Brevet FR2699657A1 — publié le 19940624

La présente invention concerne le domaine des échangeurs thermiques. On a déjà proposé de nombreux dispositifs formant échangeurs thermiques. Les échangeurs thermiques connus comprennent généralement deux voies en relation d'échange thermique, qui reçoivent respectivement un fluide primaire servant de fluide de refroidissement ou de fluide de chauffage et un fluide secondaire à refroidir ou réchauffer. La présente invention s'applique en particulier, mais non exclusivement au traitement de fluides secondaires circulant de façon impulsionnelle, voire aléatoire, dans l'échangeur La présente invention s'applique ainsi en particulier mais non exclusivement au refroidissement du lait Cette application particulière sera précisée par la suite. Le problème principal posé par le traitement thermique d'un tel fluide secondaire à flux impulsionnel est celui de la régulation du débit du fluide primaire En effet dans de nombreuses applications, il est généralement très important d'obtenir, en sortie de l'échangeur, un fluide secondaire à température constante quel que soit le débit de celui-ci. A cet effet on a proposé jusqu'ici de détecter la température du fluide secondaire en sortie de l'échangeur, à l'aide d'une sonde électrique thermosensible, et de piloter une vanne de régulation à commande électrique placée sur le circuit du fluide primaire, grâce au signal de sortie de ladite sonde thermosensible. De tels systèmes ont déjà rendu de grands services Toutefois ils ne donnent pas toujours satisfaction Ces systèmes connus sont généralement complexes et coûteux De plus ils présentent souvent un temps de réponse non négligeable. La présente invention a maintenant pour but principal de perfectionner les systèmes d'échangeurs thermiques existants. Un but auxiliaire de la présente invention est de permettre une régulation précise de la température du fluide secondaire à la sortie de l'échangeur. Un autre but auxiliaire de la présente invention est de permettre de réguler non seulement la température du fluide secondaire, mais également la température du fluide primaire, à la sortie de l'échangeur. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à une installation comportant un échangeur de chaleur comprenant deux voies en relation d'échange thermique recevant respectivement un fluide primaire et un fluide secondaire, caractérisée par le fait qu'elle comprend une vanne mécanique de régulation thermostatique placée sur le circuit du fluide primaire, laquelle vanne comprend un obturateur régulateur de débit piloté par un organe à géométrie variable thermosensible, et une voie raccordée sur le circuit du fluide primaire en dérivation de l'obturateur régulateur de débit, de sorte que ledit organe à géométrie variable thermosensible soit placé en permanence dans un écoulement du fluide primaire traversant l'échangeur. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: la figure 1 représente une vue schématique d'un échangeur conforme à la présente invention, la figure 2 représente une variante de réalisation d'un échangeur conforme à la présente invention et la figure 3 représente une application de la présente invention au refroidissement du lait pendant la traite. On aperçoit sur la figure 1 annexée un échangeur de chaleur 100 comprenant deux voies 120 et 140 recevant respectivement un fluide primaire et un fluide secondaire. L'entrée de la voie primaire 120 est référencée 122, sa sortie 124. L'entrée de la voie secondaire 140 est référencée 142, sa sortie 144. Le fluide primaire peut être formé par exemple d'eau utilisée pour le refroidissement du fluide secondaire composé de lait chaud provenant de la traite. De préférence les deux fluides primaire et secondaire circulent à contrecourant dans l'échangeur , comme on l'a schématisé sur la figure 1. L'échangeur 100 peut être formé en lui même de toutes structures connues de l'homme de l'art. Il peut s'agir par exemple d'un échangeur à plaques, ou encore d'un échangeur tubulaire, tel que l'échangeur comprenant deux tubes concentriques en spirale décrit dans les documents FR-A-2 532 154 et FRA-2 526 145. Comme on le voit par ailleurs sur la figure 1, dans le cadre de la présente invention, le système comprend en outre une vanne mécanique de régulation thermostatique 200 placée sur le circuit 120 du fluide primaire. Plus précisément la vanne 200 est placée en aval de la sortie 124 du circuit primaire 120 Plus précisément encore, de préférence, la vanne 200 est placée au plus près de la sortie 124 du circuit primaire 120. La vanne 200 comprend un obturateur régulateur de débit 210 piloté par un organe à géométrie variable thermosensible 220 L'obturateur 210 a la forme générale d'un clapet placé en regard d'un siège réalisé sur le carter de la vanne 200. De plus comme représenté sur la figure 1 annexée il est prévu une voie 250 raccordée sur le circuit du fluide primaire 120, en dérivation de l'obturateur régulateur de débit 210, de sorte que ledit organe à géométrie variable thermosensible 220 soit placé en permanence dans un écoulement du fluide primaire traversant l'échangeur 100 Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 1, l'organe 220 est placé en aval de l'obturateur 210 En variante cependant on peut envisager de placer l'organe 220 en amont de l'obturateur 210. Des vannes comprenant un obturateur régulateur de débit piloté par un organe à géométrie variable thermosensible, généralement thermodilatable, sont bien- connues en elle même par exemples des documents FR-A-2 602 502, FR-A-2 174 135 ou FR-A-2 2295 327 Pour ces raisons on ne décrira pas plus en détail par la suite la structure de la vanne 200. L'homme de l'art comprendra en effet que cette vanne 200 peut être formée d'un mélangeur thermostatique classique du type décrit dans les documents précités, en reliant la sortie 124 du circuit primaire sur l'entrée de fluide froid du mélangeur et en reliant la voie de dérivation 250 sur l'entrée de fluide chaud du même mélangeur. De préférence comme celà est connu pour les mélangeurs classiques décrits dans les documents FR-A-2 602 502, FR-A-2 174 135 ou FR-A-2 2295 327, la vanne 200 comprend des moyens permettant de régler la température de consigne du fluide sortant par la sortie de ladite vanne 200 De tels moyens de règlage peuvent agir sur l'organe 220 ou sur la liaison définie entre cet organe 220 et l'obturateur 210. Le fonctionnement du système représenté sur la figure 1 annexée et précédemment décrit est pour l'essentiel le suivant. L'organe 220 de la vanne 200 est réglé pour définir à sa sortie une température prédéterminée du fluide primaire, laquelle température prédéterminée correspond à une température de consigne pour le fluide secondaire compte-tenu des relations d'échange thermique entre les voies primaire 120 et secondaire 140. L'organe 220 de la vanne 200 est parcouru en permanence par un filet continu du fluide primaire. Par conséquent lorsque le flux du fluide secondaire est interrompu, l'organe 220 déplace l'obturateur 210 dans le sens de la fermeture pour limiter également le flux du fluide primaire. En revanche lors d'une augmentation du flux de fluide secondaire, la température du fluide primaire aura tendance à s'écarter de ladite température prédéterminée, à la sortie 124 de l'échangeur 100 Par conséquent l'organe 220 déplace alors l'obturateur 210 dans le sens de l'ouverture de telle sorte que le fluide primaire soit maintenu à ladite température prédéterminée et le fluide secondaire soit maintenu à la température de consigne. Et l'on comprend que du fait que l'organe 220 est baigné en permanence par un filet continu du fluide primaire, la réaction de la vanne 200 aux fluctuations du fluide secondaire est quasi instantanée. De ce fait la présente invention conduit à une régulation très précise à la fois de la température du fluide primaire et de la température du fluide secondaire. Elle conduit aussi à une économie du fluide primaire puisque l'écoulement de celui-ci est limité à la voie de dérivation dés que le flux du fluide secondaire est interrompu. On retrouve sur la figure 2 annexée un échangeur de chaleur 100 et une vanne 200 conformes aux dispositions qui ont été décrites précédemment. Selon la variante de réalisation représentée sur la figure 2, l'entrée 122 de l'échangeur 100 est équipée d'un régulateur de pression 300 et d'une vanne 310, telle qu'une vanne trois voies, permettant la purge du circuit primaire 120 de l'échangeur 100. En outre l'installation de la figure 2 comprend un clapet unidirectionnel 320 monté en dérivation de la vanne , entre la sortie de celle-ci et la voie de dérivation 250 Le clapet 320 est fermé en fonctionnement normal de l'installation tant que le circuit primaire 120 est sous pression En revanche le clapet 320 peut s'ouvrir pour garantir la purge du circuit primaire 120, y compris en cas de blocage intempestif de la vanne 200, lorsque la vanne 310 est commandée pour isoler le circuit primaire- de l'échangeur et le réseau 450, afin de relier ledit circuit primaire 120 à l'air libre Le clapet 320 est alors passant dans le sens sortie de la vanne 200 vers la voie de dérivation 250, pour favoriser la purge du circuit primaire 120. L'installation conforme à la présente invention trouve avantageusement application dans la réalisation de systèmes de refroidissement du lait du type décrit dans les documents FR-A-2 532 154 et FR-A-2 526 145. A cet effet comme représenté sur la figure 3 annexée, le circuit secondaire 140 de l'échangeur 100 peut recevoir avantageusement du lait provenant de la traite et transitant par une cuve de réception provisoire 400, le lait étant dirigé séquentiellement de la cuve 400, par une pompe 410, vers le circuit secondaire 140 de l'échangeur lorsque des capteurs détectent que le niveau de lait dans ladite cuve 400 atteint un seuil prédéterminé. Dans ce contexte le fluide primaire est un fluide de refroidissement Plus précisément il est formé d'eau, par exemple l'eau du réseau 450 Et l'eau du circuit primaire réchauffée à température constante régulée, lors de son passage dans l'échangeur 100, est de préférence récupérée dans une cuve 440 pour abreuver les animaux. Sur la figure 3 on a représenté sous la référence 420 une cuve de stockage du lait à la sortie de l'échangeur 100, et sous la référence 430 une prise d'air à commande manuelle placée sur l'entrée de la voie secondaire 140 de l'échangeur, laquelle entrée coïncide avec la partie supérieure de l'échangeur 100, pour permettre la purge de ladite voie secondaire 140. Pour le reste l'installation représentée sur la figure 3 annexée est conforme à l'enseignement des documents FR-A-2 532 154 et FR-A-2 526 145. La Demanderesse a déterminé qu'il était particulièrement important d'abreuver les animaux après la- traite avec de l'eau à température régulée avec précision, plus précisément de l'eau comprise entre 200 C et 250 C. Par rapport à l'état de la technique connu, la présente invention offre notamment les avantages suivants. Elle évite l'utilisation d'électricité, elle présente une réaction quasiinstantanée, elle permet des économies de fluide primaire, elle garantit une température régulée de sortie pour le fluide primaire, elle évite tout risque de gel, enfin elle est simple, fiable et économique. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. En particulier la réalisation de la voie de dérivation 250 peut faire l'objet de diverses variantes de réalisation Cette voie 250 peut être formée par exemple d'un simple perçage dans le carter de la vanne 200, en dérivation de l'obturateur 210, en regard de la sortie 124 de l'échangeur 100. Par ailleurs bien que la présente invention trouve tout particulièrement au refroidissement du lait en sortie de traite, elle n'est pas limitée à cette application De plus elle s'applique aussi bien au refroidissement d'un fluide secondaire qu'au réchauffage d'un tel fluide secondaire. R E V E N D I C A T I O N S 1.Installation comportant un échangeur de chaleur comprenant deux voies ( 120, 140) en relation d'échange thermique recevant respectivement un fluide primaire et un fluide secondaire, caractérisée par le fait qu'elle comprend: une vanne mécanique de régulation thermostatique ( 200) placée sur le circuit ( 120) du fluide primaire, laquelle vanne ( 200) comprend un obturateur régulateur de débit ( 210) piloté par un organe ( 220) à géométrie variable thermosensible, et une voie ( 250) raccordée sur le circuit du fluide primaire ( 120) en dérivation de l'obturateur- régulateur de débit ( 210), de sorte que ledit organe ( 220) à géométrie variable thermosensible soit placé en permanence dans un écoulement du fluide primaire traversant l'échangeur ( 100). 2.Installation selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la vanne mécanique de régulation thermostatique ( 200) est placée au plus près de la sortie du circuit ( 120) du fluide primaire. 3.Installation selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que la voie ( 250) raccordée sur le circuit du fluide primaire ( 120) en dérivation de l'obturateur régulateur de débit ( 210) est formée d'un perçage ménagé dans le carter de ladite vanne ( 200), en regard de la sortie de l'échangeur ( 100). 4.Installation selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un clapet unidirectionnel ( 320) placé en dérivation de la vanne ( 200) pour faciliter la purge du circuit primaire. 5.Installation selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée par le fait que la vanne ( 200) comprend des moyens de réglage de sa température de sortie. 6.Installation selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée par le fait que l'échangeur ( 100) comprend deux tubes concentriques en spirale ( 120, 140). 7.Installation selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée par le fait qu'elle comprend une vanne trois voies de purge ( 310) en entrée du circuit primaire ( 120). 8.Installation selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée par le fait qu'elle comprend un régulateur de pression en entrée du circuit primaire ( 120). 9.Application de l'installation conforme à l'une des revendications 1 à 8 au refroidissement du lait. provenant de la traite. 1 O Application selon la revendication 9 caractérisée par le fait que le fluide primaire est de l'eau, la vanne ( 200) est réglée pour définir une température de sortie du fluide primaire comprise entre C et 250 C, et le fluide primaire est récupérée à la sortie de l'échangeur ( 100) pour abreuver les animaux.