Brevet FR2604778A1 — publié le 19880408

Echangeur de chaleur à surfaces d'rechange minces et souples. semi-rigides ou rigides. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur du type comprenant une ou plusieurs enceinte(s) à paroi mince en matière souple, semirigide ou rigide, disposéeRs) à l'intérieur d'un corps éventuellement pourvu d'une sortie de vapeur et fixée (s > chacune d. un support par son extrémité haute, des moyens de distribution d'un gaz de chauffage condensable dans la ou les enceinte(s), des moyens pour amener un liquide à soumettre à un échange thermique avec ledit gaz condensable à ruisseler sur la face externe de la paroi de ladite ou desdites enceinte(s), des moyens d'isolement de l'atmosphère régnant dans la ou les enceinte(s) de celle régnant dans le corps, une chambre collectrice des condensats destines å se former dans la ou les enceinte(s) et des moyens de compensation de la dilatation de la ou des enceinte(s). L'une des difficultés rencontrées avec ce type d'échangeurs de chaleur, réside dans la dilatation longitudinale importante des surfaces d'échange définies par lesdites enceintes qui peuvent notamment être en matière plastique. L'emploi de telles surfaces nécessite donc la mise en oeuvre de moyens capables de compenser cette dilatation Une autre difficulté réside dans la nécessité d'extraire les condensats se formant dans les enceintes, et ce, sans qu'il y ait communication entre ces enceintes et le corps qui sont destinés å fonctionner à des pressions différentes. Pour réaliser cette compensation de la dilatation et cette extraction des condensats, les échangeurs de chaleur connus comprennent un manchon de réduction solidaire de l'extrémité basse de chaque enceinte, ce manchon étant engagé à frottement doux dans un raccord à lèvre solidaire de la chambre collectrice.L'utilisation d'un tel fanchon ne permet évidemment pas d'éviter le passage d'une certaine quantité de vapeur de chauffage de la ou des enceinte(s) vers la chambre collectrice, avec l'inconvénient d'ordre économique que cela constitue. En outre, le joint coulissant å lèvre mis en oeuvre dans ces échangeurs connus pour réaliser l'étanchéité entre les enceintes et le corps, relève d'une technique complexe et onéreuse. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients. Pour ce faire elle propose un échangeur de chaleur conforme à celui défini au premier paragraphe de cette description et qui se caractérise en ce que les moyens d'isolement comprennent au moins un moyen de formation, à l'aide des condensats, d'une garde hydraulique entre une ou plusieurs enceinte(s) et la chambre collectrice, chacun de ces moyens s'étendant librement a travers un passage prévu dans la paroi de la chambre collectrice et disposé dans le corps. On comprendra aisément qu'en prévoyant une garde hydraulique entre les enceintes et la chambre collectrice, on évite qu'il y ait communication entre ces enceintes et cette chambre et, partant, on évite toute perte de vapeur de chauffage. On évite simultanément tout risque de communication entre les enceintes et le corps. Il s'ensuit que gracie à l'invention, il devient inutile de disposer au niveau des passages prévus sur la paroi de la chambre collectrice, des moyens évitant un écoulement gazeux de ladite chambre vers ledit corps. Il devient donc inutile de faire appel à des moyens aussi complexes et onéreux que le joint coulissant à lèvre utilisé dans la technique antérieure. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque moyen de formation d'une garde hydraulique comprend un tube en U dont l'une des extrémités est en communication avec l'extrémité basse d'au moins une enceinte et l'autre extrémité s'ouvre dans la chambre collectrice. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque moyen de formation d'une garde hydraulique comprend un tube dont l'une des extrémités est en communication avec l'extrémité basse d'au moins une enceinte et l'autre extrémité s'ouvre dans la chambre collectrice, la longueur de ce tube et le niveau des condensats destinés à être présents dans cette chambre étant choisis pour permettre la formation de la garde hydraulique désirée. Les moyens de compensation de la dilatation, entrant également dans la construction de l'échangeur de chaleur de l'invention, peuvent être ceux utilisés jusqu'à ce jour et ayant la structure rappelée ci-dessus prévu dans la paroi de cette chambre et des moyens de déflection, prévus entre la ou les enceinteRs) et l'ouverture libre du ou des premiers manchon(s), pour empêcher que le liquide destiné à ruisseler sur la face externe de la ou des enceintes) ne pénètre dans ce ou ces manchon . Ces premiers manchons assurent donc le guidage des moyens de formation d'une garde hydraulique qui, par ailleurs, peuvent coulisser librement à travers ces premiers manchons et lesdits passages prévus sur la paroi du corps, ce qui permet de compenser la dilatation des enceintes. Les moyens de déflection sont avantageusement constitues par autant de second(s) manchons qu'il y a de premier(s) manchon(s), chaque second manchon coulissant autour d'un premier manchon correspondant avec un Jeu tel qu'il y ait, en fonctionnement, sensiblement équilibre de pression entre le corps et la chambre collectrice. Lorsque dans l'échangeur de chaleur selon l'invention le ou les moyens) de formation d'une garde hydraulique comprennent ledit tube ou ledit tube en U, chaque second manchon est conformé pour se refermer par son extrémité supérieure autour du tube ou du tube en U correspondant. Selon une variante, la ou les enceinte(s) peuvent être constituées par au moins un groupe de gaines tubulaires, l'extréiité inférieure de toutes ces gaines débouchant dans un collecteur de condensats pourvu dudit tube ou dudit tube en U; dans ce cas, chaque second manchon est conformé pour se refermer par son extrémité supérieure soit autour de ce collecteur, soit autour du tube ou du tube en U. Etant donné que la pression destinée à régner dans les enceintes est supérieure å celle destinée à régner dans la chambre collectrice, les condensats subissent une détente lorsqu'ils parviennent dans cette chambre. La vapeur produite par cette détente peut donc s'échapper vers le corps. Toutefois, on préfère munir ladite chambre collectrice d'une sortie pour cette vapeur de détente. Cette sortie peut être raccordée å l'un des circuits d'un condenseur ou réchauffeur dont l'autre circuit, séparé du précèdent par une suface d'échange thermique, est destiné à être traversé par le liquide à traiter qui se trouve ainsi réchauffé. Elle peut en variante être amenée en corrunication avec le circuit de vapeur de chauffage d'un évaporateur, directement ou par l'intermédiaire d'un compresseur de vapeur. Par ailleurs, chaque tube, tube en U et/ou collecteur de condensats comportera avantageusement au moins une sortie pour les incondensables située au-dessus de la garde hydraulique, cette sortie pouvant communiquer, par l'intermédiaire d'un conduit souple, avec une atmosphère où règne une pression permettant l'extraction desdits incondensables. Il convient de noter également que l'invention est applicable quelle que soit la forme des enceintes. L'échangeur de chaleur selon l'invention trouve différentes applications. Ainsi. il peut être utilisé comme un évaporateur, par exemple du type à flot tombant, s'insérant éventuellement dans une unité d'évaporation comprenant un ou plusieurs autres évaporateurs utilisant si on le désire, a titre d'appoint de vapeur de chauffage, la vapeur de détente produite dans la chambre collectrice, si nécessaire après compression de cette vapeur de détente; cet échangeur peut également être utilisé comme un appareil de distillation. Deux modes de réalisation de l'invention sont illustrées dans la description qui suit faite en regard du dessin annexé dans lequel -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un échangeur de chaleur comportant des groupes d'enceintes constituée chacune par un tube, -la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique suivant la ligne ÂÂ' de la figure 3 représentant un échangeur de chaleur comportant plusieurs enceintes sensiblement parallélépipèdiques, et -la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique suivant la ligne BB' de la figure 2. L'échangeur de chaleur représenté par la figure 1 comprend deux goupes de tubes 1, 2 disposés sensiblement verticalement à l'intérieur d'un corps 3. Pour la simplicité du dessin, on n'a représenté que deux groupes et que trois des tubes de chaque groupe, étant bien entendu que le nombre réel de ces groupes et tubes est en général bien supérieur. Les tubes 1, 2 sont constitués par un Matériau souple, semi-rigide ou rigide, par exemple une matière plastique. Les tubes de chaque groupe sont fixés par leur extreiité supérieure à une plaque tubulaire 4 tentée dans le corps 3 de maniéra à définir, dans la partie haute du corps 3, une chambre 5 d'alimentation en vapeur de chauffage, cette chambre étant pour'# d'une arrivée o de vapeur de chauffage. A une certaine distance sous la plaque tubulaire, est par ailleurs disposée une cloison horizontale 7 définissant avec les parois latérales du corps et la plaque 4, une chambre 8 d'alimentation en liquide à traiter pourvue d'une arrivée 9 de liquide å traiter.La cloison 7 est pourvue de passages pour les tubes 1, 2, ces passages ayant un diamètre légèrement supérieur a celui des tubes de manière à ce que le liquide puisse s'échapper de la chambre 8 pour venir ruisseler sur la surface externe des tubes. L'échangeur objet de la figure 1 comprend également une chambre collectrice 10 des condensats destinés à se former dans les tubes 1, 2. Cette chambre 10 est disposée sous le corps 3 et séparée de ce corps par la paroi de fond 11 de ce dernier qui est pourvue de deux passages 12, 13 disposés respectivement sensiblement au droit des groupes de tubes 1, 2. La chambre 10 est en outre pourvue d'un moyen 14 d'extraction des condensats et d'une sortie 15 de vapeur. Par ailleurs, chaque groupe de tubes 1, 2 comporte å son extrémité inférieure une plaque tubulaire inférieure 16, 17. Conformément à la présente invention, l'échangeur qui vient d'être décrit comportent des moyens de formation d'une garde hydraulique entre les tubes 1, 2 et la chambre 10. Ces moyens sont plus précisément constitués par des collecteurs 18, 19 prenant respectivement naissance sur les plaques 16, 17 autour des tubes 1, 2 et se rétrécissant vers le bas pour finalement se terminer par un tube 20, 21 s'étendant librement à travers les passages 12, 13 Jusqu'à l'intérieur de la chambre 10 pour venir plonger dans les condensats destinés d être présents dans cette chambre. En outre, des premiers manchons 22, 23 prennent naissance sur la paroi 11 et s'étendent au-dessus de cette paroi respectivement autour des passages 12, 13. Entre chaque plaque tubulaire inférieure 16, 17 et le passage 12, 13 qui lui correspond, est de plus disposé un moyen de déflection empêchant le liquide de ruissellement de pénétrer par l'ouverture des manchons 22, 23. Chaque moyen de déflection est constitué par un second manchon 24, 25 coulissant autour du premier manchon 22, 23 correspondant avec un Jeu suffisant pour qu'il y ait sensiblement équilibre de pression entre la chambre 10 et le corps 3, chaque second manchon se refermant par sa partie supérieure sur le collecteur 18, 19 ou, comme cela apparaît sur la figure 1, sur la périphérie de la plaque tubulaire inférieure 16, 17. L'échangeur qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. De la vapeur de chauffage est amenée sous pression dans les tubes 1, 2, tubes qui, lorsqu'ils sont en une matière souple, sont maintenus dans leur forme cylindrique sous l'effet de cette pression. Au cours de son ruissellement sur la surface extérieure des tubes 1, 2, le liquide à traiter (tout produit liquide a réchauffer, à concentrer ou à distiller tel que par exemple un produit laitier, une solution hydro-alcoolique comme du vin, etc.) subit un réchauffage ou une évaporation sous l'effet des calories qui lui sont cédées par la vapeur de chauffage qui se condense. La vapeur éventuellement générée par le liquide (cas d'une évaporation ou d'une distillation) est évacuée par une sortie 26 de vapeur prévue sur le corps 3. Le liquide ruisselle ensuite sur les plaques 16, 17 et sur les manchons 24, 25 (les manchons 22, 23 empêchant le liquide de pénétrer dans la chambre 10 > avant de parvenir dans le fond du corps 3 d'où il est extrait par un moyen d'extraction 27.Quant aux condensats formés dans les tubes 1, 2, ils s'écoulent par les collecteurs 18, 19 pour parvenir dans les tubes 20, 21 où ils forment une garde hydraulique avec les condensats dejà présents dans la chambre 10. Gracie à cette garde, on évite tout écoulement de vapeur de chauffage des tubes 1, 2 vers ladite chambre 10. Par ailleurs, les manchons 22, 24 et 23, 25 assurent la compensation de la dilatation des tubes 1, 2 par un coulissement relatif de l'un par rapport à l'autre. La chambre 10 étant à une pression inférieure à celle régnant dans les tubes 1, 2, les condensats qui y parviennent subissent une détente et la vapeur de détente ainsi produite est alors évacuée par la sortie 15. Toutefois si on le désire, cette vapeur de détente peut également être admise dans le corps 3 puisque ce dernier et la chambre 10 sont sensiblement à la seme pression de par le Jeu existant entre les manchons 22 et 24 et entre les manchons 23 et 25. On notera de plus que les collecteurs 18, 19 et/ou les tubes 20,21 peuvent être munis, au-dessus de la garde hydraulique, d'orifices 28 de préférence réparties à la périphérie de ces collecteurs et tubes, orifices par lesquelles sont évacués les incondensables. Normalement, ces incondensables parviennent dans la chambre 10 d'où ils sont extraits en même temps que la vapeur de détente des condensats, soit via la sortie 15, soit via la sortie 26. On peut toutefois en variante, relier les orifices 28 å des conduits souples (non représentés > dont l'extrémité libre aboutit à une atmosphère où règne une pression permettant l'évacuation desdits incondensables. L'échangeur de chaleur objet des figures 2 et 3 comprend un certain nombre de surfaces d'échange thermique 29 constituées par des enceintes sensiblement parallélépipédiques disposées verticalement et parallèles entre elles. Chaque enceinte renferme à sa partie supérieure un conduit 30 s'étendant longitudinalement dans ladite enceinte, ce conduit étant solidarisé par l'une de ses extrémités à la partie haute de l'une des parois latérales d'un corps 31, de manière à ce que les enceintes soient suspendues dans ce corps. Par ailleurs, chaque conduit 30 est pourvue d'une arrivée 32 de vapeur de chauffage Chaque conduit 30 est en outre munie d'une ou plusieurs ouverture(s) 33 permettant à la vapeur de chauffage amenée par l'arrivée 32, de pénétrer à l'intérieur de l'enceinte.Au-dessus de chaque enceinte et tout le long de cette dernière, sont disposés des noyens pour répartir un liquide à traiter, sur la surface extérieure de l'enceinte. Ces moyens sont , en l'occurrence, constitués par des buses 34 de pulvérisation du liquide. Ces buses, solidarisées à la paroi supérieure 35 du corps 31, communiquent avec une chambre 36 d'alimentation en liquide dont la paroi de fond est confondue avec la paroi 35,la chambre 36 étant pourvue d'une arrivée 37 de liquide. Par ailleurs, chaque enceinte est pourvue à sa base, d'une ouverture prolongée par un tube vertical 38 qui s'étend à travers un passage 39 pratiqué dans la paroi supérieure d'une chambre 40 collectrice des condensats destinés à se former dans les enceintes 29. Cette chambre 40 est disposée dans le corps 31 sous les enceintes 29, elle est commune å toutes lesdites enceintes et la dimension des passages 39 est choisie pour que chaque tube 38 puisse coulisser librement dans le passage correspondant. La chambre 40 comporte par ailleurs un prolongement 41 situé à l'extérieur du corps 31, ce prolongement étant pourvu d'une sortie 42 de condensats et de vapeur. D'autre part, un premier manchon 43 s'étend extérieurement å la chambre 40 autour de chaque passage 39. Au-dessus de chaque manchon 43, sont disposés des noyens de déflection empêchant le liquide ruisselant sur les enceintes de pénétrer dans la chambre 40. Ces moyens sont, en l'occurrence, constitués par un second manchon 44 apte à coulisser autour du premier manchon 43 correspondant avec un jeu tel qu'en fonctionnement il y ait sensiblement équilibre de pression entre la chambre 40 et le corps 31 ce second manchon se refermant par sa partie supérieure autour du tube 39 correspondant. L'échangeur de chaleur ainsi décrit est complété par une sortie 45 de vapeur prévue sur le corps 31 à la partie haute de ce dernier, par des moyens d'extraction 46 de liquide traité prévus à la partie basse du corps 31 et éventuellement par des sorties d'incondensables analogues à celles référencées 28 sur la figure 1. Le fonctionnement de l'échangeur objet des figures 2 et 3 est tout à fait identique à celui de l'échangeur objet de la figure 1. On peut, si on le désire, prévoir en outre un condenseur comportant deux circuits séparés par une surface d'échange thermique, l'un de ces circuits étant raccordé à la sprtie 15 ou à la sortie 42 (dans ce dernier cas un séparateur liquide/vapeur est disposé entre ladite sortie et ledit circuit) et l'autre circuit est disposé sur le trajet du liquide en amont de l'arrivée 9 ou 37, liquide qui se trouve ainsi réchauffé. Quand les échangeurs décrits ci-dessus sont destinés à être intégrés dans une unité comportant plusieurs évaporateurs, on utilisera avantageusement la vapeur de détente produite dans la chambre 10 ou 40, éventuellement après compression, comme appoint de la vapeur de chauffage nécessaire au fonctionnement de l'un desdits évaporateurs. REVEBDICATIONS 1. Echangeur de chaleur du type comprenant une ou plusieurs enceinte (s > (1,2; 29 > à paroi mince en matière souple, semi-rigide ou rigide telle qu'une matière plastique, disposée(s) à l'intérieur d'un corps (3; 31) éventuellement pourvu d'une sortie (26; 45) de vapeur et fixée(s) chacune à un support (4; 30) par son extrémité haute, des moyens (5,6; 32,33) de distribution d'un gaz de chauffage condensable dans la ou les enceinte(s), des moyens (7,9; 34) pour amener un liquide à soumettre à un échange thermique avec ledit gaz condensable å ruisseler sur la face externe de la paroi de ladite ou desdites enceinte(s), des moyens d'isolement de l'atmosphère régnant dans la ou les enceinte(s) de celle régnant dans le corps, une chambre (10; 40 > collectrice des condensats destinés å se former dans la ou les enceinte(s) et des moyens de compensation de la dilatation de la ou des enceinte(s), caractérisé en ce que les moyens d'isolement comprennent au moins un moyen (20,21; 38) de formation, à l'aide des condensats, d'une garde hydraulique entre une ou plusieurs enceinte(s) et la chambre collectrice, chacun de ces moyens s'étendant librement å travers un passage (12,13; 39) prévu dans la paroi de la chambre collectrice et disposé dans le corps. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen de formation d'une garde hydraulique comprend un tube en U dont l'une des extrémités est en communication avec l'extrémité basse d'au moins une enceinte et l'autre extrémité s'ouvre dans la chambre collectrice. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen de formation d'une garde hydraulique comprend un tube dont l'une des extrémités est en communication avec l'extrémité basse d'au moins une enceinte et l'autre extrémité s'ouvre dans la chambre collectrice, la longueur de ce tube et le niveau des condensats destinés à être présents dans cette chambre étant choisis pour permettre la formation de la garde hydraulique désirée. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de compensation de la dilatation comprennent un ou plusieurs premier sanchon s'étendant1 extérieurement å la chambre collectrice, respectivement autour du ou des passage(s) prévu(s) dans la paroi de cette chambre et des moyens de déflection, prévus entre la ou les enceinte 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de déflection sont constitués par autant de second(s) manchon(s) (24,25; 44) qu'il y a de premiers manchon(s), chaque second manchon coulissant autour d'un premier manchon correspondant avec un Jeu tel qu'il y ait, en fonctionnement, sensiblement équilibre de pression entre le corps et la chambre collectrice. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel chaque moyen de formation d'une garde hydraulique comprend ledit tube ou ledit tube en U, caractérisé en ce que chaque second manchon se referme par son extrémité supérieure autour du tube ou du tube en U correspondant. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, dans lequel les enceintes sont constituées par au moins un groupe de gaines tubulaires (i(1,2), tl'extrémité inférieure de toutes ces gaines débouchant dans un collecteur (18,19) de condensats pourvu dudit tube ou dudit tube en U, caractérisé en ce que le second manchon se referme par son extrémité supérieure autour de ce collecteur, tube ou tube en U. 8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre collectrice est pourvue d'une sortie (15) pour la vapeur produite par la détente des condensats. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que cette sortie est en communication avec l'un des circuits d'un condenseur ou réchauffeur dont l'autre circuit, séparé du précédent par une surface d'échange thermique, est destiné à être traversé par le liquide à traiter. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que cette sortie est en communication avec le circuit de vapeur de chauffage d'un évaporateur. directement ou par l'intermédiaire d'un compresseur de vapeur. 11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que chaque tube, tube en U ou collecteur de condensats comporte au moins une sortie (28) pour les incondensables située au-dessus de la garde hydraulique. 12. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque sortie pour les incondensables communique par l'intermédiaire d'un conduit souple avec une atmosphere ou règne une pression permettant l'extraction desdits incondensables.