Brevet FR2953918A1 — publié le 20110617

La présente invention a pour objet un échangeur thermique destiné à être utilisé dans le domaine de l'agroalimentaire, notamment vinicole, afin de modifier la température de la vendange, du moût ou du vin, et plus particulièrement destiné à être utilisé en thermovinification, pour le réchauffement de la vendange. On connaît déjà des échangeurs thermiques de ce type, permettant de traiter un fluide chargé, en flux continu et de manière relativement rapide. Les échangeurs thermiques les plus connus sont ceux comprenant un conduit d'amenée de la vendange configuré en spirale, disposé dans une enceinte contenant un fluide caloporteur. Ces échangeurs thermiques présentent l'inconvénient principal d'être encombrants. On connaît aussi les échangeurs thermiques coaxiaux plus compacts, qui comportent deux conduits coaxiaux, le conduit interne, ou externe, menant un fluide caloporteur tandis que le conduit externe, ou interne, emmène la vendange, alors que des éléments, en général hélicoïdaux, sont disposés dans l'un et/ou l'autre conduit externe, afin d'imprimer au flux de vendange et/ou au flux de fluide caloporteur, un mouvement hélicoïdal favorisant les échanges. Ces échangeurs sont toutefois peu performants, car la surface d'échange est limitée, ce qui influe sur la vitesse du flux de la vendange, et donc sur la cadence du traitement. Par ailleurs les éléments qui conduisent à imprimer un mouvement au flux de vendange constituent des recoins qu'il est peu aisé de nettoyer, d'autant plus lorsqu'ils sont au contact d'un fluide chargé. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un échangeur thermique de conception simple, dont le nettoyage est aisé, et qui offre des performances d'échange supérieures à celles de échangeurs thermiques connus. L'échangeur thermique selon l'invention comporte un premier conduit parcouru, entre une entrée et une sortie, par un flux de fluide caloporteur, et un second conduit disposé à l'intérieur dudit premier conduit et parcouru, entre une entrée et une sortie, par un flux du fluide à refroidir ou à réchauffer, et il se caractérise essentiellement en ce que ledit second conduit se présente, entre son entrée et sa sortie, sous la forme d'une enceinte plus large que haute, tandis que ledit premier conduit se présente sous la forme d'un caisson muni, entre son entrée et sa sortie, de parois orientées transversalement qui d'une part entretoisent les parois supérieure et inférieure dudit caisson; qui d'autre part portent ladite enceinte qui les traverse, et maintiennent celle-ci à distance des parois dudit caisson; et qui d'autre part encore sont de dimensions transversales inférieures à celles dudit caisson, et sont décalées dans le sens transversal d'un côté ou de l'autre dudit caisson, en sorte de former des chicanes aptes à soumettre ledit flux de fluide caloporteur à un déplacement longitudinal au travers d'une succession de déplacements transversaux passant au-dessus et en dessous de ladite enceinte. Selon une caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, l'enceinte est de forme générale aplatie, et ses parois supérieure et inférieure sont planes, tandis que son épaisseur est relativement réduite par rapport à ses dimensions longitudinale et transversale. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, l'enceinte présente une forme d'ellipse à chacune des extrémités de laquelle est connectée une embouchure, l'une d'entrée et l'autre de sortie, et en ce qu'au moins l'embouchure d'entrée est reliée au corps de l'enceinte au travers d'une zone allant en s'évasant à partir de ladite embouchure. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, les embouchures de l'enceinte sont solidarisées à cette dernière de manière réversible. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, l'entrée du caisson est disposée du côté de la sortie ou de l'entrée de l'enceinte, selon que les flux de fluides doivent ou non se croiser. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, les entrée et sortie du caisson sont disposées du même côté, dans une paroi latérale longitudinale. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, les parois transversales du caisson consistent, au moins pour la plupart, en des pièces en forme de U couché, dont les deux branches délimitent un espace interne destiné au passage de l'enceinte, tandis que leur hauteur définit l'espace séparant ladite enceinte des parois supérieure et inférieure dudit caisson. L'échangeur thermique selon l'invention permet de concevoir un échangeur modulaire constitué du montage en série ou en parallèle de plusieurs échangeurs où dans le cas d'un montage en série la sortie d'un caisson est adaptée à être connectée à l'entrée d'un autre caisson, tandis que la sortie de l'enceinte de l'un est adaptée à être connectée à l'entrée de l'enceinte de l'autre. Selon une autre caractéristique additionnelle de l'échangeur thermique selon l'invention, Les avantages et les caractéristiques de l'échangeur thermique selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un échangeur thermique selon l'invention. - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'une partie du même échangeur thermique. - la figure 3 représente une vue schématique partielle en perspective du même échangeur thermique. - la figure 4 représente une vue schématique en 35 perspective d'une configuration particulière d'utilisation du même échangeur thermique. En référence à la figure 1, on peut voir qu'un échangeur thermique 1 selon l'invention comporte un caisson 2 en forme de parallélépipède rectangle, d'une longueur supérieure à la largeur, elle-même supérieure à l'épaisseur. Il comporte une paroi supérieure 20 et une paroi inférieure 21, ainsi que deux parois latérales longitudinales 22 et 23, et deux parois frontales 24. Les parois supérieure 20 et inférieure 21 sont plates de manière à permettre l'empilement du caisson 2 avec un ou plusieurs autres caissons 2, comme cela sera vu plus loin. Le caisson 2 comporte deux embouchures, 25 et 26, chacune disposée à une extrémité, piquées de préférence, mais non limitativement, dans une paroi latérale 22 et/ou 23, et/ou frontale 24, en l'occurrence toutes les deux dans la même paroi 23. Le caisson 2 est destiné à être incorporé à un circuit de circulation d'un fluide caloporteur, en y étant connecté au travers des embouchures 25 et 26. En référence également à la figure 2, on peut voir que l'échangeur thermique 1 comporte intérieurement une enceinte 3 qui traverse longitudinalement le caisson 2, et qui comporte à une extrémité une embouchure 30 et à l'autre une embouchure 31, qui peuvent consister l'une ou l'autre, en une entrée ou en une sortie, et qui traversent les parois frontales 24 du caisson 2. L'enceinte 3 comporte deux peaux plates et parallèles 32, dont une seule est visible sur la figure 2, et deux parois latérales 33 de forme convexe, donnant à l'enceinte 3 la forme globale d'une ellipse, aux extrémités de laquelle sont raccordées les embouchures 30 et 31. L'enceinte 3 présente des dimensions transversale et longitudinale relativement importantes par rapport à la hauteur des parois 3, et donc à l'épaisseur de l'enceinte 3. L'enceinte 3 est destinée à faire partie d'un circuit dans lequel circule un fluide à refroidir ou à réchauffer, en y étant connectée au travers des embouchures 30 et 31. On notera que les embouchures 30 et 31 sont solidarisées à l'enceinte 3 de manière réversible, en sorte de permettre un accès aisé à l'intérieur de l'enceinte 3 dans un but de nettoyage. Ainsi chacune des extrémités de l'enceinte 3 est solidarisable à une paroi frontale 24, du côté interne de celle-ci, tandis que les embouchures 30 et 31 sont solidarisables, par exemple par boulonnage, à une paroi 24 du côté externe de celle-ci. On peut voir également que le caisson 2 comporte intérieurement des parois transversales 27 qui relient et entretoisent les parois supérieure 20 et inférieure 21, et qui sont solidarisées en alternance aux parois latérales longitudinales 22 et 23 du caisson 2, en sorte de créer des chicanes intérieurement à ce dernier, et de générer entre les embouchures 25 et 26 un circuit que doit emprunter le fluide caloporteur. Sur la figure 3 on a représenté l'intérieur du caisson 2, sans l'enceinte 3. On peut y voir que chacune des parois transversales 27, à l'exception des deux parois 27 extrêmes, se présente sous la forme d'un U couché, dont les deux branches 28 sont séparées par un espace 29 correspondant à l'épaisseur de l'enceinte 3, en sorte de pouvoir y loger cette dernière, tandis que l'épaisseur de chacune des deux branches 28 définit l'espace qui sépare les peaux 32 des parois supérieure 30 et inférieure 31 de l'enceinte 3. On notera que du point vu fabrication tous les éléments 25 sont réalisés en acier inoxydable, et qu'ils sont solidarisés par soudage. Sur la figure 2 on peut voir que l'enceinte 3 s'étend entre les parois frontales 24 du caisson 2 et prend place dans les espaces 29 des parois 27. On peut donc comprendre qu'un 30 fluide injecté dans le caisson 2 par une embouchure 25 ou 26, ressort par l'autre embouchure, 26 ou 25, après avoir parcouru le trajet imprimé par les parois 27, c'est-à-dire en se déplaçant transversalement au-dessus et en dessous de l'enceinte 3. L'embouchure 25 ou 26 est donc destinée à l'injection d'un fluide caloporteur, tandis que dans l'enceinte 3 circule le fluide à refroidir ou à réchauffer. On comprendra que de manière avantageuse, outre le fait d'allonger le circuit emprunté par le fluide caloporteur et donc d'augmenter la durée des échanges, les parois transversales 27 assurent la reprise de charge du caisson 2, en sorte que l'épaisseur des parois 32 de l'enceinte 3 peut être réduite, ce qui favorise les échanges. Par ailleurs, la surface importante des peaux 32, par rapport au volume de l'enceinte 3, du fait de la faible épaisseur de cette dernière, constitue également un atout en matière de performance. D'autre part, la forme de l'enceinte 3, et plus particulièrement celle de la zone de transition entre l'embouchure d'entrée, 30 ou 31, et l'enceinte 3, c'est-à-dire le passage d'une zone de section ronde à une zone allant en s'évasant, génère dans l'enceinte 3 des turbulences qui créent une agitation du contenu de cette dernière, agitation qui elle aussi favorise les échanges. Avantageusement, cette agitation est obtenue alors que l'enceinte 3 demeure intérieurement lisse, c'est-à-dire sans comporter des éléments susceptibles de constituer des zones de stagnation de résidus, notamment lors du traitement de fluide chargé. On notera que, de manière optionnelle, l'enceinte 3 peut être associée à des moyens annexes d'agitation, lesquels peuvent consister, par exemple, en des moyens d'insufflement d'air, ou autre gaz, au travers de piquages, non représentés, en sorte de créer des remous supplémentaires à l'intérieur de l'enceinte 3. En pratique, le caisson 2 est alimenté en fluide caloporteur soit par l'embouchure 25, soit par l'embouchure 26, en sorte de donner un sens au flux de fluide, tandis que l'enceinte 3 est alimentée en fluide à refroidir ou à réchauffer, soit par l'embouchure 30, soit par l'embouchure 31, selon le sens à donner au flux de fluide sachant que les deux fluides peuvent se déplacer dans le même sens, ou bien se croiser. L'échangeur 1 selon l'invention est particulièrement adapté au traitement de fluides chargés, tels que de la vendange, du fait d'une part des performances en matière d'échange et de la vitesse de circulation du fluide à refroidir, et d'autre part de sa simplicité de conception, notamment de la possibilité d'accès aisé à l'intérieur de l'enceinte 3 en vue de son nettoyage. En référence maintenant à la figure 4, on peut voir un échangeur modulaire 4 constitué du montage en série de plusieurs échangeurs 1, sachant qu'il est également possible de réaliser un montage en parallèle. Les caissons 2 sont empilés les uns sur les autres, ce qui est permis par le fait que les parois supérieures 20 et inférieures 21 sont plates, les embouchures 30 et 31, de deux enceintes 3 de deux échangeurs 1 superposés, étant mises en relation par des conduits 40, tandis que les embouchures 25 et 26 des caissons 2 des mêmes échangeurs sont mises en relation au travers de conduits 41, ,ce qui est facilité par le fait que les embouchures 25 et 26 sont disposées du même côté dans la même paroi 23. Le flux de fluide à refroidir ou à réchauffer serpente ainsi de bas en haut ou de haut en bas, en passant d'un échangeur 1 à un autre, tandis que le flux de fluide caloporteur, en plus de serpenter transversalement dans chacun des caissons 2, serpente également de bas en haut ou de haut en bas, d'un échangeur 1 à une autre. Un échangeur modulaire 4 est très performant, non seulement il profite des performances individuelles de chacun des échangeurs 1, mais en plus il limite les pertes de calories du fait du regroupement des échangeurs 1. De plus cet échangeur modulaire 4 est très compact, et est modulable en fonction des besoins.35 REVENDICATIONS1) Echangeur thermique (1) comportant un premier conduit (2) parcouru, entre une entrée (25, 26) et une sortie (25, 26), par un flux de fluide caloporteur, et un second conduit (3) disposé à l'intérieur dudit premier conduit (2) et parcouru, entre une entrée (30, 31) et une sortie (30, 31), par un flux du fluide à refroidir ou à réchauffer, caractérisé en ce que ledit second conduit (3) se présente, entre son entrée et sa sortie, sous la forme d'une enceinte plus large que haute, tandis que ledit premier conduit (2) se présente sous la forme d'un caisson muni, entre son entrée (25, 26) et sa sortie (25, 26), de parois (27) orientées transversalement qui d'une part entretoisent les parois supérieure (20) et inférieure (21) dudit caisson (2); qui d'autre part portent ladite enceinte (3) qui les traverse, et qui maintiennent celle-ci à distance des parois (20, 21, 22, 23) dudit caisson (2); et qui d'autre part encore sont de dimensions transversales inférieures à celles dudit caisson (2), et sont décalées dans le sens transversal d'un côté ou de l'autre dudit caisson (2), en sorte de former des chicanes aptes à soumettre ledit flux de fluide caloporteur à un déplacement longitudinal au travers d'une succession de déplacements transversaux passant au-dessus et en dessous de ladite enceinte (3). 2) Echangeur thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (3) est de forme générale aplatie, et ses parois supérieure et inférieure (32) sont planes, tandis que son épaisseur est relativement réduite par rapport à ses dimensions longitudinale et transversale. 3) Echangeur thermique (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'enceinte présente une forme d'ellipse à chacune des extrémités de laquelle est connectée une embouchure (30, 31), l'une d'entrée et l'autre de sortie, et en ce qu'au moins l'embouchure d'entrée est reliée aucorps de l'enceinte (3) au travers d'une zone allant en s'évasant à partir de ladite embouchure (30, 31). 4) Echangeur thermique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les embouchures (30, 31) de l'enceinte (3) sont solidarisées à cette dernière de manière réversible. 5) Echangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée du caisson (2) est disposée du côté de la sortie ou de l'entrée de l'enceinte (3), selon que les flux de fluides doivent ou non se croiser. 6) Echangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrée et sortie du caisson (2) sont disposées du même côté, dans une paroi latérale longitudinale (23). 7) Echangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois transversales (27) du caisson (2) consistent, au moins pour la plupart, en des pièces en forme de U couché, dont les deux branches (28) délimitent un espace interne (29) destiné au passage de l'enceinte (3), tandis que leur hauteur définit l'espace séparant ladite enceinte des parois supérieure et inférieure dudit caisson. 8) Echangeur thermique modulaire caractérisé en ce qu'il est constitué du montage (4) en série ou en parallèle de plusieurs échangeurs thermiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, la sortie d'un caisson (2) étant, dans le cas d'un montage en série, adaptée à être connectée à l'entrée d'un autre caisson(2), tandis que la sortie de l'enceinte (3) de l'un est adaptée à être connectée à l'entrée de l'enceinte (3) de l'autre.