Brevet FR2459442A1 — publié le 19810109

L'invention est du domaine des échangeurs de chaleur. Elle vise plus précisément un échangeur de chaleur à surface raclée. Selon une première forme de réalisation, l t échangeur de chaleur à surface raclée pour le traitement d'une matière fluide comporte un stator entourant un rotor, ce stator comprenant un certain nombre de saillies annulaires se prolongeant intérieurement vers l'axe de rotation du rotor et divisant l'espace intérieur du stator en un certain nombre d'espaces annulaires qui communiquent les uns avec les autres en des points radialement vers l'intérieur des sommets des saillies, le rotor portant des moyens de raclage qui comprennent, dans chaque espace annulaire entre deux saillies adjacentes, au moins une lame de raclage qui balaie la totalité d'un flanc d'une saillie et la totalité du flanc opposé de l'autre saillie, ce qui fait que de la matière est raclée des saillies, lorsque le rotor tourne, puis est mélan eée avec le reste de matière. Selon une seconde forme de réalisation, lséchangeur de chaleur à surface raclée pour le traitement d'une matière fluide comporte un stator entourant un rotor, le stator possédant un certain nombre de saillies annulaires s'entendant à l'intérieur vers l'axe de rotation du rotor et ce dernier portant des moyens racleurs comprenant, dans chaque espace annulaire entre deux saillies adjacentes, des moyens de raclage qui balaient la totalité d'un flanc d'une saillie, la totalité du flanc opposé de l'autre saillie, la partie du stator entre les bases des saillies et la moitié du sommet de chacune des saillies, ce qui fait que de la matière est raclée des saillies, lorsque le rotor tourne, puis est mélangée avec le reste de matière. Selon une troisième forme de réalisation, l'échangeur de chaleur à surface raclée pour le traitement d'une matière fluide comporte un stator entourant un rotor, le stator possédant un certain nombre de saillies annulaires se prolongeant à l'inté- rieur vers l'axe de rotation du rotor, chaque saillie présentant un premier flanc qui est le flanc supérieur lorsque l'échangeur de chaleur est positionné de façon appropriée, avec ltaxe de rotation du rotor vertical, et qui ensuite s'infléchit vers le bas en se rapprochant dudit axe, le rotor portant des racleurs qui balaient les premiers flancs et les flancs opposés des sail lies lorsque le rotor tourne. Un échangeur de chaleur selon la première forme de réalisation et/ou la seconde forme de réalisation de l'invention peut avoir les flancs de chacune des saillies, perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor. Un échangeur de chaleur selon l'une ou une combinaison des trois formes de réalisation précitées peut avoir ses saillies décroissant à mesure qu'elles s'approchent de l'axe de rotation du rotor. Un quelconque échangeur tel que décrit ci-dessus peut présenter une seule ou une combinaison des caractéristiques suivantes (a) à (f): (a) les saillies sont creuses, les espaces entre elles étant prévus pour l'un des fluides passant par l'échangeur de chaleur (b) la caractéristique (a) est présente et les espaces entre les saillies communiquent l'un avec l'autre à leurs extrémités éloignées du rotor, de sorte que l'un desdits fluides peut s'écouler dans et hors d'eux, d'une saillie à l'autre à travers le stator (c) les sommets des saillies sont conformés de façon convexe (d) les bases des saillies adjacentes se joignent suivant une concavité (e) les lames sont maintenues dans les fentes de plaques montées sur le rotor (f) le stator comporte un empilage de portions annulaires à raison de une seulement par saillie. Un échangeur de chaleur selon la troisième forme de réalisation peut être conformé de façon que lesdits flancs opposés des saillies s'infléchissent vers le bas en s 'éloignant dudit axe de rotor, et/ou que la plus grande partie de chaque flanc opposé soit conformée en concavité. Une ou plus d'une des caractéristiques précitées (a) à (f) peut aussi être présente. Un échangeur de chaleur selon une seule ou une combinaison des trois formes de réalisation précitées peut être conformé de façon que les saillies soient pourvues d'éléments toriques cru Cul sont mDnzes, espacés les uns des autres, sur des ccl- liers séparés dans une rangée. Il est alors préférable que chaque collier, autre qu'un collier d'extrémité dans la rangée, présente un logement annulaire sur son côté supérieur qui reçoit la partie inférieure de l'extrémité extérieure d'un élément torique, et un logement annulaire sur son côté inférieur, qui reçoit la partie supérieure de ltex.rémité inférieure d'un autre élément torique. Une seule ou plus d'une des caractéristiques (a) a (e) peut être aussi présente. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de deux formes de réalisation non limitatives d'échangeur, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure i représente, en coupe, une vue latérale d'un premier échangeur de chaleur rotatif à surface raclée ; - la figure 2 est une vue en plan d'un disque sur le rotor de l'échangeur de chaleur - la figure 3 représente un racleur monté sur le disque, et - la figure 4 représente en coupe une vue latérale partielle d'un second échangeur de chaleur rotatif à surface raclée. L'échangeur de chaleur représenté sur les figures 1 à 3 fonct-ionne avec son rotor i tournant autour d'un axe vertical 2. Le rotor est de préférence en acier inoxydable et présente une coupe hexagonale régulière sur la plus grande partie de sa longueur et le long de cette partie sont régulièrement distribués des disques circulaires dont les faces sont perpendiculaires à l'axe 2. Les disques présentent des trous hexagonaux réguliers 4 les traversant dans leurs zones centrales et sont pourvus de fentes radiales 5. Un stator entourant le rotor comporte une pile d'éléments annulaires similaires 6 (qui seront habituellement en plus grand nombre que les trois représentés au dessin) maintenus entre les brides 7 et 8 d'un carter au moyen de boulons 9 pourvus d'écrous 10. Chaque élément annulaire comporte un collier 6A et une zone en feuille métallique 6B, de préférence en acier inoxydable, conformée pour ménager une saillie annulaire s'étendant intérieurement vers l'axe 2. Le flanc supérieur 6C de chaque saillie est légèrement concave mais sur la totalité de sa longueur il s'in fléchit vers le bas en se rapprochant de l'axe 2, de sorte que des flaques de liquide de faible viscosité ne peuvent rester sur les flancs 6C des saillies lorsque l'on désire vider l'échangeur de chaleur avec l'axe du stator, ctest-à-dire l'axe 2, vertical.Le flanc 6D de chaque saillie est également légèrement concave et sur toute sa longueur s'infléchit vers le bas en s'éloignant de l'axe 2. Le sommet 6E de chaque saillie est conformé de façon convexe et les bases des saillies adjacentes se rejoignent pour former une concavité en 6F. Des joints II entre les colliers 6A et entre les colliers d'extrémité et les brides 7 et 8 sont comprimées par les boulons 9 et les écrous 10. Les colliers présentent des bossages 12 pourvus de trous taraudés 13 pour recevoir des raccords destinés à alimenter en fluide caloporteur les espaces creux 14 limités par les saillies 6B et à prélever ledit fluide desdits espaces creux. Chaque fente 5 reçoit une lame de raclage 15 en plastique qui, lorsqu'elle n'est soumise à aucune contrainte, est plate et plus large que l'espace entre le flanc inférieur 6D d'une saillie 6B et le flanc supérieur 6C de la saillie voisine. Les lames de raclage sont incurvées à force comme représenté sur la figure 3. Chaque lame présentant des bords aigus qui raclent tout à la fois un flanc 6D, un flanc 6C, et une zone concave 6F ainsi que la moitié de chacun des deux sommets 6E des saillies. Ces lames présentent des trous traversants 16. Les fluides qui doivent être amenés en relation d'échange de chaleur sont pompés à travers l'échangeur de chaleur, par exemple à contre-courant. Un fluide passe par les espaces creux 14, tour à tour. L'autre fluide passe à travers ou sort d'une conduite de raccordement 17 prévue à l'extrémité inférieure du carter, à travers l'espace entre le stator et le rotor, et par ou hors de l'extrémité supérieure du carter, ledit fluide étant raclé de façon continue en tous les points des saillies 6B. Sur la figure 4, qui représente un échangeur de chaleur similaire à celui représenté sur les figures 1 à 3 à l'exception de ce qui sera décrit dans ce qui suit, les références numériques 1, 2, 3, 5, 7, 9, et 14 ont les mêmes significations que sur la figure 1. Les colliers 18 et les éléments toriques creux 19, qui ne sont pas soudés ni fixés d'autre manière aux colliers 18, sont placés dans un empilage qui est maintenu entre les brides 7 et 8. Chaque collier 18 présente un logement annulaire supérieur 18A destiné à recevoir la partie inférieure de l'extrémité externe d'un des éléments 18, à l'exception du logement 18A du collier le plus haut 18, qui reçoit une partie de la bride 7.Chaque collier 18 présente également un logement annulaire inférieure 18B destiné à recevoir la partie supérieure de l'extrémité externe d'un des éléments 19, à l'exception du logement 18B du collier le plus bas 18, qui reçoit une partie de la bride 8. Des joints d'étan chéité (non représentes au dessin) sont prévus pour empêcher le fluide de passer par les intervalles qui peuvent exister entre les parois des logements 18A et 18B d'une part, et les éléments 19 d'autre part. Un autre logement annulaire 18D est également ménagé dans chaque collier 18 et les brides 18D des côtés inférieurs des colliers 18 font saillie dans les logements 18E des côtés supérieurs des colliers. Les éléments 19 forment des saillies comparables aux saillies 6B de la figure 1, mais les flancs supérieur et inférieur de chacun d'entre eux sont perpendiculaires à l'axe 2. Chaque lame racleuse 15 balaie la totalité du flanc inférieur 19A d'une saillie, la totalité du flanc inférieur 19B d'une autre saillie, la moitié du sommet convexe 19C de chacune de ses saillies et une partie du sator entre les bases de ces saillies, ctest-à-dire la paroi du logement 18C dans le collier correspondant 18. Des espaces creux 14 dans lesquels passe le fluide, comme spécifié ci-dessus, sont limités par les éléments 19. Dans chaque cas, le fluide pénètre dans l'espace creux 14 par un tube 20 et le quitte par un second tube derrière le premier, comme représenté sur la figure 4 et aussi près que possible dudit premier tube. Entre les points où les tubes sont raccordés a l'élément 19, est prévue une barrière (non représentée sur les dessins) qui assure que le fluide s'écoulant dans l'ewaee creux 14 à travers le tube -20 doit passer en majeure partie autour de l'axe 2 avant de quitter l'espace creux par l'autre tube. Selon une modification de ce qui est représenté à la figure 4, les colliers 18 supportent des éléments toriques 19, dont la section transversale est telle que flancs et les sommets des saillies sont comme représentés sur la figure 1, en 6C, 6D et 6E, respectivement. Dans chacune des formes de réalisation représentée aux dessins annexés, la matière raclée du stator par les lames se mélange avec le reste de matière transférée à travers l'espace entre le stator et le rotor. Les saillies annulaires 6B et les saillies apportées par les éléments 19 divisent l'espace à l'intérieur du stator en un certain nombre d'espaces annulaires qui communiquent les uns avec les autres en des points radialement à l'intérieur des sommets des saillies. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à surface raclée pour le Iraimment d'une matière fluide, caractérisé par le fait qu'il comporte un stator (6, 18)entourant un rotor (1), ce stator comprenant un certain nombre de saillies annulaires (6B, 19) se prolongeant intérieurement vers l'axe (2) de rotation du rotor et divisant l'espace intérieur du stator en un certain nombre d'espaces annulaires qui communiquent les uns avec les autres en des points radialement vers l'intérieur des sommets (6E, 19C) des saillies, le rotor portant des moyens de raclage qui comprennent, dans chaque espace annulaire entre deux saillies adjacentes, au moins une lame de raclage qui balaie la totalité d'un flanc (6C, 19B) d'une saillie et la totalité du flanc opposé (6D, 19A) de l'autre saillie, ce qui fait que de la matière est raclée des saillies, lorsque le rotor tourne, puis est mélangée avec le reste de matière. 2. Echangeur de chaleur à surface raclée pour le traitement d'une matière fluide, caractérisé par le fait qu'il comporte un stator (6, 18) entourant un rotor (1), le stator possédant un certain nombre de saillies annulaires (6B, 19) s'étendant à l'in térieur vers l'axe de rotation (2) du rotor et ce dernier portant des moyens racleurs comprenant, dans chaque espace annulaire entre deux saillies adjacentes, des moyens de raclage (15) qui balaient la totalité d'un flanc (6C, 19B) d'une saillie, la totalité du flanc opposé (6D, l9A) de l'autre saillie, la partie (6F, 18C) du stator entre les bases des saillies et la moitié du sommet (SE, 19C) de chacune des saillies, ce qui fait que de la matière est raclée des saillies, lorsque le rotor tourne, puis est mélangée avec le reste de matière. 3. Echangeur de chaleur à surface raclée, caractérisé par le fait qu'il comporte un stator (6) entourant un rotor (1), le stator possedant un certain nombre de saillies annulaires (6B) se prolongeant à l'intérieur vers l'axe (2) de rotation du rotor, chaque saillie présentant un premier flanc (6C) qui est le flanc supérieur lorsque l'échangeur de chaleur est positionné de façon appropriée, avec l'axe de rotation du roor vertical, et qui ensuite s'infléchit vers le bas en se rapprochant dudit axe, le rotor portant des racleurs 15 qui balaient les premiers flancs (6C) et les flancs opposés (6D) des saillies lorsque le rotor tourne. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les saillies (6B) diminuent de largeur à mesure qu'elles. se rapprochent de l'axe de rotation du rotor. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les flancs (19A, 19B) de chacune des saillies sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les saillies (6B, 19) sont creuses, les espaces (14) qu'elles Limitent étant prévus pour recevoir l'un des deux fluides intervenant dans l'é- changeur de chaleur. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les espaces intérieurs (14) des saillies communiquent les uns avec les autres par leurs extrémités éloignées du rotor de sorte que ledit fluide peut s'écouler dans et hors d'eux, d'un espace à l'autre à travers le stator. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 3 ou l'une quelconque des revendications subséquentes rattachées à la revendication 3, caractérisé par le fait que les flancs opposés (6D) des saillies s'infléchissent vers le bas en s'éloignant dudit axe (2). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 3 ou l'une quelconque des revendications subséquentes rattachées à la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque flanc supérieur (6C) est conformé de façon concave. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 3 ou l'une quelconque des revendications subséquentes rattachées à la revendication 3, caractérisé par le fait que la plus grande partie dudit flanc opposé (6D) est conformé de façon concave. 11. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le stator comprend un empilage de portions annulaires (6, 6B) à raison de une par saillie. 12. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les saillies sont pourvues d'éléments toriques creux (19) qui sont supportés, espacés l'un de l'autre, par des colliers séparés 18 dans une rangée. 13. Echangeur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que chaque collier (18), autre qu'un collier d'extrémité dans la rangée, présente un logement annulaire (18A) sur son côté supérieur qui reçoit la partie inférieure de l'extrémité inférieure d'un élément torique (13), et un logement annulaire (18B) sur son côté inférieur qui reçoit la partie supérieure de l'extrémité extérieure d'un autre élément torique (19). 14. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que les sommets (6E, l9C) des saillies sont conformés de façon convexe. 15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que les bases de saillies adjacentes se joignent suivant une concavité. 16. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que les lames (15) sont maintenues dans les fentes ( 5) de plaques (3) montées sur le rotor(1).