Brevet FR2478161A1 — publié le 19810918

L'invention concerne des conduits, enceintes ou récipients pour fluides, en particulier les liquides, et plus spécialement ceux à fonction de protection contre le gel et échangeur thermique. Il convient, avant d'aborder les dispositions principales de l'invention, de rappeler les difficultés rencontrées avec les récipients ou conduits à liquides, lorsqu'ils contiennent ou véhiculent des liquides pouvant geler, et notamment l'eau. La dégradation des récipients, et principalement les conduites d'eau, par le gel, pose des problèmes que l'on a tenté de résoudre de diverses façons. Lorsqu'il s'agit de conduites d'alimentation en eau, circulant en extérieur, ou encore de conduites d' installation de chauffage central, on utilise un calorifugeage externe des conduites et, si l'installation n'est pas utilisée, on la vidange. On utilise également, dans certains cas, des produits antigel que l'on mélange à l'eau, par exemple du glycol, ce qui abaisse son point de congélation. Dans d'autres cas, on réchauffe l'eau par un apport d'énergie, ce qui est toujours une solution conteuse. Ces procédés de protection antigel, plus ou moins adaptés à des conditions d'emploi différentes, présentent tous des inconvénients. Ainsi, si le calorifugeage est efficace, il demande une mise de fonds en matériel et en main d'oeuvre. Par ailleurs, ce procédé de protection est totalement inadapté aux conduits à fonction d'échangeur thermique tels que les conduits de capteurs solaires, les conduits radiateurs. Par ailleurs, la vidange préalable à une mise hors service temporaire du circuit d'une installation ne doit pas être oubliée car, lors d'une remise en service partielle ou totale, il se produit des dégradations. On sait en effet qu'une installation de chauffage central non vidangée fait courir, d'une part des risques importants par le gel, et d'autre part, qu'un circuit vidangé est vivement attaqué par l'oxydation intérieure du circuit. Dans d'autres types d'installation, une vidange automatique des circuits est parfois prévue, en particulier dans les capteurs solaires. L'automatisme nécessite un appareillage thermostatique onéreux, un réglage sans erreur et une absence de panne électrique qui aurait pour effet de provoquer la vidange du circuit, même ei celui-ci était au plus haut de sa température. Le mélange antigel-eau ne peut s'utiliser qu'en circuit fermé (circuit primaire noyé), ce qui entrasse des pertes d'échanges et l'utilisation de matériel complémentaire. Ce procédé est par suite d'un emploi assez limité. Enfin, le réchauffage d'un liquide à partir d'une température critique va à l'encontre des économies d'énergie. La présente invention trouve sa base sur l'observation d'un phénomène en soi connu. Tout le monde sait qu'une bouteille bouchée contenant de l'eau n'éclate pas au gel si elle n'est pas complètement pleine, à condition que la quantité d'air laissée à l'intérieur soit supérieure à la dilatation de l'eau se congelant. Toutefois, une quantité d'air dans un récipient ou un conduit libre pose de nombreux problèmes car, d'une part, l'air peut outre entravé avec le courant d'@au, d'autre part, sa présence dans des circuits est indésirable puisque de nombreuses installations doivent être purgées d'air sous peine d'un mauvais fonctionnement et rendement. On pourrait également envisager sur les conduits, l'installation de cloches à air, du genre anticoups de bélier, mais leur mise en place et lour nombre eréoraiont d@s frais importhants auxquels se greffer@iont des problèmes d'encombrement et d'esthétique. On a tenté la réalisation de plusieurs dispositifs antigel basés sur la présence d'une clmnibro fi nir compressible disposée dans un conduit On so référera notamment à la demande de brevet France n 78. 08218 du 13 mars 1978 dans laquelle on déer@i une prot@ction @ontre le gel, pour @@p@eur s@l@ire, @ara@lérlsée en @@ qu'un petit tube en caoutchou@ ou en plastique semi-rigide, rempli d'air et hermétiquement bouché à ses deux extrémités d'une longueur voisine de celle des tubes à protéger contre le gel, est placé à l'intérieur de chacun des tubes à protéger. Dans cette disposition, le tube compressible a une section beaucoup plus petite que la section de passage du tube à protéger, ce qui ne permet pas de réaliser un échangeur de chaleur à faible inertie et à rendement élevé. Par ailleurs, il est pratiquement impossible de conserver l'étanchéité de telles chambres à air au cours du temps, si bien que la fonction antigel se trouve rapidement neutralisée. La présente invention a en conséquence pour but un conduit, une enceinte ou un récipient qui annule les méfaits du gel et soit, en plus, un échangeur thermique à faible inertie et à rendement amélioré, et dont la fonction antigel reste constante dans le temps. Un autre but de l'invention est de fournir un récipient ou conduit de construction simple, de faible coût, ne nécessitant plus de vidange en période de gel et pouvant, à tout moment, 8tre remis rapidement en fonction, même en cas de gel du liquide contenu ou véhiculé. L'invention concerne à cet effet un conduit ou récipient pour fluides et en particulier les liquides, tels que l'eau, comprenant intérieurement un ou plusieurs corps pouvant supporter une compression, et absorber les dilatations engendrées par le gel, caractérisé en ce que ces corps compressibles sont constitués d'une structure comprenant une pluralité de cellules fermées étanches, contenant un fil compressible, et en ce que la section de passage libre pour la circulation du liquide est au moins égale mais de préférence inférieure à la section occupée par le corps compressible. Par cette disposition, le liquide subissant l'effet du gel, peut se dilater par diminution de volume du corps en matière compressible, ce glace à quoi, le conduit ou récipient n'absorbe plus les forces de dilatation engendrées lors du gel, l'air occlus dans les cellules ne peut s'échapper, et il est possible de constituer un échangeur du genre à lame d'eau à très faible inertie thermique. Suivant une disposition de l'invention, dans sa fonction d'échangeur, le profil du corps en matière compressible est réalisé de manière à laisser subsister entre la paroi interne du conduit et ce corps, au moins une lame de liquide. Suivant une autre disposition, le corps compressible est concentrique à la paroi interne dudit conduit. Dans un autre cas, le corps compressible tapisse partiellement ou entièrement la paroi interne du récipient ou conduit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui suit, d'une mode d'exécution de l'invention donné ici à titre d'exemple, et représenté par les dessins joins dans lesquels La figure I est une vue en perspective avec parties arrachées montrant un exemple d'exécution de l'invention. La figure 2 est une vue en perspective avec parties arrachées montrant une autre forme d'exécution. La figure 3 est une vue en coupe axiale d'une conduite montrant un autre mode de réalisation. La figure 4 est une vue en perspective montrant une autre disposition de l'invention. La figure 5 est une vue enperspective montrant un récipient équipé d'un corps compressible notamment pour le démoulage d'un liquide solidifié. La figure 6 est une vue en perspective montrant un exemple de corps compressible appliqué à une enceinte à parois planes, du genre échangeur ou capteur plan. Ainsi qu'il est montré aux figures 1 à 4, on a représenté le mode d'exécution dans lequel l'invention est appliquée plus spécialement à des conduites ou enceintes protection contre le gel, ou à des conduites ou enceintes échangeurs, la fonction protection contre le gel et la fonction échangeur pouvant par ailleurs être réunies dans une même conduite. Ces différents types de conduites, sont désignées par la référence générale 10. Dans le mode d'exécution de la figure 1, la conduite rigide rigide li comporte dans son passage interne un corps en matière compres sible 12, disposé de manière à laisser subsister, entre ce corps et la paroi interne 11a de ce conduit, un espace 13 à circulation de liquide. Suivant une disposition, le corps compressible 12, qui se présente ici sous la forme d'un rondin, est disposé de manière excentrée par rapport à l'axe du conduit Il, de manière à ce qu'une de ses génératrices 12a, soit au contact de la paroi interne du conduit 11. Dans ce cas, on crée entre le corps compressible et la paroi ila du conduit, un espace lamellaire pour le passage d'une lame d'eau dont la section transversale est en forme de croissant, ce grace à quoi on limite volontairement le passage d'eau sur un secteur du conduit, ce qui permet d'obtenir de manière simple, un échangeur qui trouve une application avantageuse dans la constitution d'un circuit apte à être intégré dans un capteur solaire. Le corps en matière compressible peut autre enveloppé d'une peau souple ou élastique, et étanche 12b, ne se dégradant pas à l'eau, et non toxique, naturelle ou synthétique, et pouvant comporter des cellules d'air fermées. L'âme de ce corps peut être constituée par exemple par un gaz, par une mousse plus ou moins alvéolée, à cellules fermées, si elle n'est pas enveloppée de la peau étanche 12b. Dans le mode d'exécution de la figure 2, le corps compressible 12, est disposé concentriquement à la paroi interne lia du conduit. Le corps compressible est centré dans le conduit 11, par l'intermédiaire d'arêtes ou cannelures 14; distribuées à la périphérie de ce corps, de manière à entrer en contact avec les génératrices correspondantes de la paroi 11a du conduit Il Los arêtes ou cannoluros délimitent entre elle dos passages lamellaires 13n. Co modo do réalisation trouve une application principale à la constitution des conduites d'eau équipées contre le gel, mais peut également trouver une application à la réalisation d'éléments échangeurs, du genre radiateur à lames. Dans le mode d'exécution de la figure 3, on a montré un mode de réalisation dans lequel le corps compressible 12 est constitué d'une succession de segments 15a, 15b, 15c, qui peuvent varier en forme et en dimensions. Quel que soit le mode d'exécution adopté, il est prévu une armature axiale 16 au corps compressible, armature qui sert aussi bien à rigidifier le corps compressible, à faciliter son introduction dans un conduit, ou à servir à centrer les segments de matière compressible dans le tube, ainsi qu'il est montré figure 3. D'une manière générale, la matière du corps compressible doit être suffisamment rigide, d'une part pour éviter son tassement, surtout aux coudes des conduits, afin d'éviter des obturations par déformation, d'autre part, pour que la pression du liquide elle-même ne comprime pas ce corps compressible au point qu'une formation de glace par exemple ne laisse plus de place pour la dilatation engendrée par le gel du liquide. Cette matière compressible doit en outre garder une stabilité de consistance suffisante pour s'adapter aux applications envisagées. Pour éviter le tassement de ces éléments compressibles par la seule action du liquide véhiculé, on peut retenir la matière compressible en amont du courant par un procédé quelconque, soit par exemple un clip extensible 17. On peut aussi, comme il a été dit, équiper l'intérieur de la matière compressible par une armature rigide ou semi-rigide. Au niveau des coudes des conduites, une prolongation de cette armature sera non enveloppée de matière compressible. il va de soi que la section du corps compressible et celle des tubes sera calculée en fonction du débit et de la pression du liquide, du coefficient de compressibilité de la matière introduite dans la conduite, et aussi, en fonction des températures d'utilisation. Par contre, dans un échangeur, si le profil du cordon compressible peut présenter différentes formes, il sera conçu en tout cas, de telle sorte qu'il assure une surface maximale d'échange le long de la paroi interne du tube, tel que par exemple, un tube absorbeur de capteur solaire ; il devra alors avoir une section dtécoulement placée du côté exposé comme montré figure I. Dans le cas d'un tube d'échangeur, comme montré figure 2, le cordon devra laisser glisser une pellicule de fluide entre la matière compressible et le métal. Ainsi, les échanges seront facilités, et en cas de gel, la pellicule de glace formée sera bien plus rapidement fondue qu'un cylindre remplissant ce tube, et aussi bien plus facilement réchauffée qu'un liquide le remplissant. Dans le mode d'exécutìon de la figure 4, le corps compressible 12 tapisse la paroi interne du conduit Il, en laissant un passage axial libre 18. Dans le mode d'exécution de la figure 5, le corps compressible 12, qui tapisse la paroi interne 19 d'un récipient 20 est divisée par plusieurs cloisons radiales 21. Grâce à cette disposition, le corps compressible peut servir notamment au démoulage d'un liquide solidifié dans les secteurs libres du corps compressible. De même, comme montré figure 6, on peut concevoir un échangeur thermique,ou un capteur solaire à enceinte plate 22,équipée de matière compressible 23, répartie par points ou uniformément à l'intérieur de cette enceinte. Dans ce cas, la matière souple 24 peut être constituée de deux feuilles étanches déformables, collées l'une à l'autre, emprisonnant par place des alvéoles de gaz ou d'air compressibles. Parmi les applications principales de ce genre de conduits ou de récipients, on retiendra en particulier: les installations d'eau de consommation ménagère, industrielle ou agricole, exposées au gel, les installations de chauffage central, les échangeurs thermiques, calorifiques et frigorlfiquos, ]es etiptours solaires, le transport des liquides froids ou solidifiés. Blen @n@@ndu, l'invention n'@st. pas @@mitée aux exemples d'exécution @l-dessus déerlts et représontés, pour losquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cola sortir du cadre des revendications annexées, ainsi dans les exemples précédents, les corps compressibles pouvent évidemment Otre formés non seulement de matières spongieuses, mais également de membranes souples contenant gaz ou air, délimitant le passage lamellaire comme montré figure 2. n peut être fait usage de matières compressibles en suspension dans le liquide, ces matières absorberont la dilatation lors du gel. REVENDICATIONS 1) Conduit ou récipient pour fluides, et en particulier les liquides tels que l'eau, comprenant intérieurement un ou plusieurs corps pouvant supporter une compression et absorber les dilatations engendrées par le gel, caractérisé en ce que ces corps compressibles sont constitués d'une structure comprenant une pluralité de cellules fermées étanches, contenant un flux compressible, et en ce que la section de passage libre pour la circulation du liquide est au moins égale, mais de préférence inférieure à la section occupée par le corps compressible. 2) Conduit ou récipient selon la revendication I, caracté risé en ce que dans sa fonction d'échangeur, le profil du corps en matière compressible est réalisé de manière à laisser subsister entre la paroi interne du conduit et ce corps, au moins une lame de liquide. 3) Conduit ou récipient selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps compressible est concentrique à la paroi interne dudit conduit. 4) Conduit ou récipient selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le corps compressible est excentré de manière à ce qu'une partie de sa surface soit au contact de la paroi interne du conduit. 5) Conduit ou récipient selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le corps compressible comprend une armature axiale continue. 6) Conduit ou récipient selon l'une quelconque des revendications là 5, caractérisé en ce que le corps compressible est constitué de segments portés par l'armature axiale. 7) Conduit ou récipient selon la revendication 6 caractérisé en co que lo corps compressible tapisse on tout ou partie la paroi Interne du conduit ou récipient. 8) Conduit ou récipient selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie périphérique du corps compressible qui tapisse la paroi interne du conduit au récipient est divisée par une ou plusieurs cloisons radiales. 9) Conduit ou récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une enceinte plate dans laquelle le corps compressible est constitué d'une enveloppe étanche alvéolée apte à contenir un gaz dans ses alvéoles.