Brevet FR2827526A1 — publié le 20030124

La présente invention concerne une bande d'interface en matière en feuille, notamment en tôle, pour bande ondulée de garnissage d'un module de garnissage ondulé-croisé, cette bande de garnissage présentant une ondulation d'orientation générale inclinée par rapport à une direction générale de circulation de fluide. On entend par garnissage un dispositif destiné au mélange d'une phase et/ou à la mise en contact de plusieurs phases circulant à co-courant ou à contre-courant. Dans le garnissage peut en particulier se produire un échange de chaleur et/ou de matière et/ou une réaction chimique. Une application particulière de l'invention réside dans les colonnes séparant de mélanges gazeux, notamment les colonnes de distillation d'air. On connaît dans l'état de la technique des installations de distillation d'air comprenant des modules de garnissage ondulé-croisé, également appelés packs . Les modules comprennent des tôles ondulées disposées parallèlement, tôles dont les ondulations sont obliques par rapport à une direction générale de circulation de fluide dans l'installation, et inclinées alternativement, généralement croisées de 900, d'une tôle à l'autre. Les modules de garnissage sont enfilés dans la colonne de distillation de façon à ce que les tôles d'un module sont décalées angulairement par rapport aux tôles d'un module adjacent autour de l'axe de la colonne, généralement de 900 d'un module à l'autre. Pendant l'utilisation, le gaz est contraint de changer de direction selon un tel angle pour passer d'un module à l'autre, avec une perte de charge correspondante à cet emplacement. Cette perte de charge provoque une accumulation de liquide dans la zone inférieure du module supérieur et un engorgement de la colonne à cet emplacement, tandis que la partie centrale des modules n'a pas encore atteint son point d'engorgement. Ce phénomène diminue la capacité de traitement de la colonne. Afin de réduire cet effet, on a proposé dans l'état de la technique des modules de garnissage ayant une zone d'interface structurée. Un tel module de garnissage est décrit par exemple dans le WO-A-97/16 247. Dans ce module, les bandes de garnissage comprennent des ondulations à sommets courbes qui s'étendent, sur le bord faisant face à un module adjacent, parallèlement à l'axe de circulation général du fluide. Ces ondulations courbes raccordent ce bord de la bande aux ondulations se trouvant vers le milieu du module, lesquelles s'étendent obliquement par rapport à la direction générale de circulation. Les bandes de garnissage décrites dans le WO-A précité sont fabriquées à partir d'une tôle et d'un seul tenant. De telles bandes sont difficiles à fabriquer étant donné qu'elles nécessitent de grandes énergies de déformation et des outils spécialisés. L'invention a pour but de proposer un module de garnissage à faible perte de charge qui soit facile à fabriquer. A cet effet, l'invention a pour objet une bande d'interface du type précité, caractérisée en ce que la bande d'interface comporte une zone de raccordement comportant une ondulation complémentaire de l'ondulation de la bande de garnissage, et une zone d'interface qui se raccorde à la zone de raccordement, cette zone d'interface présentant une ondulation dont la direction change de l'inclinaison de l'ondulation de la bande de garnissage sensiblement à la direction générale de circulation de fluide. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les ondulations de la zone d'interface s'étendent parallèlement à la direction générale de circulation de fluide sur le bord opposé à la zone de raccordement ; - la bande comporte une perforation ; - le bord opposé à la zone de raccordement est tourné vers le bas, à l'état monté, et ce bord est crénelé ; - le rayon de courbure des sommets des ondulations de la bande d'interface est environ trois fois le diamètre hydraulique des canaux formés par l'ondulation ; - la bande comporte une encoche d'égalisation ménagée dans chaque sommet de la zone de raccordement qui s'applique contre un sommet convexe de l'ondulation de la bande de garnissage, à l'état monté ; et - la bande comporte un relief d'égalisation en creux embouti ménagé dans chaque sommet de la zone de raccordement qui s'applique contre un sommet concave de l'ondulation de la bande de garnissage à l'état monté. L'invention a en outre pour objet un garnissage pour un appareil de traitement de fluide (s), notamment pour colonne de distillation cryogénique, ce garnissage comportant au moins deux modules de garnissage ondulé-croisé ayant des orientations différentes, notamment décalées angulairement de 900, et deux empilements de bandes d'interface tels que définis plus haut étant prévus respectivement sur le bord inférieur du module de garnissage supérieur et sur le bord supérieur du module de garnissage inférieur. L'invention a encore pour objet un appareil de traitement de fluide (s), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module de garnissage comportant des bandes ondulées de garnissage, munies chacune d'une bande d'interface telle que définie plus haut. Selon des modes particuliers de réalisation, l'appareil peut comporter les caractéristiques suivantes : - les bandes ondulées de garnissage sont décalées angulairement autour de l'axe central de l'appareil par rapport à celles des modules de garnissage adjacents ; et - l'appareil constitue une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur, notamment de séparation d'un mélange de gaz et en particulier une colonne de distillation d'air. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une colonne comprenant des modules selon l'invention ; - la Figure 2 représente le détail II de la Figure 1 à plus grande échelle ; - la Figure 3 est une vue en perspective d'une bande de garnissage et d'une bande d'interface selon l'invention. Sur la Figure 1, on a représente une colonne d'échange de matière 2 à axe général vertical X-X. La colonne 2 comprend, à son extrémité supérieure 4, une entrée de liquide 6 ainsi qu'une sortie de vapeur 8. A son extrémité inférieure 10, elle comprend une entrée de vapeur 12 et une sortie de liquide 14. Une pluralité de modules de garnissage 16 est disposée dans une virole V de la colonne 2. Un support 18 maintient les modules de garnissage 16. Chaque module de garnissage 16 comprend une multitude de bandes ondulées de garnissage 20 comprenant chacune des ondulations parallèles 22, ici à section triangulaire (voir Figure 3). Les bandes sont disposées chacune parallèlement à une direction générale D de circulation des fluides dans la colonne 2, à savoir verticalement, et les unes contre les autres. Ces ondulations 22 s'étendent obliquement par rapport à l'axe vertical de la colonne 2 et définissent des canaux 23 de section transversale triangulaire. Les canaux sont ouverts sur un côté et fermés sur deux côtés. Les ondulations 22 d'une bande sont décalées angulairement de 900 par rapport aux ondulations 22 des bandes voisines, c'est-à-dire qu'elle sont inclinées alternativement à 450 dans un sens et dans l'autre d'une bande 20 à l'autre. Les bandes 20 ondulées du module de garnissage 16 comportent chacune sur leurs parties supérieure et inférieure, faisant face à un module de garnissage 16 adjacent, une bande d'interface 30, par exemple en tôle. La bande d'interface 30 comporte une zone de raccordement 32 comportant une ondulation 31 complémentaire de l'ondulation 22 de la bande de garnissage 20. En outre, elle comporte une zone d'interface 34 qui se raccorde à la zone de raccordement 32, cette zone d'interface 34 présentant une ondulation 36 de même forme et de même pas que l'ondulation 31 et dont la direction change de l'inclinaison de l'ondulation 31 à la direction générale de circulation des fluides D. En se référant aux Figures 2 et 3, on voit que la bande d'interface 30 comporte aux sommets de l'ondulation 31 des encoches d'égalisation 40 afin d'éviter une surépaisseur par rapport à la bande ondulée de garnissage 20. Les encoches 40 assurent que les extrémités des sommets 41 de l'ondulation 22 de la bande de garnissage 20 adjacente s'appliquent au fond des encoches 40, et que ces sommets 41 prolongent les sommets de l'ondulation 31 de la bande d'interface 30. Chaque encoche d'égalisation 40 s'étend ainsi, à l'état monté, du bord 42 de la bande d'interface 30 tourné vers la bande de garnissage 20 jusqu'au bord d'extrémité 44 de cette dernière. Les modules de garnissage 16 sont cerclés d'une bande de cerclage 45 en tôle qui maintient les bandes de garnissage 20 et les bandes d'interface 30 par serrage. La bande d'interface ainsi que les bandes de garnissage 20 peuvent être munies d'une perforation. Les bords inférieurs 46 des bandes d'interface 30 inférieures sont crénelées afin de créer des points bas qui aident à la formation de gouttes de liquide et évitent ainsi que le liquide soit collecté par capillarité sur le bord inférieur 46 de ces bandes d'interface 30. Il est à noter que le rayon de courbure des plis des bandes d'interface 30 est de l'ordre de trois fois le diamètre hydraulique d'un des canaux 23. Les modules de garnissage 16 comprenant des bandes d'interface selon l'invention sont fabriqués de la façon suivante : Tout d'abord, on fabrique en continu les bandes d'interface 30 à partir d'une bande en tôle plate en utilisant un outil de pliage coudé classique. Puis on découpe les encoches d'égalisation 40 dans la bande d'interface ondulée. Pour la bande de garnissage 20, on peut utiliser une tôle ondulée de garnissage classique. Ensuite, on découpe des segments de bandes d'interface 30 et de bandes de garnissage 20 aux longueurs nécessaires pour réaliser le module de garnissage 16. Ensuite, on emboîte les bandes d'interface 30 sur les deux côtés de la bande de garnissage 20, pour les modules de garnissage 16 disposés entre deux modules de garnissage adjacents, supérieurs et inférieurs respectivement, à l'état monté. Afin de créer un module de garnissage 16 d'extrémité, on emboîte la bande d'interface 30 seulement sur un côté de la bande de garnissage 20. Puis on empile les ensembles bandes d'interface 30/bandes de garnissage 20, et on entoure l'ensemble par une bande de cerclage 45 de façon classique. On constate que la fabrication du module d'interface 16 peut être effectuée à une cadence élevée grâce à la fabrication en continu de la bande d'interface 30. En outre, étant donné qu'on peut utiliser une tôle de garnissage standard pour la partie médiane de chaque module de garnissage 16, celui-ci est peu coûteux. En variante, c'est la bande de garnissage 20 qui peut être munie des évidements d'égalisation aux emplacements qui coopèrent avec la bande d'interface 30. En variante encore, les encoches 40 peuvent être remplacées par des reliefs en creux emboutis prévus dans la bande 20 ou 30 qui est recouverte par l'autre. REVENDICATIONS 1. Bande d'interface en matière en feuille, notamment en tôle, pour bande ondulée de garnissage (20) d'un module de garnissage ondulé-croisé (16), cette bande de garnissage (20) présentant une ondulation (22) d'orientation générale inclinée par rapport à une direction générale (D) de circulation de fluide, caractérisée en ce que la bande d'interface (30) comporte une zone de raccordement (32) comportant une ondulation complémentaire de l'ondulation (22) de la bande de garnissage (20), et une zone d'interface (34) qui se raccorde à la zone de raccordement (32), cette zone d'interface (34) présentant une ondulation (36) dont la direction change de l'inclinaison de l'ondulation (22) de la bande de garnissage sensiblement à la direction générale (D) de circulation de fluide. 2. Bande d'interface selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ondulations (36) de la zone d'interface (34) s'étendent parallèlement à la direction générale (D) de circulation de fluide sur le bord opposé à la zone de raccordement (32). 3. Bande d'interface selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une perforation. 4. Bande d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le bord opposé à la zone de raccordement (32) est tourné vers le bas, à l'état monté, et en ce que ce bord est crénelé (46). 5. Bande d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure des sommets des ondulations (31, 36) de la bande d'interface est environ trois fois le diamètre hydraulique des canaux (23) formés par l'ondulation (22). 6. Bande d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une encoche d'égalisation (40) ménagée dans chaque sommet de la zone de raccordement (32) qui s'applique contre un sommet convexe (41) de l'ondulation (22) de la bande de garnissage (20), à l'état monté. 7. Bande d'interface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un relief d'égalisation en creux embouti ménagé dans chaque sommet de la zone de raccordement (32) qui s'applique contre un sommet concave de l'ondulation (22) de la bande de garnissage (20) à l'état monté. 8. Garnissage pour un appareil de traitement de fluide (s), notamment pour colonne de distillation cryogénique, ce garnissage comportant au moins deux modules de garnissage ondulé-croisé (16) ayant des orientations différentes, notamment décalées angulairement de 900, et deux empilements de bandes d'interface (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 étant prévus respectivement sur le bord inférieur du module de garnissage (16) supérieur et sur le bord supérieur du module de garnissage (16) inférieur. 9. Appareil de traitement de fluide (s), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module de garnissage (16) comportant des bandes ondulées de garnissage (20), munies chacune d'une bande d'interface (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les bandes ondulées de garnissage (20) sont décalées angulairement autour de l'axe central (X-X) de l'appareil (2) par rapport à celles des modules de garnissage (16) adjacents. Il. Appareil suivant la revendication 10 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'il constitue une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur, notamment de séparation d'un mélange de gaz et en particulier une colonne de distillation d'air.