Appareil de traitement à échange de chaleur. La présente invention concerne un appa reil de traitement à échange de chaleur, con venant, par exemple, au traitement thermi que de liquides, tels que du lait OU autres li quides alimentaires, par voie de chauffage ou de refroidissement.
L'appareil suivant l'in vention comporte un récipient servant à rece voir les matières à traiter, une pluralité de conduits superposés contenus dans ce réci pient, servant à recevoir un fluide de traite ment et comprenant des têtes d'admission et des têtes de sortie de ce fluide, et il est carac- térisé par des passages de communication des têtes de sortie entre elles pour la décharge du fluide, en combinaison avec des soupapes au tomatiques empêchant tout mouvement de re tour de fluide par ces passages.
Dans le dessin annexé, donné à titre d'exemple: La fig. 1 est une coupe verticale partielle d'une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention; La fig. 2 est une coupe horizontale du ré cipient représentant -la forme des conduits qu'il contient; La fig. 3 est une coupe verticale à plus grande échelle par les têtes des conduits, sui vant la ligne 31-3a de la fig. 2;
La fig. 4 est une coupe horizontale de dé tail suivant la ligne 4a-4a de la fig. 3; La fig. 5 est une coupe horizontale sui vant la ligne 51-5a de la fig. 3; La fig. 6 est une coupe verticale partielle représentant une autre forme d'exécution de l'appareil; La fig. 7 en est une coupe horizontale; La fig. 8 est une coupe verticale partielle suivant la ligne 88-8a de la fig. 7;
La fig. 9 est une coupe horizontale de dé tail suivant la ligne 98-9a de la fig. 8; La fig. 10 est une coupe horizontale de détail suivant approximativement la ligne 108-10a de la fig. 8; La fig. 11 et une coupe horizontale sui vant la ligne 118-11a de la fi--. 8. L'appareil représenté aux fig. 1 à 5 est .destiné, par exemple, à la pasteurisation du lait.
Il comporte un récipient servant à rece voir le lait à traiter et à l'intérieur du réci pient, une série de conduits servant à recevoir un fluide de chauffage, tel que de la vapeur, et qui sont disposés de façon à permettre l'utilisation de volumes variables du fluide tels qu'ils peuvent être exigés pour les quantités différentes de liquide à traiter dans chaque cas, l'aire de la surface de chauffe en jeu devant être proportionnelle à la quantité de liquide à traiter.
Les conduits sont superposés les uns aux autres dans le récipient et comprennent, cha cun, deux sections, chacune à deux tubes pa rallèles disposées, comme on le verra plus loin, de façon à pouvoir être montées ou dé montées facilement, de sorte qu'en cas de ré paration, elles peuvent être facilement reti rées moyennant une courte interruption dans le fonctionnement de l'appareil et relative ment à peu de frais.
Dans la forme d'exécution des fig. 1 à 5, on a prévu trois de ces conduits superposés, mais il est entendu que leur nombre peut être augmenté si on le désire, et que leur position dans le récipient peut varier dans une cer taine mesure. Les sections de chaque conduit sont dirigées en sens opposés par rapport à un plan vertical médian de récipient et s'ont si tuées à, des niveaux différents, comme on peut le voir à la fig. 1.
Elles se raccordent chacune à des têtes, comme le montre la fig. 3 l'une servant de tête d'admission et l'autre de tête de sortie. La tête d'admission de chaque section de conduit est surélevée par rapport à la tête de sortie de la même section, de manière à assurer l'écoulement convenable du fluide de chauffage, les têtes d'un côté étant superposées les unes aux autres, comme le sont aussi les têtes de l'autre côté. En outre, les têtes supérieure et inférieure de chaque conduit du côté gauche ou côté d'admission, comme le montre la fig. 3,
sont en communi- eation permanente, de sorte que le fluide de chauffage, quand il entre dans le conduit, s'écoule dans des directions opposées vers les têtes aux autres extrémités des sections qui sont aussi en communication entre elles.
Ce pendant, la paroi du bas de la tête de sortie de chaque section inférieure d'un conduit donné est disposée de façon à constituer une fermeture pour la tête de la section supé rieure du conduit voisin sous-jacent comme il est indiqué à droite de la fig. 3, cette paroi formant un support pour une soupape de re tenue y prévue pour régler l'écoulement du fluide de chauffage d'un conduit à l'autre.
En se référant plus spécialement au des sin, 10 désigne le récipient qui est pourvu d'un fond bombé 11, comme le montre la fig. 1. Le récipient est muni d'ouvertures d'entrée et de sortie appropriées, non figurées pour le lait à traiter; il est garni, de préfé rence, intérieurement, d'un revêtement d'é mail pour protéger le lait .à traiter.
Le conduit le plus bas comprend une sec tion supérieure 12 à deux tubes parallèles et une section inférieure 13, à deux tubes paral lèles, la première ayant une tête 12a munie d'un raccord d'admission du fluide de traite ment 14, qui peut être venu de fonte avec la tête ou relié amoviblement à celle-ci. La tête opposée de la section 12 est indiquée en 15 et est superposée à la tête de sortie 16 de la section inférieure 13, tandis que la tête d'ad mission 12a de la section 12 est superposée à la tête 17 de la section 13 avec laquelle elle communique.
La tête de sortie 16 est pour vue d'un prolongement 16a auquel est reliée une conduite d'évacuation 18, inclinée vers le bas comme le montre la fig. 1, présentant un coude 19 communiquant avec une tête à bride 20 portant sur le fond 11 du récipient et qui est reliée à un tuyau d'évacuation 21. Le tuyau 21 peut être convenablement relié avec un réservoir ou récipient, non figuré, destiné à recevoir le fluide de chauffage d'é chappement qui provient dea conduits.
Le second conduit à partir du fond (fig. 1) comprend les sections à deux tubes supérieure et inférieure 22 et 23 respective ment, la première ayant des têtes d'ad mission et de sortie 24 et 25 superposées aux têtes correspondantes 26 et 27 de la section inférieure.
De même, le conduit supérieur comprend les sections à deux tubes supérieure et infé rieure 28 et 29 respectivement, la première ayant des têtes d'admission et de sortie 30 et 31 superposées aux têtes correspondantes 32 et 33 de la section 29.
Les têtes 24 et 30 sont, comme la tête 12a, munies respectivement de raccords d'ad mission 34 et 35 appropriés, comme l'indi que la fig. 1. Les trois raccords d'admission pénètrent dans des têtes 36 convenablement figées à la paroi du récipient comme le mon tre la fig. 1;
des tuyaux sont reliés à ces tê tes et sont pourvus de valves 37 qui servent é, régler l'admission du fluide de chauffage è, chaque conduit ou à intercepter l'admission de fluide à l'un ou l'autre des conduits ou à tous, comme il peut être nécessaire suivant les diverses conditions de l'opération.
Les têtes 17 et 30 des sections de conduit 13 et 28 sont pourvues de couvercles amovi bles 17a et 30a respectivement, serrés en place par une tige filetée 38 servant à serrer les sections les unes sur les autres, cette tige ayant un écrou -à son extrémité supérieure et étant vissée par son extrémité inférieure dans un bossage intérieur, du couvercle 17a.
Une tige de serrage semblable 39 sert à relier les têtes opposées des sections à leur extrémité de sortie, ladite tige traversant un couvercle 31a de la tête 31 et étant vissée, par la partie inférieure, dans un bossage intérieur de la paroi de fond de la tête 1.6.
Il convient de faire remarquer, d'après la fig. 3, que les têtes 32 et 2;6 ont des parois inférieures 40 qui servent à fermer les ouver tures des têtes 24 et 12a respectivement. De même les têtes 3,3 et 27 à droite de la fig. 3 ont des parois 41 qui servent à fermer les ou vertures des têtes 25 et 15 respectivement.
Les têtes de la section supérieure fle cha que conduit portent des ouvertures des deux côtés pour faciliter le moulage des sections et les parois 40 et 41 servent à; clore les ouver tures supérieures des têtes des sections 22 et 12 comme il est indiqué sur la fig. 3. Ainsi chaque conduit constitue un élément à circu lation @ indépendante disposé pour se déchar ger dans l'extrémité de sortie dé la section su périeure du conduit sous-jacent.
Les parois 41 des têtes 33, et 27 sont pour vues d'ouvertures de sortie relativement étroites 42 disposées de façon à être fermées par des soupapes de retour 43 s'appliquant contre leur face inférieure et qui sont mon tées à coulisse sur des tiges 44 suspendues auxdites parois et munies de ressorts à bou din relativement faibles 45, servant à ap puyer normalement les soupapes contre leur siège, mais permettant à celles-ci de s'ouvrir et de se fermer sous les pressions variables exercées sur leurs deux faces.
Les soupapes sont destinées à, empêcher l'échappement de fluide de chauffage vers le haut, d'un conduit dans l'autre, si la pression devient plus grande dans un conduit situé plus bas que dans le conduit adjacent situé au-dessus.
On comprendra toutefois que, comme le fluide de chauffage dans les sections infé rieures 12 et 13 a un échappement libre et sans obstâcle, la pression qui y règne sera un peu moindre que dans les sections du conduit situé au-dessus on la pression tend à monter quand les soupapes s'appuient contre leur siège. De même, la pression dans le conduit intermédiaire sera légèrement plus faible que dans le conduit le plus élevé, de sorte que la soupape supérieure s'ouvrira librement pour permettre l'échappement vers le bas du fluide de chauffage. De cette façon, une circulation convenable du fluide de chauffage se trouve assurée en tout temps.
Il faut bien comprendre que, dans l'ap pareil des fig. 1 à 5, les sections de conduit 2$ et 29 et leurs têtes d'entrée et de sortie doivent être considérées comme une partie d'un chemin de circulation et les sections de conduit 22 et 23 et leurs têtes comme une au tre partie de celui-ci, et ainsi de suite.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 6 à 11, chacune des diverses sections des conduits a bien son orifice d'admission particulier, mais ces orifices d'admission sont disposés d'une façon quelque peu différente de celle précédemment décrite.
Le récipient est représenté en 46 et est muni, d'un côté, d'une tête à bride 47 ayant quatre orifices d'admission 61 à 64, auxquels sont raccordés quatre tuyaux d'alimentation 61a à 64a, tandis qu'un cinquième tuyau 76a conduit à, un canal 76 de la tête reliée aux tubes de la section 52, comme on le voit sur la fig. 10.
Tes tuyaux d'alimentation sont pourvus chacun de soupapes appropriées, non figurées, pour régler individuellement l'ad mission du fluide de traitement aux diverses sections, de sorte que l'une quelconque des sections puisse être interceptée à volonté ou que la quantité de fluide admise puisse être réglée, en concordance avec les besoins varia bles, dans les différentes conditions -de l'opé ration.
Quatre des sections, 48 à 51, sont su perposées à la tête 47 et la cinquième ou sec tion inférieure 52 a son extrémité d'admis sion faisant saillie latéralement, comme le montre la fig. 6 et son extrémité de sortie re liée à une tête 53 placée à l'opposé, laquelle tête comporte un prolongement 53a, d'où part latéralement un tuyau d'évacuation descen dant 54 qui se raccorde à une tête 55 fixée au fond du récipient 46.
Un tuyau d'évacuation 56 va de la tête 55, de préférence, à un réci pient approprié, non figuré, -qui reçoit le fluide qui s'échappe.
Les têtes d'admission 48a à 51a des sec tions de conduit 48 à 51 sont pourvues à leur partie inférieure de plateaux ou disques traversaux 57 à 60 qui constituent pour ces têtes des fonds amovibles disposés pour fer mer les ouvertures qu'elles présentent, de ma nière à séparer une tête de l'autre. Les têtes opposées 48b à 51b ont leur paroi inférieure venue de fonte avec le corps des têtes comme on le voit à droite de la fig. 8. La tête .47.
formant le support principal pour les extré mités d'admission des sections de conduit est pourvue de quatre canaux 61 à 64 (fig. 8 à 10) dont les extrémités intérieures se ter minent par des ouvertures dirigées verticale ment; chaque conduit, sauf le conduit 64, est disposé pour recevoir le bout inférieur d'un tube vertical de la manière indiquée sur la fig. 8.
Deux de ces tubes sont représentés en 65 et 66, le premier se dirigeant vers le haut en traversant les têtes d'admission 51a, 50a, .49a et débouchant dans la tête 48a, tan- dis que le second se dirige vers le haut par les têtes 51a, 50a et débouche dans la tête 49a. Le- tube qui débouche dans la tête 50a est représenté seulement en 6 7 sur la fig. 9, mais sa disposition est analogue à celle des autres tubes. Tous ces tubes sont soutenus. d'une part, par le fait qu'ils sont engagés; par leur extrémité inférieure, dans la tête 47.
et, d'autre part, par une bride dont est pour vue leur extrémité supérieure, comme il est indiqué sur la fig. 8, brides qui portent sur les plateaux ou disques de séparation les plus élevés par lesquels passent les tubes. Il n'est pas prévu de tubes pour l'ouverture 64 de la tête 47, puisque cette ouverture s'abou che directement dans la tête 51a.
Les têtes de sortie des sections de conduit 48b à 50b sont pourvues respectivement de tubes dirigés vers le bas, 68, 69 et 70, le tube 70 n'étant représenté que sur la fig. 11. Les bouts inférieurs de ces tubes sont portés par la paroi inférieure 71 de la tête 51b sur la quelle ils s'appuient, au-dessus des ouvertu res de cette tête qui s'ouvrent vers l'intérieur de la tête 53. La paroi 71 est pourvue d'un orifice supplémentaire 72 (fig. 11), de sorte que le fluide de traitement passant dans la section 51 peut se rendre directement dans la tête 53.
L'ouverture 72 et celles qui se trou vent au-dessous des tubes 68, 69 et 70 sont pourvues de soupapes de retour 73 qui peu vent glisser sur des tiges 74 suspendues à la paroi 71 et portant des ressorts à boudin 75 pour tenir les soupapes appuyées contre leurs sièges, comme le montre la fig. 8, de manière à empêcher le fluide de passer en remontant, d'un conduit à l'autre, au cas où la pression deviendrait plus forte sur la face inférieure des soupapes que sur leur face supérieure.
Le cinquième canal passant par la tête 47 est in diqué en 76 sur la fig. 10 et conduit direc tement dans les deux tubes de la section 52, qui, de leur côté, s'ouvrent dans la tête 53 en dessous des soupapes qui y sont attachées. On voit, par conséquent, que si la pression dans la tête 53, exercée par le fluide qui y pénètre, provenant de la section 52, dépasse la pres sion régnant dans les sections 48 à 51,
ces soupapes se fermeront jusqu'à ce que la pres sion dans les dernières sections indiquées s'é lève suffisamment pour ouvrir ces soupapes. On comprend que les soupapes agissent indé pendamment l'une de l'autre et que, par suite, chaque section du conduit sera ouverte ou fer mée suivant les différences de pression exis tant sur les faces opposées de la soupape. Ce pendant, quand le fluide de traitement sort de la tête 53, la pression dans cette pièce di minue légèrement, de sorte que la pression plus forte régnant au-dessus des soupapes fera ouvrir celles-ci pour établir une circula tion convenable de fluide dans les diverses sections de conduit.
Comme il a été dit plus haut, toutefois, les soupapes empêcheront le retour du fluide de la tête inférieure 53 aux têtes situées au-dessus, si la pression sur les faces inférieures des soupapes devient plus forte que sur leurs faces supérieures.
Les tubes des sections 48 à 51 étant in- elinés vers le bas, de l'entrée à la sortie, ils assurent l'écoulement ,convenable du fluide, de sorte que son accumulation dans les sec tions se trouve empêchée.
Dans les deux formes d'exécution ci- dessus décrites, on verra qu'une partie des conduits peuvent être alimentés par le fluide de traitement, tandis que d'autres conduits peuvent être entièrement interceptés par rap port à ce fluide si cela est utile dans les con ditions données. Par exemple, dans l'appareil de la fig. 1, le conduit du haut ou les deux conduits supérieurs peuvent être interceptés par la fermeture de la ou des soupapes 37 qui s'ouvrent sur ces conduits, tandis que les deux conduits inférieurs ou le conduit du bas seul peuvent être alimentés de fluide de trai tement.
Dans ces cas, les soupapes de retour 43 empêcheront tout écoulement de fluide des conduits en service aux conduits qui ne sont pas en service, de sorte que ceux-ci ne seront pas chauffés. Cette façon d'opérer peut être particulièrement avantageuse quand le récipient 10 ne renferme qu'une petite quan tité de liquide à traiter et dont la surface est voisine ou est même en dessous du niveau du conduit du haut. En séparant tout conduit quelconque ou tous les conduits qui s'ont par tiellement ou en totalité au-dessus du niveau du liquide ou près de ce niveau, on évite la caléfaction ou la combustion de la matière. .
Dans l'appareil représenté par la fib. fi. un ou plusieurs des conduits peuvent. être interceptés de la même façon, cet appareil présentant encore l'avantage que le ou les conduits interceptés ne sont pas nécessairement ceux du haut, mais peuvent être des éléments intermédiaires.
Il faut aussi comprendre que le dispositif d'admission .de fluide repré senté sur la fig. 6 pourrait aussi être em ployé avec le dispositif d'échappement de la fig. 1 et aussi que le dispositif d'admission de fluide .de la fig. 1 pourrait être employé avec le dispositif d'échappement de la fig. 6.