Brevet FR2872269A1 — publié le 20051230

La présente revendication concerne le domaine technique de la production de froid mettant en oeuvre au moins un échangeur de chaleur entre un fluide à refroidir ou frigoporteur et un fluide frigorigène circulant dans une ou plusieurs unités à refroidir de toutes natures. La présente invention concerne plus précisément l'échange de chaleur indirect entre, d'une part, un fluide frigorigène ou réfrigérant en cours de vaporisation et, d'autre part, un fluide à refroidir en limite de solidification, tel qu'un fluide comprenant deux phases d'un même corps en équilibre de fusion, c'est-à-dire comprenant une phase liquide et une phase solide, telle que par exemple de l'eau additionnée d'un agent antigel comme du sel, de l'alcool, du monoéthylène-glycol ou du monopropylène-glycol de sorte que le point de cristallisation soit inférieur à 0 C. Dans l'état de la technique, il est connu de nombreuses formes de réalisation de machines de production de froid mettant en oeuvre un fluide à refroidir diphasique consistant en un mélange homogène de phases liquide et solide. Par exemple, le brevet EP 0 257 936 décrit une machine de production de froid comprenant un dispositif d'échange de chaleur, formé d'une série d'échangeurs du type à plaques. Chaque échangeur comporte au moins une paroi d'échange thermique entre le fluide frigorigène et le fluide à refroidir, circulant chacun dans des circuits indépendants. Chaque paroi d'échange thermique présente, d'un côté, une première surface dite chaude en contact avec le fluide à refroidir et, de l'autre côté, une deuxième surface dite froide en contact avec le fluide frigorigène. Afin d'éviter le dépôt d'une couche solide du fluide à refroidir, sur la première surface de la paroi d'échange, une lame racleuse agissant comme un moyen mécanique antagoniste au dépôt de cette couche solide est déplacé en rotation en relation de cette première surface. Cette lame possède une forme en dents de scie, complémentaire de la première surface de la paroi d'échange conformée avec des ondulations. En pratique, les fabrications de la lame de raclage et de la première surface de la paroi d'échange s'avèrent délicates à réaliser tout en présentant un coût prohibitif. De plus, dans la mesure où la lame de raclage est montée sur un système de rappel à ressort, une couche solide est à même de subsister sur la surface de la paroi d'échange. Cet effet de raclage est d'autant diminué qu'il apparaît un dépôt solide également sur la lame de raclage. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncées cidessus en proposant un dispositif d'échange de chaleur présentant une conception simple et un coût de fabrication réduit, tout en étant conçu de manière à éviter la formation d'une couche solide, d'une part, sur la surface de la paroi d'échange thermique en contact avec le fluide et, d'autre part, sur le moyen antagoniste au dépôt d'une telle couche solide. Pour atteindre un tel objectif, le dispositif d'échange de chaleur entre d'une part un fluide frigorigène et, d'autre part, un fluide à refroidir, comporte: au moins une paroi d'échange thermique entre le fluide frigorigène et le fluide à refroidir circulant chacun dans des circuits indépendants, la paroi d'échange thermique présentant d'un côté, une surface dite chaude en contact avec le fluide à refroidir et de l'autre côté, une surface dite froide en contact avec le fluide frigorigène, au moins un système mécanique antagoniste au dépôt sur la surface chaude de la paroi d'échange, d'une couche solide du fluide à refroidir, un tel système mécanique comportant au moins un moyen antagoniste au dépôt apte à être déplacé en rotation en relation de la surface chaude. Selon l'invention: É le moyen antagoniste au dépôt est constitué par un moyen de frottement comportant une surface plane s'étendant parallèlement à la surface chaude de la paroi d'échange et présentant une conductivité thermique telle que le rapport des conductivités thermiques dudit moyen de frottement sur la surface chaude est supérieur ou égal à 3, et de préférence compris entre 20 et 50, É le système mécanique comporte des moyens de support du moyen de frottement, adaptés pour que ce dernier frotte sur la surface chaude de la paroi d'échange, par l'intermédiaire de sa surface plane. 30 Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, la surface plane du moyen de frottement possède une largeur comprise entre 30 et 120 mm et de préférence de l'ordre sensiblement de 40 mm. Selon une première variante de réalisation, le moyen de frottement est constitué par un bras d'essuyage présentant la surface plane délimitée par au moins un bord biseauté, et monté en rotation autour d'un rotor en étant sollicité par des moyens de pression pour constituer le système mécanique. Selon cette variante de réalisation, le bras d'essuyage présente une surface plane de frottement réalisé dans un matériau présentant un coefficient de frottement 10 compris entre 0,01 et 0,3. Selon une autre variante de réalisation, le moyen de frottement comporte une surface plane constituée par un matériau spongieux absorbant pour le fluide à refroidir, de manière à retenir une couche solide du fluide à refroidir destinée à frotter sur la surface chaude de la paroi d'échange. Selon cette variante, le système mécanique comporte un bras monté en rotation autour d'un rotor, et équipé d'un moyen absorbant. D'une manière avantageuse, le bras ou le moyen d'essuyage est monté en rotation autour d'un axe s'étendant sensiblement perpendiculairement à la paroi d'échange thermique qui s'étend dans un plan. De préférence, le dispositif d'échange de chaleur comporte au moins une deuxième paroi d'échange thermique. Avantageusement, les parois d'échange thermique sont constituées par au moins une paire de disques qui s'étendent à distance l'un de l'autre en étant fermés à leur périphérie pour constituer une enceinte faisant partie du circuit de circulation pour le fluide à refroidir. Un autre objet de l'invention vise une machine de production de froid comportant au moins un dispositif d'échange de chaleur conforme à l'invention. Un autre objet de l'invention vise à proposer un procédé pour s'opposer au dépôt d'une couche solide d'un fluide à refroidir susceptible d'apparaître sur une surface dite chaude en contact avec le fluide et s'étendant d'un côté d'une paroi d'échange thermique entre le fluide à refroidir et un fluide frigorigène, l'autre côté de la paroi d'échange thermique présentant une surface dite froide en contact avec le fluide frigorigène. Le procédé selon l'invention vise à assurer un essuyage de la surface chaude à l'aide d'un moyen de frottement comportant une surface plane frottant sur ladite surface chaude, le rapport des conductivités thermiques dudit moyen de frottement sur la surface chaude étant supérieur ou égal à 3, et de préférence compris entre 20 et 50. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 est une demi-vue partielle en perspective d'une machine de production de froid conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en perspective montrant un détail caractéristique faisant partie de l'objet de l'invention. La figure 3 est une vue en bout du dispositif illustré à la figure 2. Tel que cela ressort plus précisément de la figure 1, l'objet de l'invention concerne une machine 1, permettant de produire du froid et comportant au moins un, et d'une manière générale, une série de dispositifs d'échange de chaleur 2 permettant d'échanger indirectement de la chaleur entre, d'une part, un fluide frigorigène 3, par exemple de l'ammoniaque en cours de vaporisation et, d'autre part, un fluide à refroidir 4 en limite de solidification tel que par exemple de l'eau dont le point de congélation a été abaissé. Le fluide frigorigène 3 et le fluide à refroidir 4 circulent chacun dans des circuits indépendants, non représentés dans leur totalité. Il doit être considéré que l'objet de l'invention vise plus précisément le dispositif d'échange de chaleur 2 faisant partie d'une machine de production de froid qui ne sera pas décrite plus précisément dans la mesure où sa constitution fait partie des connaissances techniques classiques. Dans l'exemple illustré sur les dessins, la machine de production de froid comporte une série de dispositifs d'échange de chaleur 2 empilés les uns sur les autres en présentant chacun une forme circulaire. Bien entendu, l'objet de l'invention s'applique à différentes formes de réalisation de dispositifs d'échange de chaleur. Chaque dispositif d'échange de chaleur 2 comporte au moins une paroi d'échange thermique 6 entre le fluide frigorigène 3 et le fluide à refroidir 4. Cette paroi d'échange thermique 6 présente, d'un côté, une première surface 7 dite chaude, en contact avec le fluide à refroidir 4 et, de l'autre côté, une deuxième surface 8 dite froide, en contact avec le fluide frigorigène 3. Chaque dispositif d'échange de chaleur 2 comporte également au moins un système mécanique 10 antagoniste au dépôt, sur la première surface 7, d'une couche solide du fluide à refroidir 4. Un tel système mécanique 10 comporte au moins un moyen 11, antagonisme au dépôt d'une couche solide, apte à être déplacé, en rotation en relation de la surface chaude 7. Conformément à l'invention, le moyen antagonisme au dépôt 11 est constitué par un moyen de frottement comportant, tel que cela ressort plus précisément des figures 2, 3, une surface plane 12 s'étendant parallèlement à la surface chaude 7 de la paroi d'échange. Il doit être compris que la surface plane 12 présente des dimensions suffisantes et adaptées pour assurer une fonction de frottement sur la surface chaude 7. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, la surface plane 12 qui frotte sur la surface chaude 7 possède une largeur comprise entre 30 et 120 mm et de préférence de l'ordre sensiblement de 40 mm. Bien entendu, la surface plane 12 est réalisée de manière qu'au cours de son déplacement, elle puisse frotter sur la totalité de la surface chaude 7, comme cela sera expliqué dans la suite de la description. Conformément à l'invention, ce moyen de frottement 11 présente une conductivité thermique telle que le rapport des conductivités thermiques du moyen de frottement 11 sur la surface chaude 7 est supérieur ou égal à 3, et de préférence, compris entre 20 et 50 et avantageusement sensiblement égal à 40. Pour atteindre un tel rapport de conductivité thermique, il peut être prévu d'utiliser, en tant que matériau constitutif du moyen de frottement 11 et de la surface chaude 7, par exemple, respectivement du PEHD 500 (Polyéthylène Haute Densité) et de l'inox. Dans l'exemple de réalisation illustré plus particulièrement sur les figures 2 et 3, le moyen de frottement 11 est constitué par un bras d'essuyage présentant deux branches alignées, reliées à un corps central 15 servant au montage d'un moyen 16 d'entraînement en rotation du bras d'essuyage. Dans l'exemple illustré, le corps central 15 est pourvu, en tant que moyen d'entraînement 16, d'un alésage prismatique permettant le passage d'un arbre de sortie 17 d'un moteur 18 de tout type connu. L'axe de sortie 17 s'étend ainsi perpendiculairement au bras d'essuyage 11, c'est-à-dire aussi à la paroi d'échange thermique 6 dont la surface chaude 7 est de forme circulaire. Le bras d'essuyage présente une longueur sensiblement égale au diamètre de la surface chaude 7 de manière à frotter sur la totalité de cette surface chaude, en raison de son entraînement en rotation. Dans l'exemple illustré, le bras d'essuyage 11 présente une surface plane 12 délimitée par au moins un bord biseauté 21 et, de préférence, par deux bords biseautés s'étendant en symétrie miroir par rapport à l'axe longitudinal d'extension du bras d'essuyage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bras d'essuyage 11 présente une surface plane de frottement réalisée dans un matériau présentant un coefficient de frottement compris entre 0,01 et 0,3. Par exemple, un tel moyen d'essuyage est réalisé en PEHD 500. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système mécanique 10 comporte des moyens de support du moyen de frottement 11, adapté afin que ce dernier frotte sur la surface chaude 7 de la paroi d'échange par l'intermédiaire de sa surface plane 12. Dans l'exemple illustré, le système mécanique 10 comporte des moyens de pression 23 pelinettant d'assurer le frottement du bras d'essuyage sur la surface chaude 7. Selon une caractéristique préférée de réalisation, la machine de production de froid conforme à l'invention comporte un nombre pair de dispositifs d'échange de chaleur 2, dont les parois d'échange thermique 6 sont placées de manière superposée, les unes par rapport aux autres, de sorte que deux surfaces chaudes 7, placées en vis-à-vis, se trouvent pourvues de moyens de frottement 11 qui se trouvent en appui sur les dites surfaces chaudes 7, à l'aide de moyens de pression 23 communs. Dans l'exemple illustré, deux bras d'essuyage 11 voisins sont maintenus à l'aide de moyens de pression 23 constitués par des ressorts montés chacun autour d'une tige de liaison 26 montée entre les deux bras d'essuyage voisins 11. Selon cette forme de réalisation, chaque dispositif d'échange de chaleur 2 comporte deux parois d'échange thermique 6 disposées à proximité l'une de l'autre de manière à délimiter une enceinte fermée de circulation pour le fluide à refroidir 4. De même, il peut-être prévu de disposer à proximité l'une de l'autre, deux parois d'échange thermique 6 de manière à délimiter entre les surfaces dites froides 8 desdites parois, une enceinte fermée pour le fluide frigorigène 3. Selon une autre forme de réalisation, la surface plane 12 du moyen de frottement 11 peut être constitué par un matériau spongieux absorbant pour le fluide à refroidir 4. Un tel matériau spongieux absorbant permet de retenir une couche solide du fluide à refroidir 4. Cette couche solide frotte ainsi sur la. surface chaude 7 de la paroi d'échange permettant d'éviter le dépôt d'une couche solide sur la surface chaude 7. Un tel moyen absorbant peut être monté sur un bras identique à celui décrit en relation des figures 1 à 3. Il ressort de la description qui précède que l'objet de l'invention vise à décrire un nouveau procédé pour s'opposer au dépôt d'une couche solide d'un fluide à refroidir sur la surface chaude de la paroi d'échange thermique. Un tel procédé vise à assurer un essuyage de la surface chaude à l'aide d'un moyen de frottement présentant une surface plane, dont la conductivité thermique peiniet d'éviter le dépôt d'une couche solide aussi bien sur la surface chaude que sur le moyen de frottement. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'échange de chaleur entre d'une part, un fluide frigorigène et, d'autre part, un fluide à refroidir, le dispositif d'échange de chaleur comportant: au moins une paroi d'échange thermique (6) entre le fluide frigorigène (3) et le fluide à refroidir (4) circulant chacun dans des circuits indépendants, la paroi d'échange thermique présentant d'un côté, une surface (7) dite chaude en contact avec le fluide à refroidir et de l'autre côté, une surface (8) dite froide en contact avec le fluide frigorigène, au moins un système mécanique (10) antagoniste au dépôt sur la surface chaude de la paroi d'échange, d'une couche solide du fluide à refroidir, un tel système mécanique comportant au moins un moyen antagoniste au dépôt apte à être déplacé en rotation en relation de la surface chaude, caractérisé en ce que: É le moyen antagoniste au dépôt est constitué par un moyen de frottement (11) comportant une surface plane (12) s'étendant parallèlement à la surface chaude de la paroi d'échange et présentant une conductivité thermique telle que le rapport des conductivités thermiques dudit moyen de frottement sur la surface chaude est supérieur ou égal à 3, et de préférence compris entre 20 et 50, É le système mécanique (10) comporte des moyens de support du moyen de frottement, adaptés pour que ce dernier frotte sur la surface chaude de la paroi d'échange, par l'intermédiaire de sa surface plane. 2- Dispositif d'échange selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface plane (12) du moyen de frottement possède une largeur comprise entre 30 et 120 mm et de préférence de l'ordre sensiblement de 40 mm. 3- Dispositif d'échange selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de frottement (11) est constitué par un bras d'essuyage présentant la surface plane (12), délimitée par au moins un bord biseauté (21), et monté en rotation autour d'un rotor (17) en étant sollicité par des moyens de pression (23) pour constituer le système mécanique. 4- Dispositif d'échange selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bras d'essuyage (11) présente une surface plane de frottement réalisé dans un matériau présentant un coefficient de frottement compris entre 0, 01 et 0,3. 5- Dispositif d'échange selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de frottement (11) comporte une surface plane (12) constitué par un matériau spongieux absorbant pour le fluide à refroidir, de manière à retenir une couche solide du fluide à refroidir destinée frotter sur la surface chaude de la paroi d'échange. 6- Dispositif d'échange selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le système mécanique (10) comporte un bras monté en rotation autour d'un rotor, et équipé d'un moyen absorbant. 7- Dispositif d'échange selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que le bras est monté en rotation autour d'un axe (17) s'étendant sensiblement perpendiculairement à la paroi d'échange thermique (6) qui s'étend dans un plan. 8- Dispositif d'échange selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième paroi d'échange theituique (6). 9- Dispositif d'échange selon la revendication 8, caractérisé en ce que les parois d'échange thermique (6) sont constituées par des disques s'étendant à distance l'un de l'autre en étant fermés à leur périphérie pour constituer une enceinte faisant partie du circuit de circulation pour le fluide à refroidir. 10- Machine de production de froid caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif d'échange de chaleur (2) conforme à l'une des revendications 1 à 9. 11- Procédé pour s'opposer au dépôt d'une couche solide d'un fluide à refroidir susceptible d'apparaître sur une surface dite chaude (7) en contact avec le fluide et s'étendant d'un côté d'une paroi d'échange theiutique (6) entre le fluide à refroidir et un fluide frigorigène, l'autre côté de la paroi d'échange thermique présentant une surface dite froide (8) en contact avec le fluide frigorigène, caractérisé en ce qu'on assure un essuyage de la surface chaude à l'aide d'un moyen de frottement (11) comportant une surface plane (12) frottant sur ladite surface chaude, dont la conductivité thermique est telle que le rapport des conductivités thermiques dudit moyen de frottement sur la surface chaude est supérieur ou égal à 3, et de préférence compris entre 20 et 50.