CA2659181A1

CA2659181A1 - Echangeur thermique

Info

Publication number: CA2659181A1
Application number: CA002659181A
Authority: CA
Inventors: Pierre Bignon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07
Also published as: ATE458977T1; WO2008015314A1; JP2009545718A; EP2052200A1; US20090139700A1; DE602006012560D1; CN101568789A; AU2006346920A1; EP2052200B1; CN101568789B

Abstract

Un échangeur thermique comprend une pluralité d'éléments tubulaires ou de noyaux (1) comprenant chacun un cylindre ou demi-cylindre (2) de support, - au moins une plaque (3c, 3f) courbe d'échange thermique, chaque plaque sépa rant une première cavité d'une deuxième cavité, la première cavité contenant un liquide (4) et la deuxième cavité recevant un fluide caloporteur (5c, 5f ) provoquant la dilatation ou la contraction thermique de la plaque, et ains i respectivement la compression ou la dépression du liquide de la première c avité, un tube ou demi-tube (6) de maintien externe. Application à une pompe et à une installation. L'échangeur thermique selon l'invention permet de ré sister à de fortes contraintes mécaniques. L'échangeur thermique permet égal ement de mieux résister à de fortes pressions malgré un diamètre important d es plaques cylindriques d'échange thermique sans avoir à augmenter l'épaisse ur de ces plaques, la pression étant exercée principalement radialement aux éléments tubulaires, et en particulier de l'extérieur vers l'intérieur pour la plaque cylindrique d'échange thermique la plus fine au contact de la cavi té contenant du liquide caloporteur froid ou de l'air.

Description

ECHANGEUR THERMIQUE

La présente invention concerne un échangeur thermique, utilisé pour générer un liquide sous pression sous l'effet de sa dilatation en particulier dans une pompe.
Il est connu dans l'art antérieur, en particulier par les demandes de brevet FR-A-2 851 796 et WO-A-2004/079194 une pompe hydraulique et une installation hydraulique mettant en ceuvre une telle pompe.
L'installation hydraulique comprend ainsi une pompe hydraulique, un réservoir de liquide hydratilique et un moteur hydraulique.
La poinpe hydraulique comprend au moins un piston de pompage et un piston moteur constitués par deux étages d'un même piston différentiel. Le piston de pompage délimite une chambre de pompage dans un cylindre de pon2page et le piston moteur délimite une chambre motrice dans un cylindre moteur. Le piston de pompage et le piston moteur sont liés entre eux par des moyens de liaison cinématiques de telle sorte qu'une augmentation du volume de la chambre motrice corresponde à une réduction de volume de la chambre de pompage et inversement.
La chambre de pompage est reliée hydrauliqtiement au réservoir de liquide hydraulique de l'installation et au moteur hydraulique de l'installation, qui est alimenté par la pompe hydraulique.
La chambre motrice de la pompe est reliée hydrauliquement à un faisceau tubulaire d'échange thermique. Un liquide à coefficient de dilatation thermique élevé
est présent dans la chambre motrice et le faisceau tubulaire d'échange therinique. Ce liquide à coefficient de dilatation thermique élevé est placé en relation d'échange thermique alternativement avec une source chaude et avec une source froide.
Ainsi, le liquide à coefficient de dilatation thermique élevé subit alternativement des dilatations thermiques et des contractions thermiques, ce qui provoque respectivement l'augmentation du volume de la chambre motrice au détriment de celui de la chambre de pompage, qui chasse le fluide hydraulique vers le moteur hydraulique puis vers le réservoir de l'installation, ou la diminution du volume de la chambre motrice, ce qui provoque l'aspiration du liquide hydraulique à
partir du réservoir de l'installation. Un effet de pompage est alors obtenu par alternance des mouvements de refoulement et d'aspiration du liquide hydraulique.
Le faisceau tubulaire d'échange thermique est constitué d'un faisceau de tubes verticaux fermés à leur extrémité inférieure et communiquant entre eux, à leur extrémité supérieure, par un collecteur dans lequel débouche une conduite de liaison avec la chambre inotr.ice.
Le faisceau tubulaire d'échange thermique est placé à l'intérieur d'un bac divisé
par une cloison horizontale. Cette cloison, therm.iquement isolante, est percée de

2 trous per-mettant à chaque tube de traverser la cloison de part en part tout en assurant une étanchéité aussi bonne que possible entre la cloison et les tubes.
Le bac est ainsi divisé en une chambre inférieure comprenant un liquide caloporteur froid circulant et en une chambre supérieure comprenant un liquide caloporteur chaud circulant.
Le faisceau tubulaire d'échange thermique est ainsi mis alternativement en relation d'échange thennique avec le fluide caloporteur froid et avec le fluide caloporteur chaud par déplacement vertical en va-et-vient à l'intérieur du bac. Ce mouvement de va-et-vient vertical est assuré par un vérin.
Les dilatations et contractions thermiques alternatives subies par le fluide à
coefficient de dilatation thermique élevé entraînent des dilatations et contractions alternatives du faisceau tubulaire d'échange thernùque, qui ont tendance à
étirer chaque tube, entraînant à terme une fatigue des tubes constituant le faisceau tubulaire.
Le but de l'invention est donc de proposer un échangeur thermique permettant de résister longtemps à de fortes contraintes mécaniques.
Ce but est atteint par un échangeur thermique comprenant une pluralité
d'éléments tubulaires ou de noyaux comprenant chacun :
- un cylindre ou demi-cylindre de support, - au moins une plaque courbe d'échange thermique, chaque plaque séparant une première cavité d'une deuxième cavité, la première cavité
contenant un liquide et la deuxième cavité recevant un fluide caloporteur provoquant la dilatation ou la contraction thermique de la plaque, et ainsi respectivement la compression ou la dépression du liquide de la première cavité, - un tube ou demi-tube de maintien externe.
Selon une autre particularité, le liquide a un coefficient de dilatation thernùque élevé.
Selon une autre particularité, le tube ou den-ù-tube de maintien externe, la ou les plaque(s) d'échange thermique et le cylindre ou demi-cylindre de support ont des diamètres décroissants.
Selon une autre pai-ticularité, les première et deuxième cavités sont délimitées, d'une part, par une des plaques d'échange therniique et, d'autre part, par le cylindre ou demi-cylindre de support ou le tube ou demi-tube de maintien externe, la ou les plaque(s) d'échange therm.ique, le cylindre ou demi-cylindre de support et le tube ou demi-tube de maintien externe étant concentriques.
Selon une autre particularité, chaque élément tubulaire est fernié à chacune de ses extrémités par un flasque, un desdits flasques étant adapté à permettre la -- -- ;

3 circulation du liquide à travers le flasque et l'autre flasque interdisant cette circulation.
Selon une autre particularité, chaque élément tubulaire est fernlé à chacune de ses extrémités par un flasque, un desdits flasques au moins étant adapté à
permettre la circulation du (des) fluide(s) caloporteur(s) à travers le flasque.
Selon une autre particularité, lesdits flasques sont adaptés à permettre la circulation alternativement d'un fluide caloporteur chauffé par une source chaude et d'un fluide caloporteur refroidi par une source froide.
Selon une autre particularité, une des plaques d'échange thermique est munie d'une pluralité de premières ailettes en contact avec le liquide.
Selon une autre particularité, une des plaques d'échange thermique est munie d'une pluralité de premières ailettes en contact avec un fluide caloporteur.
Selon une autre particularité, une des plaques d'échange thermique est munie d'une pluralité de deuxièmes ailettes en contact avec un fluide caloporteur.
Selon une autre particularité, les différents éléments tubulaires sont parallèles entre eux.
Selon une autre particularité, les différents éléments tubulaires sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et fixées à une tige filetée située entre au moins deux éléments tubulaires.
Selon une autre particularité, les différents éléments tubulaires sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et soudées entre elles.
Selon une autre particularité, les différents éléments tubulaires sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et brasées entre elles.
Selon une autre particularité, chaque élément tubulaire ou noyati comprend en outre des conduites de fluide caloporteur, ainsi que des buses de pulvérisation adaptées à pulvériser le fluide calopor-teur depuis les conduites de fluide caloporteur vers la plaque d'échange thermique.
L'invention concerne également une pompe comprenant :
- un piston de pompage adapté à actionner un moyen de comnlande par le mouvement d'un fluide, - un piston moteur relié par des moyens cinématiques au piston de pompage et adapté à être actionné par un mouvement du liquide de l'échangeur thermique décrit ci-dessus, - une source chaude, - une source froide.

4 PCT/FR2006/001870 Selon une autre particularité, la pompe comprend en outre un by-pass adapté à
faire passer alteinativement un fluide caloporteur chauffé sous pression par la source chaude et un liquide caloporteur refroidi à pression atmosphérique par la source froide dans les éléments tubulaires ou noyaux de l'échangeur thermique.
L'invention concerne également une installation comprenant :
- la pompe décrite ci-dessus, - un réservoir de fluide, - un moyen de commande.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exenlple uniquement et en référence aux dessins qui montrent :
- figure 1, une vue en perspective d'un élément tubulaire de l'échangeur thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- figure 2, une vue en coupe transversale de l'échangeur thermique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- figure 3, une vue en coupe longitudinale de l'échangeur thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- figure 4, une vue en coupe transversale de l'échangeur thernlique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Les références identiques sur les différentes figures désignent des éléments similaires ou équivalents.
L'échangeur thermique selon l'invention comprend une pluralité d'éléments tubulaires. Chaque élément tubulaire comprend un cylindre de support, au moins une plaque courbe d'échange thermique séparant une première cavité d'une deuxième cavité, et un tube de maintien externe. La première cavité contient un liquide et la deuxième cavité reçoit un fluide caloporteur provoquant la dilatation ou la contraction thermique de la plaque, et ainsi la compression ou la dépression du liquide de la première cavité.
La plaque d'échange therinique se dilate ou se contracte par contact avec le fluide caloporteur en fonction de la tenlpérature du ou des fluide(s) caloporteur(s) circulant dans l'échangeur thermique, ce qui entraîne une compression ou une dépression de la première cavité et donc du liquide contenu dans cette première cavité.
Le cylindre de support et le tube de maintien externe, qui sont constitués de matériaux très résistants aux pressions et peuvent être de mauvais conducteurs thermiques, permettent de limiter fortement la dilatation longitudinale de l'échangeur thermique et donc de résister plus longtemps à de fortes contraintes mécaniques qu'avec le faisceau tubulaire d'échange thermique connu dans l'art antérieur.

La figure 1 représente une vue en perspective d'un élément tubulaire de l'échangeur thermique selon un prelnier mode de réalisation de l'invention.
L'échangeur thermique comprend une pluralité d'éléments tubulaires.
Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, chaque élément tubulaire 1

5 comprend un tube 6 de maintien externe contenant deux plaques 3,, 3f d'échange thermique, dites respectiveinent plaque externe et plaque interne, qui, elles-mêmes, contiennent un cylindre 2 de support. Dans ce mode de réalisation, les plaques 3,, 3f d'échange therinique sont cylindriques. On peut toutefois envisager des modes de réalisation avec une ou des plaques d'échange the.rmique courbes mais non cylindriques, ou formant une portion de cylindre seulement. Le cylindre 2 de support est par exemple un cylindre plein. Le tube 6 de n-iaintien externe, les deux plaques 3,, 3f d'échange therlnique et le cylindre 2 de support sont sensiblement concentriques.
Une pren>i.ère cavité, formée entre les deux plaques 3, 3f d'échange thermique, contient un liquide 4. De préférence, le liquide 4 a un coefficient de dilatation thermique élevé. Les plaques d'échange thermique permettent un échange thermique entre le fluide caloporteur et le liquide 4. Ainsi, le liquide 4 se dilate ou se contracte en fonction de la température du ou des fluide(s) caloporteur(s) circulant dans l'échangeur thermique, ce qui provoque la dilatation ou la contraction thermique du liquide 4. La compression ou la dépression créée est alors encore supérieure au cas où le liquide n'est pas à coefficient de dilatation thermique élevé et où la compression ou la dépression du liquide 4 n'est due qu'à la dilatation ou la contraction therniique des plaques d'échanges thermiques.
Deux autres cavités, formëes respectivement entre l'une des plaques 3, et le tube 6 de maintien externe et entre l'autre plaque 3f et le cylindre 2 de support, accueillent respectivement un fluide 5, caloporteur chaud et un fluide 5r caloporteur froid à I'état liquide.
Un des buts de l'échangeur therinique selon l'invention est de comprimer ou de déprimer le liquide 4 par échange thermique des plaques avec les fluides 5, 5t caloporteurs, le liquide devant toutefois constamment rester à l'état liquide.
De façon à ce que cet échange thernûque soit optimisé, en particulier en durée, ces plaques 3, 3t sont en matériau ayant une très bonne conductivité thermique, à savoir en métal..
Cela permet également un bon échange thermique avec le liquide 4, ce qui est important en particulier lorsque le liquide 4 est à coefficient de dilatation thermique élevé.
De façon à ce que l'échangeur therm.ique résiste mieux à la fatigue, le tube 6 de maintien externe et le cylindre 2 de support sont constitués de matériaux très résistants aux pressions. Ainsi, ils sont par exemple, mais de façon non limitative, en matériau composite en carbone, à enroulements filamentaires ou en verre. Ces

6 matériaux ont par ailleurs l'avantage de présenter une mauvaise conductibilité
thermique (par exemple comprise entre 0,034 W/mK et 0,045 W/mK), ce qui permet également de fortement limiter les pertes de chaleur vers l'extérieur de l'échangeur thermique. Dans le cas où il n'est pas utilisé de liquide à coefficient de dilatation thermique élevé, les pertes de chaleur peuvent être limitées par l'utilisation d'un liquide présentant une mauvaise conductibilité thermique. Des pressions importantes s'exercent en particulier sur la plaque d'échange thermique en contact avec le fluide 5, caloportetir chaud. Cette plaque est de faible épaisseur : elle est typiqueinent comprise entre quelques dixièmes de millimètres et plusieurs millimètres, suivant la nature du métal constituant la plaque et la taille de l'échangeur en fonction de l'application. Ainsi, la vitesse d'échange thermique est accrue sans toutefois fragiliser la plaque car la pression s'exerce principalement radialement sur celle-ci lors de la dilatation (et de préférence vers l'intérieur de l'élément tubulaire) et non plus principalement longitudinalement comme dans l'art antérieur.
Ainsi, contrairement au faisceau tubulaire d'échange thermique connu dans l'art antérieur, l'échangeur thermique selon l'invention permet d'utiliser des plaques d'échange thermique de diamètre plus iniportant pour une même épaisseur, qui résistent beaucoup mieux aux fortes pressions, ce qui permet de diversifier les applications. Le diamètre des plaques peut être augmenté à épaisseur constante soit parce que la pression s'exerce de l'extérieur vers l'intérieur et non de l'intérieur vers l'extérieur, soit parce que les plaques sont aidées à résister dans leurs sollicitations mécaniques par le tube 6 de maintien externe ou le cylindre 2 de support, qui sont en matériau résistant à de fortes pressions. Si le tube 6 de maintien externe ou le cylindre 2 de support sont métalliques, il est nécessaire de les protéger de la chaleur pour éviter leur dilatation, qui viendrait ainoindrir le rendement du systèine. Il peut être envisagé de refroidir l'extérieur du tube de maintien par le fluide 5t.
Dans une variante de réalisation, le tube 6 de maintien externe et le cylindre de support sont tous les deux en métal mais l'élément tubulaire comporte à
chacune de ses extrémités un flasque soudé ou brasé sur le tube pour peimettre à ces deux éléments 2, 6 de résister à de fortes pressions.
De préférence, le fluide 5, caloporteur chaud est contenu entre le tube 6 de maintien externe et la plaque 3,; externe d'échange thermique, tandis que le fluide 5t=
caloporteur froid est contenu entre la plaque 3f interne d'échange thermique et le cylindre 2 de support.
Ainsi, lorsque la plaque 3, d'échange thermique est dilatée, la plaque 3f d'échange thermique va subir une contrainte en coinpression radiale. La présence du cylindre 2 de support perinet d'aider ladite plaque 3t- interne d'échange thermique à

7 résister à cette contrainte de pression s'exerçant radialement à l'élément tubulaire en direction du cylindre 2 de support.
La plaque 3f interne d'échange thermique comprend en outre une pluralité de premières ailettes loiigitudinales 31 situées à l'intérieur de la cavité
contenant le fluide 5f caloporteur froid. Ces premières ailettes 31 permettent de résister plus facilenlent aux contraintes de pression radiales exercées sur l'élément tubulaire sous l'effet de la dilatation de la plaque 3. externe d'échange therniique. Ces premières ailettes servent également au positionnement du cylindre 2 de support sensibleinent au centre de la plaque 3f intenie.
La plaque 3c externe d'échange therniique comprend également une pluralité de deuxièmes ailettes longitudinales 32 situées à l'intérieur de la cavité
contenant le fluide 5, caloporteur chaud. Ces deuxièmes ailettes 32 servent en particulier au positionnement de la plaque 3, externe sensiblement au centre du tube 6 de maintien.
Prenons l'exemple suivant : si les plaques 3, et 3f- sont en acier, la plaque 3c a par exemple une épaisseur de 3 inm< et la plaque 3f de 1 mm. La plaque 3, peut alors contenir une pression de 400 bar en s'aidant du tube 6 de maintien externe. La plaque 3f peut contenir la même pression que la plaque 3, malgré son épaisseur inférieure parce que la pression s'exerce de l'extérieur vers l'intérieur.
La plaque 3f cylindrique d'échange therni.ique est alternativement au contact du fluide caloporteur 5f froid venant de la source froide et d'air lorsque le flux de fluide caloporteur 5f froid est ar-rêté.
La figure 2 représente une vue en coupe transversale de l'échangeur thermique selon un deuxième nzode de réalisation de l'invention.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l'échangeur thermique comprend une pluralité d'éléments tubulaires 1. Chaque élément tubulaire 1 comprend un tube 6 de maintien externe contenant une unique plaque 3 d'échange thermique qui, elle-même, contient un cylindre 2 de support. Dans ce mode de réalisation également, la plaque 3 d'échange thermique est, de façon non limitative, cylindrique. Le cylindre 2 de support est par exemple un cylindre plein. Le tube 6 de maintien externe, la plaque 3 d'échange therm.ique et le cylindre 2 de support sont sensiblenient concentriques.
Une première cavité est formée entre la plaque 3 d'échange thermique et le tube 6 de maintien externe et une deuxième cavité est formée entre la plaque 3 d'échange thermique et le cylindre 2 de support. L'une de ces cavités accueille un liquide 4 tandis que l'autre cavité accueille un fluide 5 calopoi-teur. Le liquide 4 a par exemple un coefficient de dilatation thermique élevé. Il permet alors une compression supérieure du liquide par rapport à la dilatation seule de la plaque d'échange thermique, com.me expliqué plus haut.

8 Comnle expliqué plus haut, la plaque 3 d'échange thermique est en matériau ayant une très bonne conductivité theimique, à savoir en métal de façon à
optimiser l'échange thermique.
De même, comme expliqué plus haut, le tube 6 de maintien externe et le cylindre 2 de support sont constitués de matériaux résistant aux fortes pressions et ayant une mauvaise conductibilité thermique comme, par exemple, un matériau composite en carbone ou à enroulements filamentaires ou en verre.
Dans ce mode de réalisation, du fluide 5 caloporteur chaud et froid est injecté
alternativement dans la cavité destinée à accueillir ledit fluide.
].0 De préférence, le liquide 4 est contenu entre le tube 6 de maintien externe et la plaque 3 d'échange thermique, tandis que le fluide 5 caloporteur est contenu entre la plaque 3 d'échange thermique et le cylindre 2 de support.
Ainsi, lorsque la plaque 3 d'échange thermique est dilatée, cette dernière va subir une contrainte en compression radiale. La présence du cylindre 2 de support permet d'aider la plaque 3 d'échange thermique à résister à cette contrainte de pression s'exerçant dans un plan transversal à l'élément tubulaire en direction dudit cylindre 2 de support.
La plaque 3 d'échange thermique comprend en outre une pluralité de premières ailettes longitudinales 31 situées à I'intérieur de la cavité contenant le liquide 4. Ces premières ailettes 31 permettent d'augmenter la surface d'échange thermique.
La plaque 3 d'échange thermique comprend également une pluralité de deuxièmes ailettes longitudinales 32 situées à l'intérieur de la cavité
contenant le fluide 5 caloporteur. Ces deuxièmes ailettes 32 servent, d'une part, au positionnement du cylindre 2 de support sensiblement au centre de la plaque 3 et, d'autre part, à
résister plus facilement aux déforinations importantes qui pourraient résulter des contraintes de pression exercées transversalement à l'élément tubulaire sous l'effet de la dilatation de la plaque 3.
Comme représenté sur la figure 2, les éléments tubulaires sont sensibleinent parallèles entre eux., et de préféretice verticaux. Ils sont de préférence disposés au contact les uns des autres, de façon à limiter les pertes d'énergie, et par exemple de façon à ce que leurs axes forment des trièdres. Cette disposition des éléments tubulaires, ainsi que et leur mode de fixation décrit plus bas, peuvent également s'appliquer aux éléments tubulaires 1 selon les premier et troisième modes de réalisation de l'invention.
Chaque élément tubulaire 1 est enserré par une bride, non représentée, qui est fixée à une tige filetée 7 située au centre du trièdre.
Pour rendre plus solide l'échangeur theimique, l'enseinble des éléments tubulaires 1 est solidarisé par une résine synthétique.

9 Dans une variante de réalisation, les brides sont soudées ou brasées entre elles.
Par ailleurs, chaque élément tubulaire 1 est fermé à chacune de ses extrémités par un flasque, non représenté. Un seul desdits flasques doit perlnettre de faire circuler le liquide 4 à travers ledit flasque. En particulier, les flasques adaptés à faire circuler le liquide 4 doivent tous être disposés du même côté des différents éléments tubulaires constituants l'échangeur thermique.
En revanche, un seul ou les deux flasques peuvent permettre de faire circuler le fluide 5 caloporteur à travers ce ou ces flasques.
La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de l'échangeur thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Dans ce troisième mode de réalisation, l'échangeur therinique comprend une pluralité d'éléments tubulaires 1. Chaque élément tubulaire 1 comprend un tube 6 de maintien, externe contenant une unique plaque 3 d'échange thermique qui, elle-même, contient un cylindre 2 de support. Dans ce mode de réalisation également, la plaque 3 d'échange therlnique est verticale et, de façon non limitative, cylindrique.
Le cylindre 2 de support est par exemple un cylindre plein. Le tube 6 de maintien externe, la plaque 3 d'échange thermique et le cylindre 2 de support sont sensiblement concentriques.
Une première cavité est formée entre la plaque 3 d'échange thermique et le tube 6 de maintien externe et une deuxième cavité est formée entre la plaque 3 d'échange thermique et le cylindre 2 de support. L'une de ces cavités accueille un liquide 4 tandis que l'autre cavité accueille un fluide 5 caloporteur. Le liquide 4 a par exeinple un coefficient de dilatation thermique élevé. Il permet alors une conipression supérieure du liquide par rapport à la dilatation seule de la plaque d'échange thermique, comme expliqué plus haut.
Comme expliqtié plus haut, la plaque 3 d'échange therinique est en matériau ayant une très bonne conductivité theimique, à savoir en métal de façon à
optimiser l'échange thermique.
De préférence, le liquide 4 est contenu entre le tube 6 de maintien externe et la plaque 3 d'échange therm.ique, tandis que le fluide 5 caloporteur est accueilli entre la plaque 3 d'échange ther.ni.ique et le cylindre 2 de support.
Ainsi, lorsque la plaque 3 d'échange thermique est dilatée, cette dernière va subir une contrainte en compression radiale. La présence du cylindre 2 de support perinet d'aider la plaque 3 d'échange therinique à résister à cette contrainte de pression s'exerçant dans un plan transversal à l'élément tubulaire en direction dudit cylindre 2 de support.
L'échangeur thermique comprend en outre entre le cylindre de support 2 et la cavité contenant le fluide caloporteur 5 deux conduites 8, 9 amenant le fluide ' - -- ---~

caloporteur chaud ou froid depuis la source chaude ou froide dans l'échangeur thermique. Ces conduites sont isolées thermiquement l'une de l'autre par un preinier séparateur 10 et sont isolées thermiquement de la cavité contenant le fluide caloporteur par un deuxième séparateur 11. Les séparateurs sont en matériau à
très 5 faible conductivité thermique, pour éviter les pertes de chaleur.
Des buses de pulvérisation 12, 13 pei-mettent de pulvériser le fluide caloporteur chaud ou froid par l'intermédiaire de canalisations capillaires traversant les séparateurs 10, 11 depuis les conduites 8, 9 vers la cavité initialement remplie d'air et destinée à contenir le fluide caloporteur 5 chaud ou froid. Ces canalisations

10 capillaires permettent à la pression atmosphérique de stopper les fluides caloporteurs juste à l'orifice d'évacuation lorsque ces derniers sont liquides, et de réduire de dél.ai de cheminement des fluides depuis les vannes de commande jusqu'à la plaque 3 d'échange thermique. Cette pulvérisation est sensiblement radiale et permet une aspersion rapide et totale de la plaque 3 d'échange thermique.
La figure 4 représente une vue en coupe transversale de l'échangeur thermique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Dans ce quatrième mode de réalisation, l'échangeur thermique comprend une pluralité de noyaux 101.
Chaque noyau 101 comprend deux éléments 107 symétriques l'un de l'autre.
Les deux éléments 107 sont asseinblés l'un à l'autre de façon étanche au niveau d'une jonction 100. Chaque noyau 101 comprend deux demi-tubes 106 de maintien orientés avec leur face concave vers l'extérieur du noyau. Les deux demi-tubes se tournent donc le dos. Chaque demi-tube 106 de maintien contient une plaque d'échange thermique qui, elle-même, contient un demi-cylindre 102 de support.
Dans ce mode de réalisation, la plaque 103 d'échange theimique est semi-cylindrique. La plaque 103 d'échange thermique est insérée en butée contre un épaulement 114 dans un derni-tube 106 de maintien et maintenue contre cet épaulement par un moyen de maintien 115, par exemple une soudure.
Une première cavité est formée entre la plaque 103 d'échange thermique et le demi-tube de maintien et une deuxième cavité est formée entre la plaque 103 d'échange therm.ique et le demi-cylindre 1.02 de support. L'une de ces cavités accueille un liquide 104 tandis que l'autre cavité accueille un fluide 105 caloporteur.
Le liquide 104 a par exemple un coefficient de dilatation ther-mique élevé. Il permet alors une compression supérieure du liquide par rapport à la dilatation seule de la plaque d'échange thermique, comme expliqué plus haut.
Comme expliqué plus haut, la plaque 103 d'échange thermique est en matériau ayant une très bonne conductivité theimique, à savoir en métal de façon à
optimiser 1'échange thermique.

11 De préférence, le liquide 104 est contenu entre le demi-tube de maintien et la plaque 103 d'échange thermique, tandis que le fluide 105 caloporteur est aspergé sur la plaque 103 d'échange thermique par un dispositif d'aspersion contenu dans le demi-cylindre 102 de supportL
Ainsi, lorsque la plaque 103 d'échange thermique est dilatée, cette dernière va subir une contrainte en compression radiale. La présence du demi-cylindre 102 de support, ainsi que la forme de la plaque d'échangel03, permet d'aider cette plaque 103 d'échange thermique à résister à la contrainte de pression s'exerçant dans un plan transversal à l'élément tubulaire en direction dudit demi-cylindre 102 de support.
Le dispositif d'aspersion de chaque demi-cylindre 102 de support comporte deux conduites 108, 109 amenant le fluide caloporteur chaud ou froid depuis la source chaude ou froide dans l'échangeur thennique. Ces conduites sont isolées thenniquement l'une de l'autre et sont isolées thermiquement de la cavité
recevant le fluide caloporteur. Des buses de pulvérisation 112, 113 permettent de pulvériser le fluide caloporteur chaud ou froid depuis les conduites 108, 109 sur la plaque d'échange thermique 103. Cette pulvérisation est sensiblement radiale et permet une aspersion rapide et totale de la plaque 103 d'échange thermique.
Il est possible que le périniètre de la plaque d'échange thennique ne soit pas circulaire, ou cylindrique. Des fornzes lobées suggérant celles d'un moule à
charlotte ou en forme d'ogives permettent de bénéficier d'une longueur accrue du périmètre, participant ainsi à une dilatation linéaire plus importante de la plaque d'échange thermique, donc à son déplacement en compression du liquide situé dans la cavité
1.04.
Dans les quatre modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, les fluides 5, 5c,, 5f caloporteur sont par exemple de l'eau et le liquide 4 est par exemple de l'éthanol. Le coefficient de dilatation thennique de l'éthanol est de 1,1.10-3 K-t.
Le fluide 5, caloporteur chaud est chauffé par une source froide et le fluide 5f caloporteur froid est refroidi par une source froide.
La source chaude est par exemple un capteur solaire. Dans ce cas, le débit d'énergie produite par la source chaude étant modeste, il est particulièrement important de réduire au minimum les pertes de chaleur de façon à économiser l'énergie disponible.
L'échangeur thermique selon l'invention est destiné à être installé dans une pompe comprenant en outre un piston de pompage adapté à actionner un moyen de commande par le mouvement d'un fluide (liquide hydraulique ou gaz), un piston moteur relié par des moyens cinématiques au piston de pompage et adapté à être actionné par un mouvement du liquide 4 provenant de l'échangeur thennique décrit plus haut, par une source chaude et par une source froide.

12 La pompe contient par exemple plusieurs échangeurs thermiques.
La pompe, pour fonctionner comprend égalernent un by-pass permettant de faire passer alternativement un fluide caloporteur chaud chauffé par la source chaude et un liquide caloporteur froid refroidi par la source froide dans les éléments tubulaires 1 de l'échangeur thermique de façon à créer une alternance de dilatations et de contractions thermiques permettant d'actionner le piston moteur.
La pompe selon l'invention est destinée à être installée dans une installation comprenant en outre un moyen de commande, par exemple un moteur, et un réservoir de fluide.
L'installation est par exemple un climatiseur. Dans ce cas, la chambre de pompage aspire et comprime du gaz et sert de compresseur. La source chaude est par exemple un ou plusieurs panneau(x) solaire(s) ou une fosse isotherme de stockage de fluide caloporteur chaud utilisable en période nocturne. La source froide est par exemple un bassin d'agrément ou une piscine.
Dans une variante, l'installation est une installation hydraulique productrice d'électricité domestique. Dans ce cas, le moyen de commande est un moteur hydraulique. La source chaude est par exemple un ou plusieurs capteur(s) solaire(s) ou/et une fosse isotherme de stockage de fluide caloporteur chaud utilisable en période nocturne. La source froide est par exemple une fosse, un bassin d'agrément ou une piscine.
Dans une variante, l'installation est une installation hydraulique productrice d'électricité donzestique à partir de géothermie. Dans ce cas, la pompe hydraulique assure le fonctionnement d'un moteur hydraulique qui entraîne un générateur d'électricité. La source chaude est alors constituée par l'eau chaude provenant de la géothermie. Et la source froide est par exemple constituée par le inilieu naturel, à
savoir une retenue d'eau collinaire, une rivière, la mer, etc...
Lorsque l'installation comprend une source chaude constituée de panneaux solaires, la pression régnant dans le circuit du fluide caloporteur chaud doit être relativement élevée de façon à maintenir le fluide (par exemple de l'eau) à
l'état liquide, une partie de la pression générée par l'installation est utilisée pour réinjecter le fluide dans le capteur solaire. Sinon, l'eau s'évapore. En revanche, la pression régnant dans le circuit du fluide caloporteur froid peut être la pression ambiante.
Ainsi, dans ce cas, l'utilisation d'un échangeur thennique avec des éléments tubulaires selon le premier mode de réalisation décrit plus haut est particulièrement adaptée.

:~ I:

Claims

1. Echangeur thermique comprenant une pluralité d'éléments tubulaires ou de noyaux (1, 101) comprenant chacun :
- un cylindre ou demi-cylindre (2, 102) de support, - au moins une plaque (3, 3c, 3f, 103) courbe d'échange thermique, chaque plaque séparant une première cavité d'une deuxième cavité, la première cavité
contenant un liquide (4, 104) et la deuxième cavité recevant un fluide caloporteur (5, 5,, 5f, 105) provoquant la dilatation ou la contraction thermique de la plaque, et ainsi respectivement la compression ou la dépression du liquide de la première cavité, - un tube ou demi-tube (6, 106) de maintien externe.

2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide (4) a un coefficient de dilatation thermique élevé.

3. Echangeur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube ou demi-tube (6, 106) de maintien externe, la ou les plaque(s) (3, 3c, 3f, 103) d'échange thermique et le cylindre ou demi-cylindre (2, 102) de support ont des diamètres décroissants.

4. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les première et deuxième cavités sont délimitées, d'une part, par une des plaques (3, 3c, 3f, 103) d'échange thermique et, d'autre part, par le cylindre ou demi-cylindre (2, 102) de support ou le tube ou demi-tube (6, 106) de maintien externe, la ou les plaque(s) (3, 3,, 3f, 103) d'échange thermique, le cylindre ou demi-cylindre (2, 102) de support et le tube ou demi-tube (6, 106) de maintien externe étant concentriques.

5. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire (1) est fermé à chacune de ses extrémités par un flasque, un desdits flasques étant adapté à permettre la circulation du liquide (4) à
travers le flasque et l'autre flasque interdisant cette circulation.

6. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire (1) est fermé à chacune de ses extrémités par un flasque, un desdits flasques au moins étant adapté à permettre la circulation du (des) fluide(s) caloporteur(s) (5, 5, 5f) à travers le flasque.

7. Echangeur thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits flasques sont adaptés à permettre la circulation alternativement d'un fluide caloporteur chauffé par une source chaude et d'un fluide caloporteur refroidi par une source froide.

8. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une des plaques (3) d'échange thermique est munie d'une pluralité de premières ailettes (31) en contact avec le liquide (4).

9. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une des plaques (3f) d'échange thermique est munie d'une pluralité de premières ailettes (31) en contact avec un fluide (5f) caloporteur.

10. Echangeur thermique selon la revendication 8ou 9, caractérisé en ce qu'une des plaques (3, 3c) d'échange thermique est munie d'une pluralité de deuxièmes ailettes (32) en contact avec un fluide caloporteur (5, 5c).

11. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires (1) sont parallèles entre eux.

12. Echangeur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires (1) sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et fixées à une tige filetée (7) située entre au moins deux éléments tubulaires.

13. Echangeur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires (1) sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et soudées entre elles.

14. Echangeur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les différents éléments tubulaires (1) sont maintenus entre eux au moyen de brides enserrant chacune un élément tubulaire et brasées entre elles.

15. Echangeur thermique selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire ou noyau (1, 101) comprend en outre des conduites de fluide caloporteur (8, 9 ; 108, 109), ainsi que des buses de pulvérisation (12, 13 ;
112, 113) adaptées à pulvériser le fluide caloporteur depuis les conduites de fluide caloporteur (8, 9; 108, 109) vers la plaque (3, 103) d'échange thermique.

16. Pompe comprenant:
- un piston de pompage adapté à actionner un moyen de commande par le mouvement d'un fluide, - un piston moteur relié par des moyens cinématiques au piston de pompage et adapté à être actionné par un mouvement du liquide (4) de l'échangeur thermique selon l'une quelconque, des revendications 1 à 15, - une source chaude, - une source froide.

17. Pompe selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un by-pass adapté à faire passer alternativement un fluide caloporteur chauffé
sous pression par la source chaude et un liquide caloporteur refroidi à pression atmosphérique par la source froide dans les éléments tubulaires ou noyaux (1) de l'échangeur thermique.

18. Installation comprenant:
- la pompe selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, - un réservoir de fluide, - un moyen de commande.