Brevet FR2723188A1 — publié le 19960202

ÉLÉMENT DE GARNISSAGE DE TOUR Arrière-pian de l'invention La présente invention concerne certains types d'éléments de garnissage de tour tels que ceux qui sont utilisés dans les applications de transfert de masse et de transfert de chaleur dans les processus chimiques. De tels éléments, que l'on désigne souvent sous le vocable de garnissage à empilement aléatoire , sont conçus pour présenter une grande surface spécifique pour le contact des gaz avec les liquides, tout en produisant une perte de charge de la phase gazeuse dans l'intérieur de la tour aussi faible que possible. Les éléments, de manière représentative, sont versés ou chargés dans une tour verticale et sont empilés sur une hauteur considérable. II se produit par conséquent une tendance, pour les éléments se situant au fond de la tour, à se trouver déformés ou aplatis, ce qui produit une résistance plus élevée à l'écoulement au travers de la tour, ainsi qu'un gradient de pression indésirable dans la tour. Les éléments de garnissage de tour sont en conséquence conçus pour fournir des structures qui résistent à la déformation tout en offrant encore une structure ouverte et une surface spécifique importante. Des structures représentatives de ce type d'élément tel que mentionné ci-dessus sont connues sous les vocables d'anneaux de Pal et de Raschig. Ainsi que ce vocable le suggère, il s'agit d'éléments dont la structure est cylindrique et qui sont munis de divers types de protubérances internes permettant d'augmenter ia surface spécifique. De telles structures résistent à l'écrasement mais provoquent des pertes de charge indésirables dans quelques applications. Pour de telles applications, on préfère des structures plus ouvertes telles que celles décrites dans les brevets des Etats Unis d'Amérique n" 4,303,599 4,333,892; et 4,576,763. Il s'agit fondamentalement de structures de feuille métallique arquées, comportant un ou plusieurs éléments sous forme de bandes découpées dans le métal de l'arc, et incurvés vers l'intérieur de l'arc, afin de leur conférer une courbure opposée à celle de l'arc, et former un pont entre les extrémités ouvertes de l'arc. Ces bandes ou boucles de pontage ont pour objectif principal de définir des passages supplémentaires pour le liquide ainsi que des surfaces supplémentaires de contact, et de résister à la tendance des éléments à s'encastrer les uns dans les autres ( nest ). Ces structures foumissent une faible résistance à la déformation en raison de l'épaisseur relativement faible du métal qui est utilisé, ceci afin de gagner en légèreté. Ce souci de gagner en légèreté est très important car plus le poids d'un élément individuel est faible, plus la force accumulée sur les éléments se trouvant à la base d'une tour chargée ou gamie de tels éléments est faible. Par ailleurs, plus la force est faible, moins la tendance à la déformation et à l'aplatissement se manifeste. Cependant, des épaisseurs métalliques plus faibles rendent les éléments plus facilement déformables. Il existe donc un compromis inévitable entre le souhait de rendre les éléments plus légers et le souci d'obtenir néanmoins une résistance suffisante permettant de supporter la charge. Une nouvelle conception a maintenant été découverte, qui augmente grandement la résistance à la déformation des éléments de garnissage à empilement aléatoire, du type arqués. Cette conception peut s'adapter à l'un quelconque des éléments existants de garnissage, du type décrit cidessus, et produira des avantages comparables pour chacun des types connus. L'incorporation des caractéristiques de conception selon l'invention peut être réalisée avec un surcoût très faible, et en utilisant des équipements de fabrication classiques. La caractéristique de conception selon l'invention est particulièrement utile car elle autorise la réalisation de garnissages plus rigides tout en étant plus légers. Description de l'invention La présente invention concerne un élément de garnissage à empilement aléatoire, comportant un corps arqué et au moins une bande ou boucle de pontage s'étendant entre les extrémités ouvertes de l'arc du corps, ladite bande ou boucle comportant une courbure opposée à celle de l'arc du corps, de façon à définir un volume entre le corps arqué et la boucle de pontage, ledit corps comportant un embossage ménagé essentiellement sur toute la longueur de l'arc, de façon à produire une protubérance convexe dans l'espace ou le volume délimité par le corps arqué et la boucle de pontage. On préfère, pour produire une résistance supplémentaire, que la boucle de pontage soit munie d'un embossage similaire s'étendant essentiellement sur toute la longueur de la boucle. De préférence, I'embossage forme un canal correspondant sur la surface opposée de la boucle. L'embossage ménagé sur le corps peut être sous la forme d'un embossage irjouté, que l'on forme à partir dudit corps, mais plus fréquemment il se présentera sous la forme d'une déformation en forme de canal se prolongeant essentiellement sur toute la longueur de la surface convexe de l'élément formant le corps (et ainsi autour de l'arc), de manière à former un embossage protubérant sur la surface opposée (concave) du corps arqué. Le canal peut être formé vers l'intérieur de l'arc ou, de manière alternative, vers l'extérieur de l'arc. Les éléments considérés comportent le canal mis en forme vers l'intérieur de l'arc (de telle façon que la protubérance apparaît sur la surface concave du corps arqué), de telle façon que le liquide ne puisse pas être emprisonné dans la cavité. Si on le désire, on peut former plusieurs tels embossages. Le canal formé dans la boucle de pontage peut être formé dans la surface convexe ou la surface concave, et il est généralement-de très faible profondeur. La profondeur est généralement inférieure à 50 %, et de préférence inférieure à 25 %, de la largeur de la bande formant la boucle, et cette profondeur est par exemple d'environ 10 % à environ 25 % de ladite largeur. La fonction du canal est de fournir une résistance augmentée à la boucle, et une déformation excessive de la bande métallique formant la boucle peut, dans ce domaine, aboutir à un résultat contraire, en particulier lorsque l épaisseur de la bande métallique est faible. II est également possible de faire en sorte que les boucles de pontage présentent des cannelures ou rebords en supplément des canaux décrits cidessus. II est également possible d'ajouter des cannelures ou rebords aux corps afin de le renforcer encore contre la déformation. Description détaillée de l'invention En plus des caractéristiques du type canal et du type embossage décrites ci-dessus, les éléments peuvent également comprendre une ou plusieurs paires de protubérances s'étendant dans le volume compris entre le corps et la ou les boucle(s) de pontage, une extrémité de chacune des paires de protubérances étant attachée à la boucle de pontage au voisinage des extrémités opposées de celle-ci, I'emplacement et l'orientation des protubérances étant telles qu'elles sont dirigées vers et dans le volume délimité par le corps et la boude de pontage. La fonction de ces protubérances est principalement de foumir des points supplémentaires de contact dans l'élément. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les protubérances se présentent sous la forme de déflecteurs formés à partir du matériau constitutif de la boucle de pontage par découpage et déformation des parties découpées, vers l'intérieur, de telle façon que ces déflecteurs s'approchent les uns des autres mais de préférence n'entrent pas en contact les uns avec les autres. On comprendra cependant que les déflecteurs peuvent être soudés ou fixés d'une autre manière audit corps ou à la boucle de pontage. Pour des raisons de coût, un tel arrangement est généralement moins intéressant que l'emboutissage de la structure à partir d'une pièce métallique unique qui est ensuite mise en forme de manière appropriée pour donner à l'élément sa forme finale. Les déflecteurs sont dirigés l'un vers l'autre de telle façon que l'angle sous lequel ils se rencontreraient soit de préférence inférieur à 90 , cet angle étant par exemple d'environ 60 à 75". Les protubérances peuvent être réalisées à partir du matériau constitutif de l'élément arqué lui-même par découpage de la forme des protubérances dans une bande plate qui est ensuite courbée jusqu'à obtenir la configuration souhaitée, avant, ou de manière simultanée, avec la mise en forme des protubérances, par déplacement ou déformation des sections découpées par rapport au plan de l'élément arqué. On comprendra que ceci représente une approche hautement avantageuse de la fabrication de tels éléments, car elle peut être réalisée selon un processus d'emboutissage en continu, mécanisé et simple. Outre les protubérances décrites ci-dessus, les éléments arqués selon l'invention peuvent comprendre l'une quelconque des caractéristiques qui apparaissent déjà dans les éléments de garnissage de type arqué de l'art antérieur. Ces caractéristiques comprennent l'emploi d'une paire de boucles de pontage. L'élément peut également présenter d'autres protubérances du type déflecteur qui n'entrent pas en contact les unes avec les autres et ont pour simple fonction de définir de nouvelles surfaces de contact et de nouveaux chemins d'écoulement. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, L'élément comprenant le corps arqué, la boucle de pontage ou les boucles de pontage et les protubérances sont formés à partir d'une bande métallique unique par découpage de fentes appropriées dans le sens de la longueur, dans ladite bande, de telle façon que, lorsque l'on effectue la courbure selon une forme arquée, orpuisse produire les boucles de pontage par mise en forme d'au moins une bande dans le volume délimité par le corps arqué, et que des protubérances puissent être produites par mise en forme des bandes qui sont alors situées dans la ou les boucle(s) de pontage à l'intérieur du volume se trouvant entre le corps et la ou les boucle(s) de pontage. L'embossage de l'élément formant le corps, et la formation de canaux sur la ou les boucle(s) de pontage, qui caractérisent la présente invention, peuvent être formés simultanément ou en séquence. Étant donné que l'embossage de la ou des boucle(s) de pontage peut etre effectué sur la pièce non mise en forme, les embossages peuvent courir sur toute la longueur de la pièce. Ainsi, lorsque l'on met en forme l'ensemble de la pièce, I'embossage peut se développer entre les extrémités du corps, sur la ou les boucle(s) de pontage et en retour sur l'extrémité opposée dudit corps, et ceci d'une manière continue. La courbure de l'élément arqué n'a pas besoin d'être uniforme, de façon par exemple à former une section transversale perpendiculaire à l'axe de l'élément qui soit un arc ou un cercle. En fait, il est souvent souhaitable que cette section transversale présente une forme parabolique, comme cela est le cas de l'élément arqué décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n" 4,303,599. Dessins Sur le dessin annexé La Figure 1 représente une vue de face d'une première réalisation d'un élément arqué selon l'invention, la perspective se situant le long de l'axe de l'élément. La Figure 2 représente une feuille de métal montrant les lignes de découpe qui peuvent ensuite donner lieu, par mise en forme, à la fabrication de l'élément arqué représenté sur la Figure 1. Cette figure ne représente cependant pas les canaux ni les caractéristiques d'embossage qui sont apportées après que la feuille ait été découpée comme cela est représenté. La Figure 3 représente. une vue latérale de l'élément, la perspective se situant perpendiculairement à son axe. La Figure 4 représente une feuille de métal montrant les lignes de découpage qui conviennent pour la fabrication d'un élément arqué présentant une configuration particulièrement préférée. Description des modes Dréférés de réalisation La présente invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés, dont on comprendra qu'ils décrivent des modes de réalisation spécifiques et ne doivent pas être considérés comme impliquant une quelconque limitation nécessaire à la portée essentielle de l'invention. Sur la Figure 1, un élément, 1, comprend un corps arqué, 2 comportant un embossage s'étendant longitudinalement, 6 , et des extrémités, 3. Deux boucles de pontage, 4 , présentant des courbures semblables opposées à celle du corps, sont fixées à l'élément arqué, au voisinage des extrémités, 3, et couvrent l'intervalle entre ces extrémités. Ces boucles sont munies de canaux, 7 . Des protubérances, 5 , sont formées à partir de ces boucles de pontage et sont dirigées vers le volume compris entre le corps et les boucles de pontage. Des rebords, 8, sont formés sur les extrémités extérieures latérales du corps arqué. La Figure 2 représente une plaque plane dans laquelle on a déjà réalisé les lignes de découpage, qui permettront à la plaque d'être courbée et déformée en l'élément arqué représenté sur la Figure 1. La Figure 3 illustre l'élément de la Figure 1 sous la forme d'une vue latérale afin de montrer plus clairement l'embossage et les rebords qui sont des caractéristiques non limitatives selon l'invention. La Figure 4 est semblable à la Figure 2, sauf en ce. qu'elle représente la formation, dans la pièce, de canaux, 7 , qui, lorsque la pièce est mise en forme en l'élément de garnissage selon l'invention, vont courir d'une extrémité du corps jusqu'au point où les boucles de pontage rejoignent le corps arqué, puis vont courir sur la longueur des boucles de pontage, et ensuite sur l'extrémité opposée du corps arqué. Les dessins illustrent un élément selon l'invention qui comporte deux boucles de pontage, mais l'homme de métier verra aisément que l'on peut également obtenir beaucoup des avantages de ce mode de réalisation à deux boucles de pontage, tel qu'il est illustré, avec une seule boucle de pontage. Ceci est également dans le cadre de l'invention, ainsi que des modes de réalisation comportant encore davantage de boucles de pontage. Comme cela a été indiqué ci-dessus, les éléments arqués selon l'invention peuvent en outre présenter d'autres caractéristiques, du type de celles décrites dans l'art antérieur, sans sortir de la portée essentielle de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Élément de garnissage (1) à empilement aléatoire, comportant un corps arqué (2) et au moins une boucle de pontage (4) s'étendant entre les extrémités ouvertes de l'arc du corps, ladite boucle présentant une courbure opposée à celle de l'arc, de manière à définir un espace ou volume délimité par le corps arqué et la boucle de pontage, caractérisé en ce que ledit corps présente un embossage (6) fournissant une protubérance convexe qui s'étend à l'intérieur et sur essentiellement toute la longueur de l'arc du corps, et, de manière correspondante, un canal ménagé dans la surface convexe faisant face à l'extérieur du corps arqué. 2.- Élément arqué selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle de pontage présente un canal (7) qui s'étend essentiellement sur la totalité de la longueur de la boucle. 3. - Élément arqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal ménagé dans la boucle de pontage s'étend au-delà de la boucle et vers et sur les extrémités (3) du corps arqué. 4. - Élément arqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal (7) ménagé dans la boucle de pontage est formé dans la surface concave de la boucle. 5. - Élément arqué selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal ménagé dans la boucle de pontage est formé dans la surface convexe de la boucle. 6. - Élément arqué selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins une paire de protubérances (5) s'étendant depuis la boucle de pontage au voisinage de ses extrémités, et vers l'intérieur du volume ou espace délimité entre le corps et la boucle de pontage. 7. - Élément arqué selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend de plus des rebords (8) le long de ses extrémités latérales. 8. - Élément (1) de garnissage à empilement aléatoire, comportant un corps arqué (2) et au moins une boucle de pontage (4) s'étendant entre les extrémités ouvertes de l'arc du corps, ladite boucle présentant une courbure opposée à celle de l'arc, de façon à délimiter un espace ou volume compris entre le corps arqué et la boucle de pontage, caractérisé en ce que le corps présente un embossage (6) s'étendant dans l'intérieur de l'arc du corps et le long de, essentiellement, la totalité de la longueur de l'arc, formé par déformation de la surface extérieure convexe du corps arqué, vers l'intérieur, pour former un canal correspondant à l'embossage (6) formé sur la surface intérieure, et selon lequel la boucle de pontage (4) est munie d'un canal (7) formé dans la surface concave de la boucle. 9. - Élément de garnissage à empilement aléatoire selon la revendication 8, caractérisé en ce que le canal (7) ménagé dans la boucle de pontage (4) se prolonge au-delà des points auxquels la boucle de pontage rejoint le corps arqué et continue sur les extrémités de ce corps.