Brevet FR2354530A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne un procédé de transfert thermique à travers une paroi. Le phénomène de givrage des ailes d'avion, connu également sous le nom de phénomène de "bord d'attaque résulte de l'impact de l'air dans lequel se déplace la paroi de l'aile. I1 est fonction de la température et de la vitesse du fluide frappant la paroi. C'est ainsi que le coefficient de convection moyen le long d'une plaque entre le point d'impact (abscisse = o) et une distance x (en mètres) est donné par la formule de Boussinesq. où a calories/h.m2.0C = coefficient de convection moyen entre o et x K = constante #p et #= coefficients de conduction du fluide au droit de la paroi et dans la masse c = chaleur spécifique du fluide X = viscosité dynamique du fluide p = masse volumique du fluide uO = vitesse du fluide au point 0 x = abscisse à partir de l'origine de l'écoulement du fluide sur la paroi. La chaleur transmise est de la forme Q = a S' (tfluide- avec Q = chaleur en calories S' = surface en m2 t = température en OC, Si Q a unevaleur élevée, cela implique que a a une valeur élevée et donc que uO est élevé ; autrement dit, que x uO est élevée et que x est petit. Or, ce phénomène n'est pas exploité, à la connaissance de la Demanderesse, dans le domaine des échangeurs de chaleur utilisant un liquide comme véhicule thermique. Aussi, la présente invention a pour objet un procédé de transfert thermique, caractérisé parle fait que l'on pro jette un liquide à une température donnée sur une paroi sous forme de jets filiformes multiples, à une distance et avec une quantité de mouvement (débit-pression) telles qu'en vertu des formules ci-dessus, on ait un coefficient de convection aussi élevé que possible, ladite paroi transférant alors les calories au milieu dont on désire contrôler la température. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il suffit de réaliser une série de jets du liquide véhicule thermique dirigés sensiblement perpendiculairement sur la paroi séparant ledit liquide du milieu avec lequel doit se faire l'échange thermique, ce dernier se faisant d'autant mieux que le matériau de la paroi est bon conducteur thermique, que les jets sont plus nombreux et que la force d'impact est élevée. Suivant une caractéristique de l'invention, le liquide utilisé est l'eau. I1 est ainsi possible, grâce à l'invention, d'obtenir un transfert thermique rapide, parfaitement uniforme et homogène sur toute la surface de la paroi, ce qui autorise un contrôle précis et automatique de la température. Ce procédé devient alors très intéressant dans son application aux chaudières et, en particulier, aux chaudières de cuisson de fromages. On sait en effet que dans les fromageries, la chauffe du lait est effectuée avec de la vapeur à pressions élevées. Cette vapeur se condense sur les parois du récipient ou de la cuve et assure ainsi un grand coefficient de transfert de chaleur. Ce procédé est onéreux car il faut de l'énergie pour engendrer la vapeur nécessaire, laquelle est perdue. Par ailleurs, la sécurité soulève des problèmes qui ne sont résolus qu'au prix d'investissements non négligeables. Au surplus, le procédé manquerait de souplesse pour autant qu'il ne permet pas de suivre de façon certaine toutes les courbes de cuisson particulières à chaque type de fromage. Or, le procédé selon la présente invention qui fait appel à l'eau plutôt qu'à de la vapeur constitue un procédé économique puisque las dépenses d'énergie pour amener l'eau à la température désirée sont réduites ; il conduit à un transfert thermique rapide, uniforme et homogène sur toute la surface de la paroi ; il présente une grande souplesse du fait qu'il permet de suivre les courbes de cuisson de chaque type de fromage en faisant simplement varier séparément ou simul- tanément la température de l'eau et sa quantité de mouvement (débit-pression) ; il est applicable sur tous les types de chaudières nouvelles ou anciennes qu'elles soient de type classique ou non, en acier inoxYdable ou en cuivre ; il ne soulève enfin pas de problèmes spéciaux au niveau de la sécurité. Pour la mise en oeuvre de l'invention, la production d'eau chaude peut être faite par des générateurs classiques les débits et les pressions peuvent être assure par des groupes moto-pompes, également classiques. La présente invention vise également les installations mettant en oeuvre le procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure I représente une vue en élevation-coupe d'une cuve de fromagerie sur laquelle est mis en oeuvre le procédé de l'invention ; et la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, illustrant une variante de réalisation de l'invention. En se référant à ces figures (qui illustrent la mise en oeuvre de l'invention dans le cas particulier de la cuisson des pâtes fromagères), on y représente une cuve 1, du type habituellement utilisé, enchâssée dans un cadre en bois 2. Dans le mode de réalisation de la figure 1, cette cuve est entourée d'une série d'anneaux cylindriques et concentriques 3 reliés chacun à une canalisation commune d'arrivée d'eau 4. Chaque anneau comporte une série d'orifices 3a éventuellement munis d'ajutages ou de becs de projection de lleau disposés le plus près possible de la paroi extérieure de la cuve. L'eau projetée traverse le fond ajouré 5 pour être recueillie et utilisée à nouveau,si on le désire,par un circuit non représenté sur le dessin. Dans la variante de réalisation, illustrée à la figure 2, des tubes 6 sont disposés en rosace (type chandelier) autour de la cuve 1. Ils sont, comme les anneaux 3 de la figure l,munis de leurs orifices 3a. La canalisation d'arrivée d'eau (4) comporte un tore 7 sur lequel chacun de ses tubes est branché. lies matériaux utilisés peuvent être des métaux comme le cuivre, l'aluminium, l'acier et même des matières plastiques dures ou molles compte tenu des faibles températures utilisées. En effet, l'eau projetée sur les parois de la cuve 1 est de l'eau-dont la température peut varier entre la température ambiante ou moins et au maximum 1000C. Pour tont autre liquide, cette température peut varier entre quelques degrés au-dessus de son point de congélation et au maximum sa température d'ébullition. On peut ainsi, en jouant sur cette température et sur le débit et la pression (ou la quantité de mouvement) de l'eau projetée sur la paroi de la cuve, contrôler assez étroitement la courbe de température du produit contenu dans cette cuve. Ceci est dû au coefficient de transfert de chaleur optimum que l'on obtient en procédant de la sorte. Ce résultat est particulièrement intéressant dans le cas spécial de la cuisson des pâtes fromagères, mais il est bien entendu que le procédé de l'invention est applicable dans tous les cas de chaudières ou d'échangeurs de chaleur quelle que soit leur utilisation. L'intérêt économique de ce procédé apparaîtra immédiatement à 11 homme de l'art puisque, non seulement il en résulte un transfert thermique parfaitement uniforme et homogène sur toute la surface des parois sur lesquelles les jets d'eau (ou de tout autre liquide) sont projetés, mais il suffit de disposer de simples générateurs d'eau chaude classiques et de groupes moto-pompes également classiques et peu coûteux. 1lova du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée, au niveau des équivalences, sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de transfert thermique à travers une paroi conductrice de la chaleur, caractérisé par le fait que l'on projette un liquide à une température donnée sur cette paroi sous forme de jets filiformes multiples, à une distance aussi faible que possible et avec une quantité de mouvement (débit - vitesse - pression) aussi élevée que possible. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liquide est de l'eau. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la température maximale du liquide est sa température d'ébullition. 4. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 aux chaudières et aux échangeurs de chaleur. 5. Application selon la revendication 4 plus spécialement aux chaudières utilisées en fromagerie. 6. Installation mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.