'une même rangée. Chacune de ces grilles présente sur ses deux faces, une série de picots saillants 34 destinés à réaliser autant d'étranglements dans les poches 3 qui se trouvent situées entre deux grilles de ce genre (voir figure 6). Cependant, ces grilles ne gênent en aucune façon la circulation d'air dans les intervalles entre deux poches successives. tà encore, il est possible de prévoir un gonflement plus ou moins important des poches 3 en jouant sur le nombre des picots saillants 34 et leur rapprochement. De plus, il faut observer qu'il n'est pas nécessaire de réaliser un contact entre les deux faces de chaque poche pour obtenir le résultat recherché. il suffit d'obtenir un étranglement limitant le gonflement de ces poches. Mais, de nombreux autres moyens pourraient être employés pour limiter le gonflement de celles-ci. En effet, il convient que ces poches forment des lames d'eau aussi minces que possible, pour réaliser autant d'échangeurs thermiques ayant une grande efficacité. Dans ce but, ces poches sont réalisées en une matière plastique relativement mince, et leur fabrication peut être réalisée par découpage dans une gaine extrudée, ce qui est un avantage important au point de vue du prix de revient de l'ensemble. L'emploi des dispositifs de raccordement étanches faisant l'objet de la demande de brevet 75 37 251 déjà rappelée, entraîne également une réduction considérable du prix de revient du fait que de tels dispositifs permettent d'éviter la présence de tubulures de branchement sur les diverses poches 3. En effet, le raccordement de celles-ci avec les canalisations de distribution, est réalisé par les barrettes de serrage 5 et les noyaux de raccordement 7. Cependant, comme indiqué précédemment, ces barrettes ont également pour rôle de servir de support aux poches 3 et de permettre l'établissement d'une circulation d'air entre celles-ci. Grâce à sa conception, la présente batterie d'échangeurs thermiques peut assurer le refroidissement d'un volume d'eau important, par simple tirage naturel d'air tel que réalisé dans des tours ou conduits de tirage d'aéroréfrigérants dits"secs". Or, l'en- combrement de cette batterie est relativement restreint. il est ainsi possible de réaliser des installations permettant de traiter un volume d'eau considérable en réunissant plusieurs batteries de ce genre. Ceci permet donc de résoudre les problèmes de refroidissement d'eau posés dans le cas de certaines usines ou autres installations industrielles, telles que les usines de séparation isotopique. Cependant, les batteries d'échangeurs thermiques selon l'invention peuvent être utilisées pour d'autres atplications, par exemple pour le refroidissement de certains liquides chimiques dont l'agressivité est compatible d'une part avec la matière plastique employée pour réaliser les poches 3, et d'autre part avec la température limite tolérée par cette matière plastique. Eventuellement, au lieu de servir au refroidissement d'eau ou d'autres liquides, la présente batterie peut être utilisée pour le réchauffement d'un liquide dans une circulation de gaz ou d'air chaud. Par ailleurs, au lieu de constituer un échangeur thermique dans l'air, la présente batterie peut servir 'échangeur thermique entre deux liquides, l'ensemble des poches 3 étant alors plongé dans le liquide servant d'agent de refroidissement ou de réchauffement. REVENDICATIONS 1 Batterie d'échangeurs thermiques pour le refroidissement ou le réchauffement d'eau ou autre liquide, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une ou plusieurs rangées de poches en matière plastique souple de faible épaisseur formant autant de lames d'eau ou autre liquide, raccordées à des collecteurs d'arrivée et de départ et disposées les unes à la suite des autres en étant séparées par des intervalles de circulation d'air, ces poches étant suspendues par une de leurs extrémités à des moyens de support solidaires du bâti de l'ensemble, cependant que des moyens de limitation du gonflement desdites poches évitent le contact de celles-ci entre elles pour mainte nir les interv-alles de circulation d1air entre elles. 2/- Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités supérieure s des poches formant échangeurs thermi ques sont emprisonnées entre des barrettes de serrage auxquel les elles sont sustendues, ces barrettes étant elles-mêmes sus pendues au cadre supérieur d'un bâti fixe servant de support à 1' ensemble. 3/- Batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémités inférieures des poches formant échangeurs thermiques sont emprisonnées entre des barrettes de serrage attachées à un cadre monté mobile dans le sens vertical sur le bâti ser vant de support à l'ensemble pour permettre la libre dilatation et la rétraction desdites poches. 4/- Batterie selon la revendication 3 caractérisée en ce que les barrettes de serrage emprisonnant les extrémités supérieures et inférieures des poches formant échangeurs thermiques com portent un conduit transversal en regard duquel les extrémités de celles-ci présentent un trou, l'agencement étant tel quta- près réunion d'une série de telles poches et de telles barrettes les conduits aménagés dans celles-ci forment une conduite con tinue de communication dont l'une des extrémités est raccor dée à une canalisation formant collecteur d'arrivee ou de départ. 5/- Batterie selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle réunit plusieurs rangées de poches formant échangeurs thermiques, lesquelles rangées sont disposées côte à côte, à l'intérieur d'un bâti servant de support à l'ensemble, les barrettes empri sonnant les extrémités supérieures et les extrémités inférieures de ces poches maintenant, entre deux poches successives d'une même rangée, un intervalle pour une circulation d'air de refroi pissement. 6/- Batterie selon l'une des revendications précédentes, caractéri sée en ce que les moyens de limitation du gonflement des poches formant échangeurs thermiques consistent en une multitude de points de soudure prévus entre les deux faces de chaque poche, et dont le nombre et la disposition sont déterminés pour assurer la limitation désirée. 7/- Batterie selon l'une des revendications précédentes, caractéri sée en ce que les moyens de limitation du gonflement des poches formant échangeurs thermiques consistent en des grilles ajoutées interposées entre les poches successives d'une même rangée et dont les deux faces portent des picots saillants déterminant dans celles-ci des étranglements limitant leur gonflement.