Brevet FR2467370A1 — publié le 19810417

L'invention concerne un échangeur ther- mique du type à tambour tournant. L'invention a pour but de fournir un échangeur thermique pouvant récupérer la chaleur résiduelle de fluides résiduaires de toute nature et de toute origine, en particulier la boue, les eaux résiduaires etc.., contenant des solides en suspension, par exemple les eaux usées provenant des appareils de traitement chimique en général, particu- lièrement des installations de blanchiment, de tein- ture etc.. Un autre but est de fournir un échangeur thermique du type défini plus haut qui permette, dans toutes conditions de fonctionnement, un échange ther- mique continu et efficace entre les deux fluides en fonction de la température et qui permette, d'autre part (selon l'application dont il s'agit), d'accéder facilement aux différentes parties de l'échangeur thermique lui-même (spécialement aux parties qui mani- pulent de la boue et/ou de l'eau résiduaire) pour le nettoyage périodique, l'entretien etc.. L'échangeur thermique selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte une enveloppe munie de raccords d'entrée et de sortie de l'un des fluides à traiter, au moins un rotor logé de manière à pouvoir tourner dans l'enveloppe et formé d'une série de corps creux munis de diaphragmes intérieurs pour régler l'écoulement de l'autre liquide à traiter, les corps creux étant reliés hydrauliquement en série et leurs extrémités étant raccordées par des raccords appropriés avec utilisation de joints tournants pour permettre la circulation à contre-courant du deuxième liquide à traiter dans le rotor. Dans un mode d'exécution avantageux de l'échangeur thermique, l'enveloppe (qui loge avec possibilité de rotation au moins un rotor) est munie, à ses extrémités opposées, de goujons supports per- forés; ces goujons relient les chambres des corps creux à l'extérieur et sont retenus par des supports reliés de façon mobile aux parois latérales de l'enveloppe; les ouvertures des goujons sont reliées hydraulique- ment entre elles par les dispositifs d'étanchéité prévus dans les goujons fixes qui sont à leur tour fixés à une structure de base au moyen de supports qui permettent une rotation commode du rotor et un retournement de l'enveloppe pour le nettoyage et l'entretien des différentes parties de l'échangeur thermique. On décrira maintenant l'invention en détail à propos des dessins qui montrent à titre d'exemple l'un des modes d'exécution possibles de l'échangeur thermique selon l'invention, servant principalement (mais non exclusivement) à récupérer la chaleur d'eaux résiduaires. Sur les dessins: la figure 1 est une vue frontale en coupe de l'échangeur thermique; la figure 2 une vue axiale de l'extré- mité de l'échangeur; la figure 3 une coupe axiale à plus grande échelle de l'extrémité gauche de l'échangeur de la figure 1 (correspondant à la partie droite). L'échangeur représenté par les dessins comprend une enveloppe A dans laquelle on fait circu- ler l'un des deux fluides à traiter; l'enveloppe loge, avec possibilité de rotation, un ou plusieurs tambours ou rotors B dans lesquels l'autre liquide à traiter circule à contre-courant. Dans le cas d'espèce, l'enveloppe est formée d'un récipient pratiquement en forme de paralléli- pipède 10 dont les parois latérales opposées 12 et 14 sont convenablement renforcées et munies en leur partie centrale de supports 16, 18 qui font saillie vers l'intérieur du récipient. Chacun des supports 16, 18 est associé fonctionnellement à des roulements à rou- leaux 20 (voir figure 3) d'éléments d'étanchéité rota- tifs 22 adjoints aux tourillons tubulaires qui dépassent à l'extérieur des parois latérales 12 et 14 du récipient. Les extrémités intérieures de ces tourillons se ter- minent par des brides 28, 30 fixées aux goujons et aussi aux parois 12, 14 du récipient 10. En outre, les brides 28, 30, sont convenablement perforées pour recevoir des vis 25 qui fixent les supports 16, 18 aux parois 12 et 14 du récipient. Les extrémités des tourillons 24, 26 sont reliées hydrauliquement (par l'intermédiaire de joints tournants 22) aux extrémités perforées 32, 34 d'un arbre 36 adjoint au rotor B; les extrémités 32, 34 sont dans le mime plan que les faces opposées des brides 28, 30 pour permettre de retirer le rotor B de l'en- veloppe A si nécessaire. Il s'ensuit que le rotor B est supporté de manière à pouvoir tourner dans l'enve- loppe A et relié hydrauliquement à l'extérieur par des raccords amovibles 38, 40 situés dans les extrémités libres des tourillons tubulaires 24, 26 pour relier ceux-ci aux tuyaux convergents destinés au deuxième liquide à traiter. Les tourillons tubulaires 24, 26 sont fixés à des ferrures 42, 44 prévues dans les extré- mités des étais 46 qui sont eux-mêmes ancrés à la pla- que de base 48, deux dispositifs de verrouillage 50 étant supportés par les ferrures; une partie des ferrures permet de retirer l'enveloppe A de la base associée tandis que les autres parties s'appliquent aux parois latérales 12, 14 de l'enveloppe et retiennent celle-ci en position de service (comme représenté par les dessins) ou dans la position retournée dans laquelle l'enveloppe peut osciller autour des tourillons 24, 26 pour per- mettre le nettoyage du récipient 10. Il est évident, par la description ci-dessus, que l'on peut bloquer l'enveloppe A dans la position de service au moyen d'un seul jeu de verrous 50 qui pourrait 9tre formé, par exemple, d'agencements propres à fixer entre elles les ailes des ferrures 42, 44, dont aussi les touril- lons 24, 26. L'arbre 36 du rotor B retient fermement plusieurs corps creux lenticulaires 52 disposés en série et comprenant deux couvercles concaves 54, 55 (voir figure 3) dont les bords sont assemblés par exemple par sondage. Les centres des-couvercles sont perforés et les bords 56, 57 des perforations sont orientés en sens opposé pour s'appliquer de façon étanche tout contre les bords 57, 56 de corps creux adjacents 52. Ces corps creux 52 sont eux-mêmes fixés à l'arbre 36 par deux jeux de diaphragmes perforés 58, 60, inter- posés entre ces-parties. Plus précisément: le premier diaphragme 58 est formé d'anneaux dont les bords sont repliés de manière à s'appliquer partiellement & l'arbre; les autres bords pliés 56, 57 sont réunis entre eux par exemple par soudage de deux corps conti- gus 52, tandis que les parois intermédiaires de ces anneaux sont perforées. D'autre part, les diaphragmes 60 sont formés de disques perforés pénétrant à l'intérieur des corps creux 52; les bords pliés 62 des perforations s'adaptant à l'arbre 36. D'autre part, les zones conti- guës des disques sont fixées et bloquées en place, par exemple par soudage, entre les faces intérieures opposées de saillies 64, 65 dont les éléments s'avancent à l'intérieur du corps creux 52 tandis que les paires sont convenablement espacées de manière à former un jeu de trois chambres communicantes C C0 et là 'inté- rieur du corps creux unique 52. Les bords 56 et 57 des corps creux 52 sont réunis par-soudage aux couver- cles 55; les fonds de ces couvercles sont perforés de manière à permettre l'insertion des extrémités creuses 32, 34 de l'arbre 36. Les extrémités de l'arbre sont aussi munies de perforations radiales permettant la communication entre les chambres annulaires C4 des couvercles et les chambres C des corps 52. La présence des diaphragmes 58, 60 à l'intérieur des corps creux 52 communique à ceux-ci une rigidité appropriée même si ces corps ont une dimension considérable et sont néces- sairement fabriqués en t8le d'acier mince. Des diaphragmes supplémentaires 66 sont disposés et fixés fermement à l'intérieur du récipient et s'étendent sur toute sa hauteur. Selon cette disposition particulière, une suite de chambres sont formées à l'intérieur du récipient et sont reliées entre elles hydrauliquement par des ouvertures 68 de la partie supérieure de chacun des diaphragmes 66; ces ouvertures permettent le passage du collet formé par les bords pliés 56, 57 des corps creux 52. Le rotor B est mis en rotation à une vitesse appropriée par un moteur D fixé au moyen de la plaque 70 à la partie supérieure du récipient 10. Le moteur est hydraulique et entraîne avantageusement le rotor B au moyen d'un pignon 72, d'une chaine 74 et d'une couronne dentée 75. La première boucle hydraulique de l'échan- geur part d'un conduit 76 de la paroi latérale 12 et amène l'un des liquides à traiter, dans le cas présent de la boue, de l'eau résiduaire etc.. La paroi oppo- sée 14 est munie d'un conduit d'évacuation 78 en forme de coude conduisant à un récipient de débordement ou trop-plein 80 muni d'une vidange inférieure 82. Le diamètre de ces conduits est lié à la nature et au débit du fluide traité qui, comme on l'a dit plus haut, peut 8tre de la boue ou de l'eau résiduaire. La dispo- sition décrite permet au liquide de s'écouler de l'entrée à la sortie pratiquement sans obstacles, spécialement lorsqu'il passe par les chambres formées par les diaphrag- mes 66. La partie inférieure de ces diaphragmes peut être munie, si nécessaire, d'orifices d'écoulement. La deuxième boucle hydraulique de l'écran- geur thermique fonctionne à contre-courant de la première et part d'un raccord détachable 40; après avoir passé par la première chambre collectrice C4, le liquide tra- verse successivement les chambres C1, C2, C3 de tous les corps pour se rassembler finalement dans l'autre chambre C4 et sortir par l'orifice 38. Les buts de l'invention sont ainsi plei- nement atteints, c'est-à-dire que l'on récupère la chaleur de liquides résiduels en général qui peuvent aussi Otre sous forme de boue; en outre, les surfaces d'échange thermique du rotor B se renouvelle conti- nuellement vis-à-vis du liquide en circulation dans le récipient 10, ce qui assure un échange thermique constant et par conséquent une efficacité thermique optimale. Il se confirme également que l'on peut enlever facilement les incrustations formées sur les surfaces métalliques d'échange thermique de l'enveloppe A comme du rotor B. étant donné que l'on peut démonter ce dernier de l'enveloppe uniquement au moyen des verrous 50 et des vis correspondantes 25 qui fixent les supports 18 aux parois 12 et 14 du récipient 10; étant donné que les surfaces de contact entre les extrémités 32, 34 de l'arbre 36 et celles des touril- lons 24, 26 coïncident avec les faces des brides 32, 34. Toutes les surfaces extérieures de l'échangeur sont ainsi rendues accessibles aux agents de nettoyage (jets d'eau, brosses etc..) et en particulier, les surfaces intérieures du récipient 10; une fois que l'on a retiré le couvercle 84 et le rotor B du récipient, on peut commodément retourner celui-ci sur les tou- rillons 24, 26; si nécessaire, on peut aussi retirer les diaphragmes 66 dans le cas o ils sont fixés aux parois du récipient 10, par exemple en munissant ces - parois de guides pour retenir les diaphragmes de façon coulissante. Il est évident que l'on peut introduire diverses modifications selon les nécessités particulières de l'application sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique servant spécialement à récupérer la chaleur résiduelle de liquides en général, en particulier de l'eau résiduaire,de la boue, etc.. et caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinai- son, une enveloppe (A) munie de raccords (76, 78) pour l'introduction et l'évacuation de l'un des liquides à traiter, au moins un rotor (B) logé dans l'enveloppe de manière à pouvoir tourner et formé d'une série de corps creux (52) qui se succèdent et sont munis intérieu- rement de diaphragmes (58, 60) pour régler l'écoulement de l'autre liquide à traiter, ces corps creux étant reliés hydrauliquement en série et leurs extrémités étant reliées par des joints tournants appropriés (22) munis de raccords (38, 40) pour provoquer un écoule- ment à contre-courant du deuxième liquide à traiter dans le rotor. 2. Echangeur thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que le rotor (B) est muni d'extrémités perforées (32, 34) reliant à l'exté- rieur des chambres (C) des corps creux (52), et que les arbres perforés sont retenus par des supports (16, 18) fixés de façon mobile à des parois latérales (12, 14) du récipient (10) et portent les joints tournants (22), entre ces extrémités perforées et les tourillons perforés fixes (24, 26) fixés aux parois latérales (12, 14) de l'enveloppe (A). 3. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'une des extrémités des tourillons perforés fixes (24, 26) se termine par des brides d'étanchéité (32, 34) fixées aux parois latérales (12, 14) de l'enveloppe (10) et auxquelles des supports de rotor (16, 18) sont à leur tour fixés de façon mobile. 4. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des corps creux (52) du rotor ont une forme lenticulaire et pré- sentent des ouvertures centrales, que les bords (56, 57) des corps creux sont repliés et réunis de façon étanche aux bords (57, 56) de corps creux adjacents de manière à espacer ces corps creux à l'intérieur desquels sont disposés au moins deux jeux de diaphragmes (58, 60) qui raidissent les corps creux et les fixent à un arbre central (36) dont les extrémités perforées (32, 34) forment les goujons tournants du tambour. 5. Echangeur thermique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les deux jeux de diaphragmes (58, 60) adaptés à l'intérieur des corps creux sont formés de disques perforés de diamètre dif- férent s'appliquant de façon étanche à l'arbre (36) du rotor, que les éléments de l'unité de plus petit diamètre (58) sont également perforés et que leurs bords sont repliés pour s'appliquer à la fois à l'arbre et aux points d'assemblage entre les bords repliés (56, 57) des corps creux. 6. Echangeur thermique selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les diaphrag- mes de plus grand diamètre (60) sont disposés le long de l'axe géométrique des corps creux (52) et vont jusqu'à la périphérie de ceux-ci pour former à l'inté- rieur de chaque corps un jeu de trois chambres (01, 02, C03) qui se succèdent radialement tandis que les bords des diaphragmes sont enserrés entre l'une des paires de saillies (64, 65) prévus vers leur contour, deux couvercles concaves (54, 55) représentant les corps creux lenticulaires du rotor. 7. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les extré- mités perforées (32 à 34) de l'arbre (36) du rotor sont munies de trous axiaux et radiaux, ces derniers conduisant à l'intérieur de chapeaux (55) qui forment des chambres collectrices aux extrémités des arbres tandis que les bords des chapeaux sont disposés en relation d'étanchéité avec les bords repliés (56, 57) des corps creux terminaux du rotor pour établir la commu- nication hydraulique entre ceux-ci et l'extérieur. 8. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réci- pient (10) formant l'enveloppe (A) est muni à sa partie inférieure de plusieurs diaphragmes (60) alternant avec les corps creux (52) du rotor et dont au moins une partie est fixée aux parois de l'enveloppe (10) par des moyens amovibles pour faciliter le nettoyage de l'enveloppe. 9. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les parois latérales (12, 14) de l'enveloppe (A) sont munies de tourillons supports (24, 26) coopérant de façon mobile avec des supports correspondants (42, 44, 46) fixés à leur tour à une plaque de base (48) pour per- mettre de retourner l'ensemble de rotor de l'enveloppe. 10. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les tourillons perforés (24, 26) des parois latérales (12, 14) de l'enveloppe sont retenus de façon mobile par des ferrures (42, 44) fixés à des verrous (50) pour retenir l'enveloppe (A) dans des positions angulaires prédéterminées et permettre de la retirer de la plaque de base (48). 11. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les sur- faces d'étanchéité des tourillons perforés (24, 26) fixés aux parois latérales de l'enveloppe et les sur- faces d'étanchéité de l'arbre du rotor sont situées dans le même plan que les extrémités des supports (16, 18) du rotor et les brides (28, 50) également fixées aux parois latérales pour permettre de retirer le rotor par l'ouverture de l'enveloppe.