DOMAINE TECHNIQUE
[0001] La présente invention concerne un système d'échangeur qui permet d'échanger les calories
entre deux fluides et qui comporte deux échangeurs thermiques et un ensemble de vannes.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[0002] Pour refroidir certaines installations, il est connu d'utiliser un système d'échangeur
qui comporte un échangeur thermique dans lequel circule un fluide caloporteur comme
de l'huile et qui est placé dans un flux d'air pour refroidir le fluide caloporteur.
La circulation du fluide caloporteur est réalisée par exemple par une pompe.
[0004] L'échangeur thermique comporte un réseau de canaux qui s'étend entre une entrée et
une sortie et dans lequel circule le fluide caloporteur.
[0005] Le système d'échangeur comporte également une canalisation qui s'étend à l'extérieur
de l'échangeur thermique et qui traverse l'installation à refroidir.
[0006] En circulant dans la canalisation et en traversant l'installation, le fluide caloporteur
se charge en calories et en traversant l'échangeur thermique, le fluide caloporteur
décharge ses calories dans l'air.
[0007] Le système d'échangeur comporte généralement un circuit de dérivation (« by pass
» en Anglais) avec une canalisation de dérivation entre l'entrée et la sortie et une
vanne de dérivation sur la canalisation de dérivation. La vanne de dérivation peut
être alternativement ouverte ou fermée.
[0008] Lorsque la vanne de dérivation est fermée, le fluide caloporteur ne s'écoule pas
à travers la canalisation de dérivation et traverse l'échangeur thermique pour assurer
le refroidissement.
[0009] Lorsque la vanne de dérivation est ouverte, le fluide caloporteur s'écoule à travers
la canalisation de dérivation et ne traverse pas l'échangeur thermique.
[0010] Si une telle installation donne satisfaction, il peut arriver dans certains cas que
de l'air se retrouve dans le fluide caloporteur et lorsque la vanne de dérivation
est ouverte, l'air s'accumule dans le point haut de l'échangeur thermique créant ainsi
un bouchon hydraulique. Lorsque la vanne de dérivation est alors fermée, le fluide
caloporteur se remet à circuler dans l'échangeur thermique et rencontre ce bouchon
hydraulique qui va mettre un certain temps à se résorber avant que le fluide caloporteur
puisse à nouveau circuler normalement dans l'échangeur thermique. La rencontre avec
le bouchon va entraîner l'apparition d'un pic de pression sur la ligne d'alimentation.
[0011] Il est donc nécessaire de trouver un système d'échangeur qui limite les intensités
des pics de pression dus aux bouchons hydrauliques dans l'échangeur thermique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0012] Un objet de la présente invention est de proposer un système d'échangeur qui comporte
deux échangeurs thermiques et un ensemble de vannes où chacune est commandée alternativement
en ouverture ou en fermeture, selon les conditions d'utilisation.
[0013] A cet effet, est proposé un système d'échangeur contenant un fluide caloporteur et
comportant :
- un premier échangeur thermique et un deuxième échangeur thermique, où chaque échangeur
comporte un premier orifice et un deuxième orifice,
- une canalisation de dérivation qui s'étend entre une entrée et une sortie,
- une première canalisation fluidiquement connectée entre la canalisation de dérivation
et le premier orifice du premier échangeur thermique entre l'entrée et la sortie de
la canalisation de dérivation,
- une deuxième canalisation fluidiquement connectée entre la canalisation de dérivation
et le premier orifice du deuxième échangeur thermique entre la première canalisation
et la sortie de la canalisation de dérivation,
- une canalisation de retour fluidiquement connectée aux deux deuxièmes orifices des
deux échangeurs thermiques et à la canalisation de dérivation entre la deuxième canalisation
et la sortie de la canalisation de dérivation,
- une première vanne montée sur la canalisation de dérivation entre la première canalisation
et la deuxième canalisation,
- une deuxième vanne montée sur la canalisation de dérivation entre la deuxième canalisation
et la canalisation de retour,
- une troisième vanne montée sur la canalisation de retour entre les deux deuxièmes
orifices et la canalisation de dérivation, et
- une unité de contrôle qui commande chaque vanne alternativement en ouverture ou en
fermeture.
[0014] Avec un tel arrangement, les intensités des pics de pression dus à des bouchons sont
limitées par répartition du flux du fluide caloporteur dans deux canalisations en
parallèle.
[0015] Avantageusement, à partir d'une position ouverte de la première vanne, d'une position
ouverte de la deuxième vanne, et d'une position fermée de la troisième vanne, l'unité
de contrôle est prévue pour commander l'ouverture de la troisième vanne et la fermeture
de la deuxième vanne.
[0016] Avantageusement, à partir de l'état ainsi atteint, l'unité de contrôle est prévue
pour commander la fermeture de la première vanne, l'ouverture de la deuxième vanne
et la fermeture de la troisième vanne.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0017] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront
plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation,
ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels
:
Fig. 1 est une représentation schématique d'un système d'échangeur selon l'invention
selon une première condition d'utilisation,
Fig. 2 est une représentation schématique d'un système d'échangeur selon l'invention
selon une deuxième condition d'utilisation, et
Fig. 3 est une représentation schématique d'un système d'échangeur selon l'invention
selon une troisième condition d'utilisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION
[0018] Les Figs. 1 à 3 montrent un ensemble 20 qui comporte une installation 10 et un système
d'échangeur 100 selon l'invention qui est prévu pour refroidir ladite installation
10.
[0019] Le système d'échangeur 100 comporte un premier échangeur thermique 102a et un deuxième
échangeur thermique 102b.
[0020] Le système d'échangeur 100 comporte une canalisation de dérivation 104 qui s'étend
entre une entrée 106a et une sortie 106b.
[0021] Chaque échangeur thermique 102a-b comporte un premier orifice 108a-b et un deuxième
orifice 110a-b. Comme décrit ci-dessous, un orifice 108a-b, 110a-b peut être selon
les modes de fonctionnement, une entrée ou une sortie.
[0022] Le système d'échangeur 100 comporte également une première canalisation 112a fluidiquement
connectée entre la canalisation de dérivation 104 et le premier orifice 108a du premier
échangeur thermique 102a. La connexion à la canalisation de dérivation 104 est réalisée
entre l'entrée 106a et la sortie 106b de la canalisation de dérivation 104.
[0023] Le système d'échangeur 100 comporte également une deuxième canalisation 112b fluidiquement
connectée entre la canalisation de dérivation 104 et le premier orifice 108b du deuxième
échangeur thermique 102b. La connexion à la canalisation de dérivation 104 est réalisée
entre la première canalisation 112a et la sortie 106b de la canalisation de dérivation
104.
[0024] Le système d'échangeur 100 comporte également une canalisation de retour 114 qui
est fluidiquement connectée aux deux deuxièmes orifices 110a-b des deux échangeurs
thermiques 102a-b et à la canalisation de dérivation 104. La connexion à la canalisation
de dérivation 104 est réalisée entre la deuxième canalisation 112b et la sortie 106b
de la canalisation de dérivation 104.
[0025] Le système d'échangeur 100 comporte également une première vanne 116a qui est montée
sur la canalisation de dérivation 104 entre la première canalisation 112a et la deuxième
canalisation 112b.
[0026] Le système d'échangeur 100 comporte également une deuxième vanne 116b qui est montée
sur la canalisation de dérivation 104 entre la deuxième canalisation 112b et la canalisation
de retour 114.
[0027] Le système d'échangeur 100 comporte également une troisième vanne 116c qui est montée
sur la canalisation de retour 114 entre les deux deuxièmes orifices 110a-b et la canalisation
de dérivation 104.
[0028] Chaque vanne 116a-c est commandée alternativement en ouverture ou en fermeture par
une unité de contrôle, par exemple du type processeur, qui commande la position de
chaque vanne 116a-c selon les besoins du système d'échangeur 100. L'unité de contrôle
peut être interne au système d'échangeur 100 ou elle peut être une unité de contrôle
plus générale pour commander l'ensemble 20.
[0029] L'ensemble 20 comporte également une canalisation de transfert 22 qui s'étend entre
la sortie 106b et l'entrée 106a de la canalisation de dérivation 104 en traversant
l'installation 10.
[0030] Un fluide caloporteur, comme par exemple de l'huile, circule dans la canalisation
de transfert 22 et le système d'échangeur 100 par l'intermédiaire d'une pompe 30 montée
par exemple sur la canalisation de transfert 22. En traversant l'installation 10,
le fluide caloporteur se charge de calories.
[0031] Ainsi, l'huile est entraînée dans la canalisation de transfert 22 puis en fonction
de la position des vannes 116a-c, l'huile va circuler entre l'entrée 106a et la sortie
106b de la canalisation de dérivation 104 et en particulier, éventuellement, dans
les échangeurs thermiques 102a-b.
[0032] Les échangeurs thermiques 102a-b sont disposés dans un flux d'air F qui permet l'évacuation
des calories du fluide caloporteur vers l'air.
[0033] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 1, la première vanne 116a est fermée, la
deuxième vanne 116b est ouverte et la troisième vanne 116c est fermée.
[0034] Le fluide caloporteur circule alors depuis l'entrée 106a de la canalisation de dérivation
104 à travers successivement la première canalisation 112a, le premier échangeur 102a,
la canalisation de retour 114, le deuxième échangeur 102b, la deuxième canalisation
112b, pour rejoindre la canalisation de dérivation 104 et sa sortie 106b à travers
la deuxième vanne 116b.
[0035] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 1, le fluide caloporteur traverse successivement
les deux échangeurs thermiques 102a-b pour un refroidissement maximal. Dans ce mode,
le débit et la vitesse du fluide caloporteur sont maximisés.
[0036] Dans ce mode de fonctionnement, la distance parcourue dans les échangeurs thermiques
102a-b est longue et les vitesses sont élevées, ce qui induit de fortes pertes de
charges.
[0037] Ce mode de fonctionnement est plus particulièrement utilisé lorsque la température
du fluide caloporteur est au-dessus d'un seuil haut.
[0038] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 2, la première vanne 116a est ouverte,
la deuxième vanne 116b est fermée et la troisième vanne 116c est ouverte.
[0039] Le fluide caloporteur circule alors depuis l'entrée 106a de la canalisation de dérivation
104 à travers la première canalisation 112a et la deuxième canalisation 112b à travers
la première vanne 116a, puis à travers chaque échangeur 102a-b, la canalisation de
retour 114, pour rejoindre la canalisation de dérivation 104 et sa sortie 106b à travers
la troisième vanne 116c.
[0040] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 2, le refroidissement n'est pas maximal
et le débit du fluide caloporteur est partagé entre les deux échangeurs thermiques
102a-b et ainsi, pour chaque échangeur thermique 102a-b, le débit et la vitesse sont
divisés par deux.
[0041] Dans ce mode de fonctionnement, la distance parcourue par le fluide caloporteur dans
les échangeurs thermiques 102a-b est divisée par deux par rapport au mode de fonctionnement
précédent, et le débit est également divisé par deux par rapport au mode de fonctionnement
précédent, ce qui implique une perte de charge réduite d'un facteur compris entre
quatre et huit par rapport au mode de fonctionnement précédent.
[0042] Ce mode de fonctionnement est plus particulièrement utilisé lorsque la température
du fluide caloporteur est au-dessus d'un seuil bas et au-dessous du seuil haut supérieur
au seuil bas.
[0043] Ce mode de fonctionnement est également adapté pour assurer la mise en température
au démarrage du système, et en particulier, assurer la décongélation des échangeurs
thermiques 102a-b.
[0044] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 3, la première vanne 116a est ouverte,
la deuxième vanne 116b est ouverte et la troisième vanne 116c est fermée.
[0045] Le fluide caloporteur circule alors depuis l'entrée 106a uniquement dans la canalisation
de dérivation 104 pour rejoindre la sortie 106b à travers la première vanne 116a et
la deuxième vanne 116b.
[0046] Dans le mode de fonctionnement de la Fig. 3, la température du fluide caloporteur
est inférieure au seuil bas et le fluide caloporteur ne traverse pas les échangeurs
thermiques 102a-b car il n'a pas besoin d'être refroidi.
[0047] Le mode de fonctionnement de la Fig. 3 correspond à un mode en dérivation (« by pass
» en Anglais).
[0048] En outre, lorsque l'on passe du mode de fonctionnement de la Fig. 1 au mode de fonctionnement
de la Fig. 2, l'air qui pourrait se trouver dans le système n'a pas le temps de se
tranquilliser ni de former un bouchon, car les échangeurs sont toujours gavés.
[0049] Le basculement dans l'un ou l'autre des trois modes de fonctionnement est réalisé
par l'unité de contrôle par exemple à partir de la température du fluide caloporteur
mesurée par une sonde de température reliée à l'unité de contrôle.
[0050] A partir du mode de fonctionnement de la Fig. 3 qui correspond au mode « by pass
», il est alors possible de passer dans le mode de fonctionnement de la Fig. 2, et
ainsi, même si des bouchons hydrauliques sont apparus dans les échangeurs thermiques
102a-b, la répartition du fluide caloporteur dans la première et la deuxième canalisations
112a-b permet de limiter l'intensité des pics de pression créés lorsque le fluide
caloporteur rencontre ces bouchons hydrauliques.
[0051] Après un certain temps, il est alors possible de basculer dans le mode de fonctionnement
de la Fig. 1 si besoin et en fonction de la température du fluide caloporteur.
[0052] L'unité de contrôle est ainsi prévue pour, à partir du mode de fonctionnement de
la Fig. 3, commander les vannes 116a-c pour passer dans le mode de fonctionnement
de la Fig. 2, puis éventuellement passer dans le mode de fonctionnement de la Fig.
1.
[0053] Ainsi, à partir de la position ouverte de la première vanne 116a, de la position
ouverte de la deuxième vanne 116b, et de la position fermée de la troisième vanne
116c, l'unité de contrôle est prévue pour commander l'ouverture de la troisième vanne
116c et la fermeture de la deuxième vanne 116b.
[0054] Puis, à partir de l'état ainsi atteint, l'unité de contrôle est prévue pour commander
la fermeture de la première vanne 116a, l'ouverture de la deuxième vanne 116b et la
fermeture de la troisième vanne 116c.
[0055] Pour éviter les à-coups brusques, le passage du mode de fonctionnement de la Fig.
1 au mode de fonctionnement de la Fig. 3 s'effectue également à travers le mode de
fonctionnement de la Fig. 2.
[0056] Les différentes vannes 116a-c sont par exemple des électrovannes.
[0057] Pour assurer le fonctionnement du système d'échangeur 100 même en cas de défaillance,
il est préférable de prévoir que la première vanne 116a est normalement ouverte, que
la deuxième vanne 116b est normalement fermée, et que la troisième vanne 116c est
normalement ouverte.
1. Système d'échangeur (100) contenant un fluide caloporteur et comportant :
- un premier échangeur thermique (102a) et un deuxième échangeur thermique (102b),
où chaque échangeur (102a-b) comporte un premier orifice (108a-b) et un deuxième orifice
(110a-b), ledit système d'échangeur (100) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- une canalisation de dérivation (104) qui s'étend entre une entrée (106a) et une
sortie (106b),
- une première canalisation (112a) fluidiquement connectée entre la canalisation de
dérivation (104) et le premier orifice (108a) du premier échangeur thermique (102a)
entre l'entrée (106a) et la sortie (106b) de la canalisation de dérivation (104),
- une deuxième canalisation (112b) fluidiquement connectée entre la canalisation de
dérivation (104) et le premier orifice (108b) du deuxième échangeur thermique (102b)
entre la première canalisation (112a) et la sortie (106b) de la canalisation de dérivation
(104),
- une canalisation de retour (114) fluidiquement connectée aux deux deuxièmes orifices
(110a-b) des deux échangeurs thermiques (102a-b) et à la canalisation de dérivation
(104) entre la deuxième canalisation (112b) et la sortie (106b) de la canalisation
de dérivation (104),
- une première vanne (116a) montée sur la canalisation de dérivation (104) entre la
première canalisation (112a) et la deuxième canalisation (112b),
- une deuxième vanne (116b) montée sur la canalisation de dérivation (104) entre la
deuxième canalisation (112b) et la canalisation de retour (114),
- une troisième vanne (116c) montée sur la canalisation de retour (114) entre les
deux deuxièmes orifices (110a-b) et la canalisation de dérivation (104), et
- une unité de contrôle qui commande chaque vanne (116a-c) alternativement en ouverture
ou en fermeture.
2. Système d'échangeur (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à partir d'une position ouverte de la première vanne (116a), d'une position ouverte
de la deuxième vanne (116b), et d'une position fermée de la troisième vanne (116c),
l'unité de contrôle est prévue pour commander l'ouverture de la troisième vanne (116c)
et la fermeture de la deuxième vanne (116b).
3. Système d'échangeur (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à partir de l'état ainsi atteint, l'unité de contrôle est prévue pour commander la
fermeture de la première vanne (116a), l'ouverture de la deuxième vanne (116b) et
la fermeture de la troisième vanne (116c).