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"Perfectionnements aux dispositifs de oontrôle de la circulation des liquides à travers les appareils échangeurs de chaleur du type à plaques".
La présente invention concerne des moyens pour contrôler la circulation des liquides dans les appareils échangeurs de chaleur du type à plaques, et elle s'applique avantageusement aux échangeurs de chaleur à plaques du type utilisé dans la pasteurisation, la stérilisation et les traitements thermiques analogues du lait, de la bière, du cidre, des jus de fruits et liquides
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similaires.
Lorsqu'on soumet un liquide à un tel traitement thermique, le procédé habituel consiste à chauffer le liquide à la température voulue et à le maintenir à cette température ouà une autre, ou à une température contrôlée pendant un temps déterminé.
Lorsque le liquide est soumis à ce traitement thermique dans un système à circulation continue, on fait passer généralement le liquide chauffé a travers une partie de maintien de la température ou partie dite de maintien, d'où l'agent échangeur de chaleur est complètement ou partiellement détourné, et on réduit la vitesse d'écoulement du liquide en augmentant la section transversale de son passage de circulation et on établit la longueur de ce passage élargi proportionnellement à la période prescrite nécessaire au passage du liquide dans la partie de maintien précitée sans qu'il cède ou prenne des calories.
Lorsque le système de traitement thermique à circulation continue comprend des dispositifs échangeurs de chaleur à plaques, la partie de maintien est généra.lement composée d'une ou plusieurs plaques appelées "plaques de maintien" et elle est généralement placée en série avec les parties à plaques de chauffage et à plaques de refroidissement; la pratique couramment adoptée consiste à interposer la. ou les plaques de maintien entre les parties à plaques chauffantes et refroidissantes pour former un ensemble compact.
Les plaques de maintien ont la forme d'éléments creux dont la profondeur ou l'épaisseur est considérablement supérieure à celle des plaques relativement minces des plaques échangeuses et ces plaques de maintien sont de préférence construites sous forme d'éléments de charpente ou de châssis fermés par des plaques latérales sensiblement plates et fermées d'une
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manière étanche par des joints interposés entre les bords avant des châssis et les parties marginales ou lisières des plaques latérales dans lesquelles sont formées les lumières d'entrée et de sortie du liquide en traitement.
Dans les cas où les plaques de maintien sont montées entre des séries de plaques d'échange calorifique de manière à former un ensemble unitaire oomposé de parties d'échange de chaleur, les plaques de maintien sont généralement munies de passages ou canaux de transfert à travers lesquels l'agent de chauffage ou de refroidissement utilisé dans les parties d'échange de chaleur peut être transféré ou dérivé d'un côté de l'ensemble à plaques à l'autre côté sans qu'il y ait échange de chaleur avec le liquide en traitement.
Ces passages ou canaux de transfert ou de dérivation (appelés aussi bypass) sont prévus, suivant la pratique actuelle, dans des angles ou autres parties marginales et structures de plaques de maintien et d'autres parties correspondantes des plaques latérales de recouvrement, ce qui nécessite l'interposition de joints d'étanchéité entre les faces:-marginales des lumières ou passages de transfert placés en regard les uns des autres.
On a constaté plusieurs inconvénients dans la construction et l'utilisation de plaques de maintien du type décrit ci-dessus. Par exemple, comme on sait dans les milieux techniques, il est nécessaire d'introduire des chicanes intérieures dans la plaque relativement profonde ou épaisse pour permettre un réglage correct de la vitesse d'écoulement du liquide par rapport à l'épaisseur ou à la.profondeur de la plaque de maintien, afin d'éviter ainsi des Irrégularités de circulation qui seraient sérieusement nuisibles en ce qui concerne la phase de maintien
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du traitement thermique. D'autre part, l'emploi de chicanes semblables selon les formes connues peut=-.. aboutir, dans la pratique,à des difficultés de fonctionnement considérables.
De plus, la profondeur ou épa,isseur des plaques de maintien en forme de boites a pour conséquence une pression hydraulique considérable dirigée vers l'ex- térieur, de sorte que la matière déjà relativement coûteuse dont sont composées les structures de ces plaques de maintien, généralement de l'acide inoxydable ou un autre métal résistant à la corrosion,, doit être d'une épaisseur assez forte et renforcée par des supports auxiliaires intérieurs pour résister efficacement à cette pression.
En outre, l'usinage des gorges ou canaux dans lesquels les joints d'étanchéité sont logés doit être effectué avec précision si l'on veut éviter des fuites de liquide hors de la plaque ainsi que le court-circuitage du même liquide autour des chicanes; on comprendra facilement, d'après ce qui précède, que les plaques de maintien du type connu représentent une dépense considérable.
Le principal objet de la présente invention consiste à prévoir une forme nouvelle, modifiée, économique et perfectionnée de construction de plaques de maintien qui soient susceptibles d'atténuer les inconvénients indiqués ci-dessus.
Suivant la présente invention, on a, prévu une plaque de maintien ou de conservation de la température destinée à être utilisée dans un appareil échangeur de chaleur du système à plaques) cette plaque comprend un élément de carcasse intérieure et un élément de carcasse extérieure, reliés par une entretoise intermédiaire, le tout formant un cadre fermé %. section en H comportant sur chaque face un canal destiné à recevoir un dispositif
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d'étanchéité ou d'isolement avec lesquels coopèrent les plaques qui ferment les côtés du cadre.
Chaque plaque latérale est munie .de préférence.d'une ouverture transversale qui s'étend sensiblement sur toute la largeur de la plaque, ainsi que le rebord latéral qui coopère avec les éléments extérieurs du cadre pour empêcher ce dernier de se bomber.
La présente invention prévoit également un appareil échangeur de chaleur du type à plaque, comprenant une série de plaques de maintien ou de conservation de la température du type décrit ci-dessus et constituant une partie de maintien, dans laquelle les cadres et les flasques latéraux des plaques de maintien sont disposés alternativement côte à, côte.; des moyens étant prévus pour assembler et supporter réciproquement et d'une manière étanche les cadres des flasques latéraux précités. Ces moyens peuvent se composer de tringles ou barres de support qu'on enfile dans des pattes percées ou mortaisées prévues sur les extrémités supérieures et inférieures des cadres et des flasques latéraux précités.
Des dispositifs de transfert ou de court- circuit pour l'agent échangeur de chaleur peuvent être prévus sous forme, par exemple)de lumières ménagées dans . les pattes de support des cadres et flasques latéraux des plaques de maintien; ces lumières sont reliées entre elles avec interposition d'un dispositif assurant l'étan- chéité au fluide. Suivant une variante, on peut prévoir des conduites ou tuyaux à. cet effet, lesquels seraient séparés des plaques de maintien de manière à permettre le transfert de l'agent échangeur de chaleur d'un côtés à l'autre de la partie de maintien afin d'éviter un échange plus ou moins direct de calories avec le liquide que contient cette partie.
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Pour permettre une plus claire compréhension de l'invention et pour en faciliter la mise en oeuvre, un mode de réalisation particulier en sera décrit ci-après avec référence au'dessin annexé, sur lequel
La figure I représente en élévation latérale un cadre de plaque de maintien conforme à l'invention ;
La figure 2 représente la coupe agrandie d'un détail, suivant la ligne 11-11 de la figure 1, des joints d'étanchéité montés de part et d'autre de l'élément de cadre ;
La figure 3 représente en élévation latérale un des flasques latéraux conforme à l'invention, des- tinéa à fermer les cotés du cadre d'une plaque de maintien.
La figure 4 est une coupe horizontale suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ;
La figure 5 est une coupe horizontale partielle et à une échelle agrandie représentant conformément à l'invention le mode d'assemblage d'une série de plaques de retenue pendant la construction d'une partie de maintien, et la figure 6 est une élévation latérale d'un appareil échangeur de chaleur comprenant une partie de maintien construite conformément a l'invention.
Si l'on se réfère maintenant au dessin:. on voit que chaque plaque de maintien comprend un cadre dont la forme rappelle sensiblement celle d'un parallé- logramme, désigné par le chiffre de référence 10 (figure 1) et présentant des cotés latéraux et verticaux ainsi que des côtés transversaux inclinés supérieur et inférieur; ce cadre peut être fermé sur les côtés opposés au moyen de flasques latéraux 11 (figure 3) présentant sensiblement les mêmes dimensions et la même forme que le cadre 10.
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Ce dernier est constitué d'éléments intérieur et extérieur 12 et 13, respectivement, écartés l'un de l'autre et en métal résistant à la corrosion, tel que de l'acier inoxydable ; ces éléments 12 et 13 peuvent être assemblés ou fixés de toute manière appropriée ,,Par exemple par soudure par points, par soudure en filet ou par soudure à l'étain, à une entretoise centrale ou intermédiaire 14 qui peut être, par exemple, en acier doux. Les éléments 12 et 13 ont une profondeur supérieure à celle de l'entretoise relativement mince 14,de manière à former avec celle-ci une structure de cadre à section en E présentant des gorges continues qui s'étendent tout autour de/ses faces latérales.
Chacune de ces gorges est susceptible de recevoir un joint 15 (figure 2) formé d'une bande de caoutchouc ou de toute autre matière élastique ou isolante appropriée. Chaque bande ou joint d'étanchéité a une forme et des dimensions en coupe transversale telles que lorsqu'on le comprime et qu'on le déforme par l'application sur ce joint d'un flasque latéral 11, le joint précité puisse remplir effectivement la surface que présente la coupe transversale de la gorge correspondante.
Les cadres 10 et les flasques latéraux 11, ces derniers étant également construits en métal résistant à la corrosion tel que l'acier inoxydable, peuvent être assemblés suivant la manière indiquée figure 5, pour former une série de plaques de retenues placées en série cote à côte, qui constitue une partie de maintien ou élément ayant la capacité nécessaire pour assurer la vitesse réduite désirée de circulation du type dans cette section.
Chacun des flasques latéraux comporte une ouverture latérale 16 (figure 3) adjacente à un bord transversal du flasque et s'étendant sensiblement sur toute la largeur de ce dernier; on peut disposer les flasques
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/ en les retournant alternativement de manière que le li- quide passe alternativement dans des directions verti- cales contraires à travers les plaques de maintien suc- cessives sans qu'il se produise d'irrégularité dans 1''écoulement. Suivant une variante, on peut disposer les flasques latéraux de manière que les plaques de main- tien soient placées partiellement en série et partiellement en parallèle.
Des pattes 17, 18 à, encoches, prévues res- pectivement en haut et en bas de chaque cadre et de chaque flasque, facilitent l'assemblage de ceux-ci au moyen de tringles ou de barres 21 (figure 6). Les ouvertures pratiquées dans les flasques latéraux qui ferment la. face extérieure des plaques de maintien terminales dans une paxtie déterminée, sont reliées à des conduites d'admis- sion et d'échappement ou bien lorsque la, section de main- tien fait partie d'un ensemble comprenant également les parties d'échange de chaleur, des flasques terminaux com- muniquent avec les parties correspondantes d'échange de chaleur disposées de pa,rt et d'autre de la partie de maintien considérée.
Comme on le voit sur les figures 3, 4,5 les flasques latéraux comportent sur leurs lisières ver- ticales des rebords 19 permettant à ces flasques d'exer- cer un rôle de maintien en entourant fermement les côtés des cadres 10 des plaquede maintien de façon à empêcher ces côtés de s'incurver vers l'extérieur sous la, pression du liquide contenu dans les plaques de maintien. Dans la réalisation représentée, les rebords 19 s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la lisière verticale des flasques latéraux; une variante pourrait consister a réaliser ces rebords sous forme de profils interrompus lesquels, éventuellement,sont retournés dans les sens contraires.
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Lorsque, comme il a été dit plus haut, fa section de maintien fait partie d'un ensemble unitaire comprenant des parties d'échange de chaleur disposées respectivement de part et d'autre de la partie de main- tien, des moyens sont prévus pour transférer l'agent échangeur de chaleur d'un côté de la partie de maintien à l'autre côté,sans perdre ni accumuler de calories dans cette partie de maintien. Lorsqu'on utilise des plaques de maintien du type représenté sur le dessin, on peut prévoir à cet effet des tuyaux ou conduites 22, dont l'un est indiqué sur la figure 6; ces tuyaux sont dis- d'un posésà raison/à l'extérieur de chaque bord transversal incliné supérieur et inférieur des plaques de maintien et hors de contact/avec des plaques.
Cette disposition représente une facilité de construction ainsi qu'un moyen relativement simple d'obtenir des raccords exempts de fuites. Toutefo is, les tuyaux de transfert peuvent être incorporés au cadre et aux flasques latéraux des plaques de maintien par l'extension des pattes 17 et 18 comme on l'a représenté en traits mixtes sur les figures 1 et
20 3, en 17a et 18a, de manière à former des lumières/pla- cées en regard les unes des autres dans les pattes préci- tées, ces lumières étant reliées entre elles au moyen de raccords étanches au liquide.
La figure 5 représente également deux des flasques 20' d'un appareil courant à plaques pour échange calorifique, reliés à une extrémité de la partie de maintien, le flasque intérieur 20' s'adaptant ici contre le joint d'étanchéité 15 de la plaque de maintien adja- cente,tout en étant séparé du flasque suivant 20' par un joint 21'. Les flasques 20' sont munis de pattes d'at- taches à leurs bords supérieurs et inférieurs semblables à celles 17 et 18, des cadres et flasques latéraux des
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plaques de maintien.
La. figure 6 indique le mode d'assemblage que l'on peut adopter pour une partie de chauffage, suivant l'invention dans un appareil échangeur de chaleur de type connu. La partie de maintien 23 comprend une série de plaques de maintien montées sur les tringles-support supérieur et inférieur 21 entre la tête 24 et une partie 25 d'échange de chaleur,/ces parties de maintien et d'échange de chaleur étant maintenues en place par un plateau suiveur 26.
Suivant une variante, on peut couler ou former autrement les éléments 12, 13 et 14 qui constituent les cadres des plaques de maintien de manière à former un tout intégral en deux ou trois parties susceptibles d'être fixées ensemble. Par exemple, l'élément de cadre extérieur 12 et l'élément intermédiaire ou entretoise 14 peuvent être constitues par de l'acier doux tréfilé à. section en T,auquel on fixe l'élément intérieur 13 du cadre comme il a été décrit plus haut. En outre, les pattes 17, 18 peuvent être percées pour recevoir les tringles d'assemblage ou organes similaires qui supportent les plaques de maintien.
Selon une variante d'assemblage des plaques de maintien de la partie de maintien, on peut disposer deux ou plusieurs groupes de ces plaques assemblées et reliées entre elles comme il est décritplus haut, en parallèle pour les relier ensuite en série et/ou en parallèle à volonté,pour obtenir l'accroissement nécessaire de surface transversale et l'allongement du circuit d'écoulementdu liquide traité.
D'après la description qui précède, il est évident qu'en construisant des plaques de retenue ayant des cadres légers à section en H et en établissant les /-comprenant une série de plaques 20 d'échnnge de chaleur,
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flasques latéraux de manière à renforcer ces cadres pbur en empêcher la déformation, l'assemblage des plaques de maintien pour former une partie de maintien ou de conservation de la température dans un appareil échangeur de
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chaleur est considérab;èmeri:fàcilité, En outre, la construction de cadres légers de ce genre, surtout lorsqu'ils sont de construction mixte, c'est-à-dire comportant un élément intermédiaire 14 en matière moins coûteuse que les éléments 12, 13 ,,réduit ssnsiblement le prix de revient.