FR2756369A1 - Heat and/or material exchanger using rotating deflectors to mix gases - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif d'échange de matière et de chaleur et, en particulier, un dispositif d'échange de matière et de chaleur destiné à servir de garnissage dans les colonnes de distillation à nombre de plateaux théoriques élevé, typiquement dans les colonnes de distillation d'air ou de mélanges de monoxyde de carbone, d'azote, d'hydrogène ou d'hydrocarbures, ou dans les colonnes de séparation isotopique. II peut également servir pour la distillation isotopique. Typiquement, il sera installé dans les colonnes de distillation à nombre de plateaux théoriques élevés. The present invention relates to a material and heat exchange device and, in particular, to a material and heat exchange device intended to serve as a packing in distillation columns with a high number of theoretical plates, typically in the columns. distillation of air or mixtures of carbon monoxide, nitrogen, hydrogen or hydrocarbons, or in isotopic separation columns. It can also be used for isotopic distillation. Typically, it will be installed in distillation columns with a high number of theoretical plates.
Les garnissages ordinairement utilisés comprennent des bandes ondulées comprenant des ondulations alternées parallèles disposées chacune dans un plan général vertical et les unes contre les autres les ondulations étant obliques et descendant dans des sens opposés d'une bande à la suivante. Le taux de perforation est d'environ 10 % pour ces garnissages dits onduléscroisés. The linings ordinarily used comprise corrugated strips comprising parallel alternating corrugations each arranged in a general vertical plane and one against the other the corrugations being oblique and descending in opposite directions from one strip to the next. The perforation rate is around 10% for these so-called corrugated fillings.
GB-A-1004046 divulgue des garnissages du type ondulé-croisé. GB-A-1004046 discloses packings of the corrugated-cross type.
CA-A-1095827 propose une amélioration de ce type de garnissage en ajoutant une perforation dense de petit diamètre pour permettre au liquide de transiter de part et d'autre des bandes ondulées croisées. CA-A-1095827 proposes an improvement of this type of filling by adding a dense perforation of small diameter to allow the liquid to pass on either side of the crossed wavy bands.
WO-A-86/06296 et WO-A-90/10497 divulguent un garnissage composé de couches horizontales et superposées, chaque couche comprenant une rangée de pyramides. WO-A-86/06296 and WO-A-90/10497 disclose a filling composed of horizontal and superimposed layers, each layer comprising a row of pyramids.
Dans WO-A-86106296, la structure comprend des pyramides à bases ouvertes, et à faces latérales alternativement ouvertes et fermées, raccordées par leurs pointes de manière à constituer une multitude de pales de ventilateur mettant le gaz en rotation pour intensifier le contact entre le gaz et le liquide. In WO-A-86106296, the structure comprises pyramids with open bases, and with alternately open and closed side faces, connected by their points so as to constitute a multitude of fan blades putting the gas in rotation to intensify the contact between the gas and liquid.
Une caractéristique fondamentale de cette structure est de pouvoir être obtenue par assemblage de feuilles métalliques perforées et pliées. Cette fois-ci, la perforation n'est plus seulement destinée à optimiser la circulation du liquide mais aussi à permettre au gaz de passer à travers les bandes pliées croisées, le taux de perforation étant de l'ordre de 50 %. A fundamental characteristic of this structure is that it can be obtained by assembling perforated and folded metal sheets. This time, the perforation is no longer only intended to optimize the circulation of the liquid but also to allow the gas to pass through the folded crossed bands, the perforation rate being of the order of 50%.
Paradoxalement, c'est juste à ce moment de début de contestation radicale du garnissage de l'ondulé croisé que celui-ci a commencé à être utilisé dans la séparation des gaz de l'air. Cette utilisation relativement tardive s'explique en partie par les hautes performances des plateaux cryogéniques vis à vis des autres plateaux du marché (HETP, hauteur équivalente à un plateau théorique, de l'ordre de 10 cm, et perte de charge faible). Paradoxically, it was just at this moment of the start of a radical challenge to the lining of the cross-corrugated that it began to be used in the separation of gases from air. This relatively late use is partly explained by the high performance of cryogenic platforms compared to other platforms on the market (HETP, height equivalent to a theoretical platform, of the order of 10 cm, and low pressure drop).
Dans WO-A-90/10497, on améliore la structure ci-dessus obtenue en faisant coincider les faces des pyramides de deux couches successives, ce qui crée des canaux transversaux par rapport aux bandes, et favorise le mélange transversal. II mentionne clairement l'intérêt d'une double perforation : une à damier (donc à 50 % de surface perforée) pour le gaz, et une perforation secondaire dans les faces fermées pour organiser le ruissellement du liquide. In WO-A-90/10497, the above structure is improved by making the faces of the pyramids of two successive layers coincide, which creates transverse channels with respect to the bands, and promotes transverse mixing. It clearly mentions the advantage of a double perforation: a checkerboard (therefore at 50% of perforated surface) for the gas, and a secondary perforation in the closed faces to organize the runoff of the liquid.
Ce dernier brevet a donné naissance au produit Sulzer Optiflow qui représente la première réalisation d'une nouvelle génération, donnant accès à des performances notablement accrues par rapport aux onduléscroisés maintenant classiques (HETP réduite de l'ordre de 25 à 30 % à débit vapeur constant, ou débit d'engorgement augmenté de l'ordre de 25 à 30 % à
HETP constante).This latest patent gave birth to the Sulzer Optiflow product, which represents the first achievement of a new generation, giving access to significantly increased performance compared to the now conventional cross-corrugated (HETP reduced by around 25 to 30% at constant vapor flow , or congestion flow increased by around 25 to 30% at
Constant HETP).
Le fait de raccorder les pyramides par les pointes ( sommets .et coins , on désigne par coins les pointes situées sur la base) présente un inconvénient important : du fait du peu de matière subsistant en ces points, la tenue mécanique de l'ensemble impose de lier physiquement ces pointes par un procédé mécanique de type agrafage, ligature, soudage ou couture qui nécessite des outils complexes et coûteux, et se traduit donc par un coût assez élevé. On peut en outre remarquer que, le nombre de ces fixations varie comme le nombre des pyramides, c'est-à-dire comme le cube de l'inverse de leur dimension, ce qui limite la surface spécifique économiquement accessible de ce type de garnissage. The fact of connecting the pyramids by the points (vertices. And corners, the points situated on the base are designated by corners) has an important drawback: due to the little material remaining at these points, the mechanical strength of the assembly requires to physically bind these points by a mechanical method of stapling, tying, welding or sewing which requires complex and expensive tools, and therefore results in a fairly high cost. We can also note that, the number of these fixings varies as the number of pyramids, that is to say as the cube of the inverse of their dimension, which limits the specific economically accessible surface of this type of lining. .
D'autre part, le principe de la perforation en damier entraine un taux de chutes de l'ordre de 50 %; c'est particulièrement dommage quand la matière du garnissage est d'un coût élevé, un tissu par exemple. On the other hand, the principle of checkerboard perforation leads to a fall rate of around 50%; this is particularly unfortunate when the material of the upholstery is of high cost, a fabric for example.
II apparait aussi que cette structure est très aérée et que la HETP pourrait encore être réduite si on arrivait à loger une partie des chutes dans la structure sans dégrader la turbulence du gaz ni le taux de mouillage de la surface. It also appears that this structure is very airy and that the HETP could be further reduced if it were possible to accommodate part of the falls in the structure without degrading the turbulence of the gas or the rate of wetting of the surface.
Le but de la présente invention est de créer un dispositif d'échange de chaleur et de matière à fabrication simplifiée par rapport à ceux de l'art antérieur et donc de permettre de réaliser pratiquement des garnissages très fins, donc à HETP encore plus petite. The object of the present invention is to create a device for exchanging heat and material with simplified manufacture compared to those of the prior art and therefore making it possible to produce practically very fine linings, therefore with an even smaller HETP.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un dispositif d'échange de matière et de chaleur constitué par superposition de couches comprises entre deux plans horizontaux, chaque couche comprenant des déflecteurs. According to an object of the invention, there is provided a material and heat exchange device constituted by superposition of layers included between two horizontal planes, each layer comprising deflectors.
Ces déflecteurs ont une forme allongée, sensiblement symétrique par rapport à leur axe longitudinal, comme des feuilles d'arbre, ils ne sont pas nécessairement rigoureusement plans. ils sont inclinés par rapport à l'horizontale de manière que leur axe longitudinal soit une ligne de plus grande pente. These deflectors have an elongated shape, substantially symmetrical with respect to their longitudinal axis, like tree leaves, they are not necessarily strictly planar. they are inclined relative to the horizontal so that their longitudinal axis is a line of greatest slope.
Pour décrire leur disposition dans une couche horizontale, on les munit de deux axes verticaux immatériels A et B passant à proximité de leur contour approximativement à mi distance des extrémités supérieure et inférieure: une rangée est générée de proche en proche à partir d'un déflecteur initial par rotations alternées d'angle a autour de l'axe A et d'angle -a autour de l'axe B. To describe their arrangement in a horizontal layer, they are provided with two immaterial vertical axes A and B passing near their outline approximately halfway between the upper and lower ends: a row is generated step by step from a deflector initial by alternating rotations of angle a around the axis A and of angle -a around the axis B.
Chaque rotation génère un nouveau déflecteur et un nouvel axe. Les rangées sont ensuite déduites les unes des autres de proche en proche par rotations alternées de 1800 autour d'axes verticaux A' et B' voisins respectivement d'axes A et B, voir figures 1, Ibis, 1ter. On obtient ainsi, autour de chaque axe
A' ou B' un ensemble de quatre déflecteurs qui sont orientés comme les pales d'un ventilateur. II va de soi que, les déflecteurs étant sensiblement symétriques, on peut faire subir à n'importe quel d'entre eux une symétrie autour du plan vertical passant par son axe longitudinal sans altérer la structure. De la même façon, la même structure peut être constituée de quatre familles de déflecteurs de formes, de positions et d'orientations voisines, non rigoureusement déduites les unes des autres par les rotations définies cidessus.Each rotation generates a new deflector and a new axis. The rows are then deducted from each other step by step by alternating rotations of 1800 around vertical axes A 'and B' neighboring axes A and B respectively, see Figures 1, Ibis, 1ter. We thus obtain, around each axis
A 'or B' a set of four deflectors which are oriented like the blades of a fan. It goes without saying that, the deflectors being substantially symmetrical, any of them can be subjected to symmetry about the vertical plane passing through its longitudinal axis without altering the structure. In the same way, the same structure can be made up of four families of deflectors of neighboring shapes, positions and orientations, not rigorously deduced from each other by the rotations defined above.
La structure ainsi décrite permet de créer l'écoulement tourbillonnaire du gaz qui améliore l'échange avec le film liquide ruisselant sur les déflecteurs et le gaz. Elle présente l'avantage de donner une grande liberté de conception pour définir la forme et les liens des déflecteurs. Cette liberté doit être utilisée pour mieux assurer les autres fonctions du produit et réduire son coût. The structure thus described makes it possible to create the vortex flow of the gas which improves the exchange with the liquid film trickling over the deflectors and the gas. It has the advantage of giving great freedom of design to define the shape and the links of the deflectors. This freedom should be used to better perform the other functions of the product and reduce its cost.
On peut remarquer que la structure à pyramides ouvertes des brevets ci-dessus est un cas très particulier de la structure générale qui vient d'être décrite lorsque les conditions suivantes sont simultanément remplies:
1. Les déflecteurs sont des losanges
2. La valeur de l'angle a est 90"
3. Les axes de rotations passent rigoureusement par les extrémités des petites diagonales de ces losanges
4. Les sommets supérieurs des losanges d'une couche coincident avec les sommets inférieurs de la couche immédiatement supérieure.It can be noted that the open pyramid structure of the above patents is a very special case of the general structure which has just been described when the following conditions are simultaneously fulfilled:
1. The deflectors are diamonds
2. The value of the angle a is 90 "
3. The axes of rotation pass strictly through the ends of the small diagonals of these diamonds
4. The upper vertices of the diamonds of a layer coincide with the lower vertices of the immediately upper layer.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un dispositif d'échange de matière et de chaleur comprenant des bandes pliées et/ou cintrées et/ou vrillées disposées dans un plan général vertical et les unes contre les autres dans lequel une première bande s'engage avec une deuxième bande adjacente par engagement d'une saillie de la première feuille qui s'engage dans un creux de la deuxième feuille. According to another object of the invention, there is provided a material and heat exchange device comprising folded and / or curved and / or twisted strips arranged in a general vertical plane and against each other in which a first strip engages with a second adjacent strip by engagement of a projection of the first sheet which engages in a hollow in the second sheet.
Selon un autre objet de l'invention il est prévu un dispositif d'échange de matière et de chaleur constitué de feuilles comprenant des points d'appui reliant des déflecteurs successifs d'une même feuille. Ces points peuvent définir des facettes sensiblement verticales et parallèles à la direction générale des feuilles. Une manière simple de les réaliser est de les délimiter par deux coupes et deux plis parallèles. Ces paires de plis étant obliques et descendant dans des sens opposés d'une feuille à la suivante. Ces deux plis peuvent également être séparés par un ou plusieurs autres plis. Cependant ces deux plis peuvent être remplacés par un cintrage, la facette prend alors une forme cylindrique tangente aux deux déflecteurs tout en conservant de bonnes propriétés d'appui. According to another object of the invention there is provided a material and heat exchange device consisting of sheets comprising support points connecting successive deflectors of the same sheet. These points can define facets which are substantially vertical and parallel to the general direction of the leaves. A simple way to make them is to delimit them by two cuts and two parallel folds. These pairs of folds being oblique and descending in opposite directions from one sheet to the next. These two folds can also be separated by one or more other folds. However, these two folds can be replaced by bending, the facet then takes a cylindrical shape tangent to the two deflectors while retaining good bearing properties.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'un dispositif d'échange de matière et de chaleur dans lequel des feuilles métalliques sont découpées et pliées et/ou cintrées et/ou vrillées pour former des feuilles avec des zones d'appui plates, courbes ou ondulées. According to another object of the invention, there is provided a method of manufacturing a material and heat exchange device in which metal sheets are cut and folded and / or bent and / or twisted to form sheets with flat, curved or wavy support zones.
II est également prévu un procédé de séparation de gaz de l'air, ou d'hydrocarbures, ou d'oxyde de carbone ou d'isotopes dans une colonne de distillation comprenant au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 36. There is also provided a method for separating gas from air, or hydrocarbons, or carbon monoxide or isotopes in a distillation column comprising at least one device according to one of claims 1 to 36.
D'autres aspects de l'invention sont maintenant décrits, en se référant aux dessins suivants dont:
- la figure 1 et 1A montrent des vues schématiques latérale et d'en haut des déflecteurs d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 1B montre la position des axes A, B d'une première rangée (Ao, A1,... Ai, Bo, B1, ... Bi) et d'une deuxième rangée (Ao, A1,.. Ai, Bo, B1, .. Bi) déduite de la première rangée,
- la figure 2 montre une première disposition de déflecteurs favorisant l'écoulement d'un liquide,
- la figure 3 montre une deuxième disposition des déflecteurs favorisant l'écoulement d'un liquide,
- la figure 4 montre la forme idéale d'un déflecteur,
- la figure 5 montre un feuillard plié avec une paire de lignes de pliage, avant (5A) et après (5B) pliage,
- les figures 6 et 7 montrent des feuillards non-pliés qui peuvent être pliés, cintrés ou vrillés et ensuite assemblés pour former un dispositif selon l'invention,
- la figure 6A montre un feuillard de la figure 6 plié,
- la figure 8 montre une liaison entre quatre déflecteurs de la structure
- la figure 9 montre une coupe de feuillard plié,
Les documents cités ci-dessus sont muets sur la circulation du liquide.Other aspects of the invention are now described, with reference to the following drawings, including:
FIG. 1 and 1A show schematic side and top views of the deflectors of a device according to the invention,
- Figure 1B shows the position of the axes A, B of a first row (Ao, A1, ... Ai, Bo, B1, ... Bi) and of a second row (Ao, A1, .. Ai , Bo, B1, .. Bi) deduced from the first row,
FIG. 2 shows a first arrangement of deflectors promoting the flow of a liquid,
FIG. 3 shows a second arrangement of the deflectors promoting the flow of a liquid,
FIG. 4 shows the ideal shape of a deflector,
FIG. 5 shows a folded strip with a pair of fold lines, before (5A) and after (5B) fold,
FIGS. 6 and 7 show unfolded strips which can be folded, bent or twisted and then assembled to form a device according to the invention,
FIG. 6A shows a strip of FIG. 6 folded,
- Figure 8 shows a connection between four deflectors of the structure
FIG. 9 shows a section of folded strip,
The documents cited above are silent on the circulation of the liquid.
Chaque déflecteur de la présente invention est alimenté par le liquide d'un ou deux déflecteurs de la couche immédiatement supérieure (Figure 2). Each deflector of the present invention is supplied with the liquid of one or two deflectors of the layer immediately above (Figure 2).
Celui-ci coule ensuite vers un ou deux déflecteurs de la couche immédiatement inférieure. Ces transferts peuvent être assurés par ruissellement le long d'un lien physique de forme quelconque en pente descendante entre deux déflecteurs successifs, mais ils peuvent aussi comporter un parcours en chute libre. Dans les deux cas, il n'est pas nécessaire qu'une extrémité inférieure d'un déflecteur coïncide strictement avec une extrémité supérieure de déflecteur alimenté par lui. Là encore on dispose d'une grande liberté de conception pour assembler les déflecteurs.This then flows to one or two deflectors in the next lower layer. These transfers can be ensured by runoff along a physical link of any shape in a downward slope between two successive deflectors, but they can also include a path in free fall. In both cases, it is not necessary for a lower end of a deflector to coincide strictly with an upper end of a deflector fed by it. Again there is great design freedom to assemble the deflectors.
La figure 2 montre deux déflecteurs 1A, 1B d'une couche supérieure qui déversent du liquide sur le déflecteur 1C d'une couche inférieure. Le lien physique 2A relie le bout inférieur du déflecteur au bout supérieur du déflecteur 1C. Par contre, le liquide provenant du déflecteur 1B coule sur l'extension 2B et tombe en chute libre sur la surface supérieure du déflecteur iC. Le déflecteur 1C est donc alimenté par deux déflecteurs de la couche immédiatement supérieure. Cependant, tout le liquide des faces tombe sur la face supérieure du déflecteur 1C, il est donc utile de prévoir une ou plusieurs perforations secondaires dans le déflecteur 1C afin de renvoyer du liquide sur la face inférieure de 1C. FIG. 2 shows two deflectors 1A, 1B of an upper layer which pour liquid on the deflector 1C of a lower layer. The physical link 2A connects the lower end of the deflector to the upper end of the deflector 1C. On the other hand, the liquid coming from the deflector 1B flows on the extension 2B and falls in free fall on the upper surface of the deflector iC. The deflector 1C is therefore supplied by two deflectors of the layer immediately above. However, all the liquid from the faces falls on the upper face of the deflector 1C, it is therefore useful to provide one or more secondary perforations in the deflector 1C in order to return liquid to the lower face of 1C.
Dans la figure 3, le déflecteur 1L d'une couche supérieure déverse du liquide sur les déflecteurs 1M, 1N d'une couche adjacente. Le déflecteur 1L a plusieurs points de collecte dont chacun alimente un déflecteur. De cette manière, le déflecteur 1N est relié au déflecteur 1L par un lien physique 35A constitué par une extension du point de collecte et le déflecteur 1M est alimenté par des gouttes de liquide tombant en chute libre du point 35A du déflecteur IL. In FIG. 3, the deflector 1L of an upper layer pours liquid on the deflectors 1M, 1N of an adjacent layer. The deflector 1L has several collection points, each of which supplies a deflector. In this way, the deflector 1N is connected to the deflector 1L by a physical link 35A constituted by an extension of the collection point and the deflector 1M is supplied with drops of liquid falling in free fall from point 35A of the deflector IL.
II faut bien sûr que le maximum de surface des déflecteurs soit mouillée. Cette remarque suffit à esquisser la meilleure forme à donner aux déflecteurs. It is of course necessary that the maximum surface area of the deflectors is wet. This remark is enough to outline the best shape to give to the deflectors.
La partie haute doit être pointue de manière à suivre l'étalement du liquide à partir de son point d'alimentation. En revanche une fois cet étalement obtenu, le déflecteur peut garder sa largeur maximum sur une certaine distance. Le collectage est lui plus facile et peut se faire sur des arêtes de faible pente avec un contour faiblement pentu. Ceci conduit à la forme ventrue illustrée par la figure 4. The upper part must be pointed so as to follow the spreading of the liquid from its supply point. On the other hand, once this spreading has been obtained, the deflector can keep its maximum width over a certain distance. Collecting is easier and can be done on edges of slight slope with a slightly sloping contour. This leads to the bulging shape illustrated in FIG. 4.
Ainsi le liquide coule d'un point d'alimentation 30 à une zone d'étalement 31 sensiblement triangulaire. De là il passe à une zone d'écoulement uniforme 32 avant d'être concentré en bas du déflecteur sur un ou plusieurs points de collecte 34, 34A par les arêtes de collecte 33. On notera que cette forme correspond à une forme de feuille avec une extrémité pointue 30, une zone centrale de largeur sensiblement constante 32 et une extrémité abrupte 34. Thus the liquid flows from a supply point 30 to a substantially triangular spreading zone 31. From there it passes to a uniform flow area 32 before being concentrated at the bottom of the deflector on one or more collection points 34, 34A by the collection edges 33. It will be noted that this shape corresponds to a sheet shape with a pointed end 30, a central zone of substantially constant width 32 and an abrupt end 34.
L'efficacité d'un garnissage dépend beaucoup de sa capacité à assurer un brassage transversal des fluides. Il est souhaitable d'assurer le passage du liquide dans des directions transversales à la circulation globale du gaz. On peut collecter le liquide tombant d'un déflecteur en deux points différents et envoyer ces deux liquides vers deux déflecteurs différents donc dans des directions différentes (figure 4). De cette manière le liquide pourra rencontrer des filets de gaz différents et ceci participera à la compensation des inévitables défauts locaux de la distillation. The effectiveness of a packing depends very much on its ability to ensure transverse mixing of the fluids. It is desirable to ensure the passage of the liquid in directions transverse to the overall circulation of the gas. We can collect the liquid falling from a deflector at two different points and send these two liquids to two different deflectors, therefore in different directions (Figure 4). In this way the liquid can meet different gas threads and this will help to compensate for the inevitable local defects of the distillation.
Pour une raison de coût, il faut que ces déflecteurs puissent être fabriqués à partir d'un matériau en feuille. Malheureusement la technique de perforation-pliage et/ou perforation-cintrage utilisée jusqu'à maintenant pour fabriquer les garnissages structurés ne permet pas d'obtenir une richesse de formes à la hauteur des besoins de l'architecture décrite ci-dessus. For cost reasons, these deflectors must be able to be made from sheet material. Unfortunately, the perforation-folding and / or perforation-bending technique used until now to manufacture structured packings does not allow a richness of forms to be obtained which meets the needs of the architecture described above.
II existe cependant une méthode qui permet d'obtenir des formes très riches à partir de produit plat : le découpage-pliage. II suffit pour s'en convaincre de regarder certains livres en relief ou certains emballages en carton. Le pliage est bien connu pour fabriquer des polyèdres. Ce procédé n'a jamais, à notre connaissance, été utilisé pour fabriquer des garnissages structurés. Bien que très riche de possibilités, ce procédé peut être particulièrement économique puisque les opérations successives de découpage et de pliage peuvent être intégrées dans un même outil de presse. However, there is a method which makes it possible to obtain very rich shapes from a flat product: cutting and folding. It is enough to be convinced to look at certain embossed books or certain cardboard packaging. Folding is well known for making polyhedra. To our knowledge, this process has never been used to manufacture structured packings. Although very rich in possibilities, this process can be particularly economical since the successive cutting and folding operations can be integrated in the same press tool.
Dans les figures suivantes, les plis ou des lignes vrillés sont représentés par des pointillés courts, les découpes par des traits pleins. In the following figures, the folds or twisted lines are represented by short dotted lines, the cutouts by solid lines.
La figure 5A montre sur un exemple comment le découpage-pliage permet de réaliser la liaison et la cohésion entre deux rectangles 30, 31 en contact par les milieux de deux côtés et déduites l'une de l'autre par rotation autour d'un axe vertical et légèrement sécantes, L'angle de rotation est ici de 900. La courte diagonale BD du parallélogramme ABCD est la trace de cette facette sur le plan horizontal médian. On voit que le développement de l'intersection du feuillard plié avec ce plan est une ligne brisée (figurée en tirets longs), il en résulte que les déflecteurs sont légèrement inclinés dans la feuille avant pliage. Cette inclinaison est d'autant plus forte que les facettes ABCD sont grandes par rapport aux déflecteurs. FIG. 5A shows on an example how the cutting-folding makes it possible to achieve the connection and the cohesion between two rectangles 30, 31 in contact by the media on two sides and deduced from each other by rotation around an axis vertical and slightly intersecting, The angle of rotation here is 900. The short diagonal BD of the parallelogram ABCD is the trace of this facet on the median horizontal plane. We see that the development of the intersection of the strip folded with this plane is a broken line (shown in long dashes), it follows that the deflectors are slightly inclined in the sheet before folding. This inclination is all the greater when the ABCD facets are large relative to the deflectors.
Les plis AD et BC sont du type vallée c'est-à-dire que le feuillard de chaque côté du pli se rapproche au moment du pliage et les coins X, Y font saillie quand le feuillard est plié. The folds AD and BC are of the valley type, that is to say that the strip on each side of the fold approaches when folding and the corners X, Y protrude when the strip is folded.
Pour que la pièce constituée des deux rectangles et de leur facette de liaisons puisse s'emboiter avec la pièce obtenue par rotation de 1800 autour de la droite IJ, il suffit de choisir convenablement les angles des découpes avec les plis, BAD et BCD. La facette ABCD constitue alors une face d'appui. Le losange IBJD délimite la zone de contact des deux pièces. L'assemblage ainsi obtenu constitue un ensemble de quatre déflecteurs rectangulaires susceptibles de mettre en rotation un fluide circulant dans la direction de la droite AC. So that the part made up of the two rectangles and their facet of connections can fit into the part obtained by rotation of 1800 around the line IJ, it suffices to choose the angles of the cuts with the folds, BAD and BCD. The ABCD facet then constitutes a support face. The IBJD diamond delimits the contact area of the two parts. The assembly thus obtained constitutes a set of four rectangular deflectors capable of rotating a fluid circulating in the direction of the straight line AC.
La figure 5B représente un assemblage de ce type dans un autre cas particulier où le parallélogramme ABCD est un losange et où on a mis en contact les deux losanges sur toute leur surface, donc en déduisant la deuxième pièce de la première par rotation autour de la diagonale AC, bien que les rectangles de la première pièce ne soient pas strictement déduits l'un de l'autre par des rotations d'axe parallèle à AC. L'ensemble constitue quand même une sorte de ventilateur à quatre pales. Ceci illustre que la géométrie objet de la présente invention ne nécessite pas une réalisation très rigoureuse. FIG. 5B represents an assembly of this type in another particular case where the parallelogram ABCD is a diamond and where the two diamonds have been brought into contact over their entire surface, therefore by deducing the second part from the first by rotation around the diagonal AC, although the rectangles of the first part are not strictly deduced from each other by rotations of axis parallel to AC. The assembly nevertheless constitutes a sort of fan with four blades. This illustrates that the object geometry of the present invention does not require a very rigorous implementation.
Nous verrons un autre exemple avec la gargouille de la figure 7. We will see another example with the gargoyle in Figure 7.
Tous ces exemples montrent que la fonction principale des découpes d'un découpage-pliage n'est pas d'enlever de la matière mais de désolidariser les bords des facettes pour leur permettre de se déployer dans l'espace.All these examples show that the main function of the cutouts of a cutting-folding is not to remove material but to separate the edges of the facets to allow them to unfold in space.
Pour toutes les figures suivantes, les parties désignées P sont pleines et les parties désignées V sont vides. For all the following figures, the parts designated P are full and the parts designated V are empty.
La figure 6 montre la mise à plat d'un exemple de réalisation dans lequel on a utilisé la forme de déflecteur esquissée figure 4 ainsi que les facettes d'appui illustrées figure 5A pour raccorder horizontalement les déflecteurs. FIG. 6 shows the flattening of an exemplary embodiment in which the shape of the deflector sketched in FIG. 4 has been used as well as the support facets illustrated in FIG. 5A for horizontally connecting the deflectors.
Le principe ici proposé consiste simplement à relier les déflecteurs par des faces d'appui verticales, ayant la direction générale des feuilles, et des emboitements, de sorte qu'il suffit de comprimer les feuilles pour assurer la cohésion de l'empilage. The principle proposed here consists simply in connecting the deflectors by vertical bearing faces, having the general direction of the sheets, and of the sockets, so that it suffices to compress the sheets to ensure the cohesion of the stack.
On retrouve les facettes ABCD (à gauche) et A'B'C'D' (à droite) liant horizontalement le déflecteur ABCGHIC'D'A'EF à ses voisins. Les points A', C,
G, I du déflecteur ABGHIC'D'A'EF sont en saillie dans l'espace des feuilles verticales adjacentes quand le feuillard est plié selon les lignes en pointillé AB et CD.We find the facets ABCD (left) and A'B'C'D '(right) horizontally linking the deflector ABCGHIC'D'A'EF to its neighbors. Points A ', C,
G, I of the deflector ABGHIC'D'A'EF protrude into the space of the adjacent vertical sheets when the strip is folded along the dotted lines AB and CD.
La figure 6A donne l'aspect du feuillard après pliage. On remarquera que le lien vertical W' avec le déflecteur immédiatement supérieur de la même feuille n'est pas plié ni cintré mais vrillé, ce qui est plus facile à réaliser et ne nuit ni à l'assemblage ni au fonctionnement. FIG. 6A gives the appearance of the strip after folding. It will be noted that the vertical link W ′ with the immediately upper deflector of the same sheet is not folded or curved but twisted, which is easier to produce and does not harm either the assembly or the operation.
Les plis AB, CD sont parallèles; pendant le pliage les surfaces pleines adjacentes P se rapprochent. Après pliage, les losanges sont alternativement les parties les plus hautes et les plus basses de la structure. The folds AB, CD are parallel; during folding, the adjacent solid surfaces P approach each other. After folding, the diamonds are alternately the highest and lowest parts of the structure.
Le feuillard comprend environ 30 % de vide en forme de découpe polygonale dont deux des bords sont définis par la ligne entre H et
Dans la figure 7 on a partagé le liquide coulant en bas du déflecteur en deux parties égales. La moitié droite ruisselle simplement vers le déflecteur immédiatement inférieur de la même feuille. L'autre, celle de gauche, est collectée par la pointe voisine de ce lien. Lors du pliage, cette pointe vient faire saillie au dessus du sommet d'un déflecteur de la feuille adjacente sur lequel elle laisse tomber son liquide à la manière d'une gargouille. Chaque déflecteur reçoit donc son liquide des deux déflecteurs situés au dessus de lui, dans la même feuille ou dans la feuille adjacente.The strip comprises approximately 30% of void in the form of a polygonal cut, two of the edges of which are defined by the line between H and
In FIG. 7, the liquid flowing at the bottom of the deflector has been divided into two equal parts. The right half simply drips towards the immediately lower deflector of the same sheet. The other, the one on the left, is collected by the point next to this link. When folding, this point protrudes above the top of a deflector of the adjacent sheet on which it drops its liquid like a gargoyle. Each deflector therefore receives its liquid from the two deflectors situated above it, in the same sheet or in the adjacent sheet.
La figure 8 montre le noeud de structure reliant les extrémités inférieures et supérieures de quatre déflecteurs adjacents et la circulation du liquide à cet endroit. Une perforation secondaire est utile pour renvoyer une partie du liquide sur la face inférieure des déflecteurs inférieurs. Figure 8 shows the structural node connecting the lower and upper ends of four adjacent deflectors and the circulation of the liquid there. A secondary perforation is useful for returning part of the liquid to the underside of the lower deflectors.
On retrouve les paires de plis W de la figure 7 de deux feuillards juxtaposés. We find the pairs of folds W of Figure 7 of two strips juxtaposed.
Le dispositif de la présente invention peut être assemblé par emboîtage des feuilles adjacentes, la solidarisation de l'ensemble étant obtenue par simple compression des feuilles empilées les unes sur les autres. The device of the present invention can be assembled by fitting the adjacent sheets, the assembly of the assembly being obtained by simple compression of the sheets stacked on each other.
Dans la figure 9, on voit une vue en coupe d'une feuille 11 selon l'art antérieur, la feuille étant pliée pour former des plis en accordéon. In Figure 9, there is a sectional view of a sheet 11 according to the prior art, the sheet being folded to form accordion folds.
Les figures 9b, 9c et 9d illustrent des feuilles selon l'invention dans lesquelles une face d'appui est plane et délimitée par deux plis (fig. 9b) ou est courbe (fig. 9c) ou met en oeuvre plus de deux plis (fig. 9d). FIGS. 9b, 9c and 9d illustrate sheets according to the invention in which a bearing face is planar and delimited by two folds (fig. 9b) or is curved (fig. 9c) or uses more than two folds ( fig. 9d).
Dans ces trois cas, les fentes coupées aux extrémités des segments 13 permettent aux bords des facettes adjacentes de faire des saillies. In these three cases, the slits cut at the ends of the segments 13 allow the edges of the adjacent facets to protrude.
Dans la figure 9a, les feuilles métalliques sont déformées pour former des surfaces courbes entre les plis d'une paire 13. In FIG. 9a, the metal sheets are deformed to form curved surfaces between the folds of a pair 13.
Les feuilles peuvent même être ondulées. The sheets can even be wavy.
La figure 9b montre le cas où la facette comprise à l'intérieur d'une paire de plis est plane. Figure 9b shows the case where the facet inside a pair of folds is flat.
Les exemples montrent le cas où la surface entre des paires de plis est plate. The examples show the case where the surface between pairs of folds is flat.
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