Brevet FR2029574A1 — publié le 19701023

La présente invention concerne des échangeurs de chaleur et plus spécialement un échangeur de chaleur du "type dans lequel un réseau de tubes est disposé dans un récipient (qui est souvent désigné par échangeur de chaleur du type à "tubes enveloppés")» un 5 fluide d'échange de chaleur s'écoulant au contact de l'extérieur des tubes et un autre fluide d'échange de chaleur s'écoulant à l'intérieur des tubes. Dans un échangeur de.chaleur de ce type, il est généralement nécessaire d'utiliser un support latéral pour les tubes afin de les empêcher de vibrer et de maintenir leur écarte-10 ment, sinon l'écoulement du fluide externe pourrait être entravé et des points chauds pourraient être engendrés, si les tubes étaient déformés latéralement d'une façon suffisante pour s'approcher d'un tube ou le toucher. Selon l'invention, un échangeur de chaleur, dans lequel un 15 réseau de tubes parallèles d'échange de chaleur est disposé dans un récipient, comporte une structure de support pour maintenir un écar-tement latéral correct des tubes, cette structure de support comportant une ossature présentant des éléments s'étendant latéralement dans les espaces compris entre les tubes et des éléments de support 20 pour les tubes qui sont montés sur les éléments de l'ossature, les éléments de support étant destinés à supporter latéralement les rangées des tubes d'échange de chaleur, les éléments de support étant en un feuillard cintré en zig-za^$e°5açon que les flancs adjacents du feuillard ondulé touchent les tubes d'échange de 25 chaleur et les maintiennent latéralement en position, les sommets du feuillard ondulé au moins d'un côté, comportant des parties en forme de boucle qui peuvent être ouvertes ou fermées de manière à permettre un changement de l'angle formé entre les flancs du feuillard ondulé de part et d'autre des parties en forme de 30 boucle pour permettre au feuillard de se conformer aux changements de l'écartement des rangées des tubes d'échange de chaleur. Lorsque les tubes de l'échangeur de chaleur sont, longitudinalement parallèles les uns aux autres dans le récipient et sont écartés concentrique-ment, la structure de support destinée à maintenir l'écartement la-35 téral correct des tubes d'échange de chaleur peut comporter des éléments radiaux principaux et des feuillards partiellement annulaires radialement espacés dont les extrémités sont reliées aux éléments radiaux, les feuillards partiellement annulaires étant disposés de 70 02885 2 2029574 manière à s'étendre périphériquement dans un espace sur deux entre les rangées concentriques des tubes d'échange de chaleur, un élément de support en feuillard ondulé - présentant des sommets tronqués et qui est fixé d'un côté par "ces sommets tronqués à chaque côté de 5 chaque feuillard partiellement annulaire, les sommets non fixés des éléments de support du feuillard ondulé comportant des parties en forme de boucle, les feuillards partiellement annulaires de l'ossature et les éléments de support en feuillard ondulé étant de champ par rapport à l'écoulement axial du fluide d'échange de 10 chaleur sur les tubes d'échange de chaleur, les flancs adjacents des éléments de support en feuillard ondulé __ se touchant et maintenant latéralement en position,les tubes correspondants d'échange de chaleur,l'angle formé entre les flancs adjacents de l'élément de support des tubes du côté externe convexe de chaque feuil-15 lard partiellement annulaire de la structure de support étant supérieur à l'angle formé entre les flancs adjacents de l'élément de support correspondant du côté interne convexe du feuillard partiellement annulaire pour permettre au pas/deaïaerangée concentrique des tubes d'échange de chaleur située à l'extérieur du feuillard 20 partiellement annulaire d'être plus grand que le pas de la rangée concentrique des tubes d'échange de chaleur située à l'intérieur du feuillard partiellement annulaire. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des 25 dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une vue partielle en plan d'un quart d'une structure destinée à maintenir l'écartement latéral correct de 30 tubes d*un échangeur de chaleur, les trois autres quarts étant similaires; la figuré 2 est une vue partielle en plan a plus grande. échelle et montre un détail de la figure 1 ; la figure 3 représente la première phase de la fabrication 35 d'un feuillard généralement ondulé de ladite structure; la figure 4 montre la seconde phase de ladite fabrication; la figure 5 représente d'une façon générale la troisième phase de ladite fabrication; 70 02885 3 2029574 la figure 6 montre une variante de cette troisième phase; et la figure 7 montre -une autre variante de la troisième phase. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2 des dessins annexés, un échangeur de chaleur du type à "tubes enveloppés" com-5 porte un récipient cylindrique 10 dont la paroi est représentée, en coupe sur la figure 1 et désignée par 11. Il comporte également une paroi interne concentrique 12 formant un passage central 13 pour un fluide d'échange de chaleur qui doit s'écouler axialement dans le récipient 10 avant de changer de direction et de passer sur les 10 tubes 14 d'échange de chaleur situés dans l'espace annulaire A entre les parois 11 et 12. Les tubes 14 sont disposés par rangées annulaires concentriques, l'écartement des tubes adjacents de toutes les rangées étant maintenu constant. En examinant les tubes alignés de toutes les rangées annulaires qui sont les plus près 15 d'une extrémité radiale du quart de 1'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 (les tubes 14 désignés par R sur la figure 1; ils sont parallèles au rayon), les tubes restants 14 de ce quart de cercle ne forment pas des rangées radiales; les rangées restantes sont plutôt parallèles d'une façon générale à la rangée des tubes R 20 jusqu'à une région où la courbure des rangées annulaires déforme la configuration. Au début du quart de cercle suivant, la première rangée (tubes R') est de nouveau parallèle au rayon, comme on peut le voir sur la figure 1 , et ainsi de suite. La position latérale des tubes 14 à chacun des divers 25 niveaux du récipient 10 est déterminée par une structure 15 comportant un élément annulaire interne (tm quart de cercle étant représenté sur la figure 1 et désigné par 16), un élément annulaire externe (un quart de cercle étant représenté sur la figure 1 et désigné par 17), des éléments radiaux 18 (dont deux sont représentés 30 sur la figure 1 ) fixés par leurs extrémités aux éléments 16 et 17 respectivement, et des feuillards partiellement annulaires 19 disposés entre les rangées concentriques alternées des tubes 14 et fixés par l'une de leurs extrémités à l'élément radial 18. L'extrémité fixée de chaque feuillard 19 est soudée à un congé •triangulaire 20 35 sur l'élément radial 18, l'autre extrémité étant.fendue,pour former un raccord 21 sur l'élément radial 18 suivant,qui permet de mesurer la dilatation et la contraction. _ - . •Le plan de la largeur de chaque feuillard partiellement annulaire 19 est parallèle à l'axe longitudinal du recipient 10, 70 02885 2029574 c'est-à-dire qu'il est de champ par rapport à l'écoulement ayial du fluide d'échange de chaleur à l'extérieur des tubes 14. De chaque côté de chaque feuillard 19 se trouve un élément de support en feuillard cintré sous la forme d'un élément ondulé ou en zig—zag 5 dont la courbure correspond à celle de son feuillard 19. L'élément de support situé du côté concave de chaque feuillard 19 est désigné d'une façon générale par 22, et celui situé du côté convexe de chaque feuillard 19 est désigné d'une façon générale par 23. Chacun des éléments de support 22 et 23 est cintré de la 10 façon suivante. Les ondulations triangulaires usuelles sont transformées pour leur donner des sommets tronqués 24 d'un côté et des sommets comportant des parties en forme de boucle 25 de l'autre côté. On peut le voir sur la figure 1 et plus précisément sur la vue à plus grande échelle de la figure 2. Chacune des parties tron-15 quées droites 24 est soudée au feuillard 19 et les flancs des parties obliques 26 touchent les tubes d'échange de chaleur en un contact linéaire dans deux positions espacées autour de chaque tube 14-Les parties en forme de boucle 25 se trouvent entre des tubes adjacents 14 et peuvent être ouvertes ou fermées, selon les besoins, 20 pour permettre de mesurer la flexibilité en adaptant chaque élément de support 22 et 23 au pas d'écartement des tubes 14, étant bien entendu qu'en raison de la courbure des feuillards 19, la longueur dans le sens annulaire de l'élément de support 23 du côté convexe du feuillard 19 est plus courte que celle de l'élément de support 25 22 situé du côté concave, en maintenant l'écartement concentrique constant correct des tubes 14 • La figure 1 montre également le décalage des structures aux niveaux successifs de 1'échangeur de chaleur, les feuillards 19 étant à un niveau entre des rangées concentriques de tubes 14 diffé-30 rentes de celles entre lesquelles ils se trouvent aux niveaux adjacents. Le fait que les axes des tubes 14 aux deux niveaux représentés sur la figure 1 ne coïncident pas exactement" est dû à la façon dont les tubes sont maintenus à l'encontre d'une vibration pour exercer contre eux une contrainte opposée (par les éléments de sup-35 port 22 et 23) aux niveaux successifs; d'une façon exagérée, chaque . tube présenterait une forme ondulée sur sa longueur. Les éléments de support 22 et 23 sont réalisés commodément par un procédé comme celui représenté sur les figures 3 à 7« 70 02885 5 2029574 la figure 3 montre un feuillard ordinaire 27 qui est introduit pas> à pas dans une presse 28 comportant des matrices 29 et- 30 qui coopèrent pour former des ondulations triangulaires de 45° environ par rapport au plan du feuillard. la figure 4 montre le feuillard ondulé 5 qui est introduit pas à pas dans une presse 31 comportant deux matrices inférieures identiques 32, dans le fond desquelles est ménagé un évidement 33, une première matrice supérieure 34 comportant une nervure 35 sur un corps triangulaire 36 et une seconde matrice supérieure 37 sollicitée par ressort comportant un corps triangulaire 10 38, qui fait saillie depuis une partie plane 39- les premières matrices supérieure et inférieure 34 et 32, respectivement, coopèrent pour former la partie 25 en forme de 'boucle aux sommets inférieurs successifs du feuillard ondulé, tandis que les secondes matrices supérieure et inférieure 37 et 32, respectivement, coopèrent pour 15 former les sommets tronqués 24 et pour modifier l'angle des parties inclinées du feuillard de 45° par rapport au plan du feuillard non cintré à 37,5° environ par rapport à ce dernier. La figure 5 montre comment le feuillard produit par la presse représentée sur la figure 4 est adapté en longueur et également comment on lui donne la courbure 20 approximative. Une presse 40 comporte un outil 41 qui déforme la partie en forme de boucle 25, soit de la façon représentée sur la figure 6 où l'outil 41 ouvre la boucle de la partie 25 et non seulement allonge le feuillard mais lui donne également une courbure permettant de l'ajuster au côté concave du feuillard 19, soit 25 comme on le voit sur la figure 7 où un outil 41' coopérant avec une gorge 42 ménagée dans la plaque de base 43 de la presse 40 sert à comprimer les parties 25 en forme de boucle et non seulement raccourcit le feuillard mais lui donne également la courbure lui permettant de s'ajuster au côté convexe d'un feuillard 19. 30 Après la conformation des deux types d'éléments de support 22 et 23, toute la structure peut être montée en utilisant des gabarits permettant d'obtenir l'écartement correct des tubes 14,les sommets tronqués 24 étant finalement soudés aux feuillards 19 après les avoir mis dans les positions correctes dans lesquelles ils 35 viennent en contact avec les tubes 14. Les parties 25 en forme de boucle permettent tout réglage nécessaire de dernière minute, comme déterminé par les gabarits. Dans l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1, il 70 02885 6 2029574 est prévu un nombre impair de rangées annulaires concentriques des tubes 14. Dans l'une des structures 15, l'élément annulaire interne 16 porte un élément 23 supportant la rangée interne des tubes 14, tandis que dans la structure adjacente 15, l'élément annulaire ex-5 terne 17 porte un élément 22 supportant la rangée externe des tubes 14. La disposition peut s'appliquer à un échangeur de chaleur comportant un nombre pair de rangées concentriques de tubes d'échange de chaleur 14, auquel cas la structure 15 présenterait des éléments de support 22 et 23, respectivement, sur les éléments annulaires 10 externe et interne 17 et 16 qui supportent les rangées externe et interne des tubes 14, tandis que dans la structure de support adjacente 15, les rangées interne et externe des tubes 14 seraient supportées par des éléments portés par les feuillards partiellement annulaires 19 occupant les espaces compris entre la rangée interne 15 et la rangée suivante des tubes d'échange de chaleur 14 et la rangée externe et la rangée interne adjacente des tubes 14. 70 02885 7 2029574 .MiTEimrowroHS 1 . Echangeur de chaleur dans lequel un réseau de tubes d'échange de chaleur parallèles est disposé dans un récipient, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de support pour main-5 tenir l'écartement latéral correct des tubes, ladite structure de support comportant une ossature présentant des composants s'éten- ... * dant latéralement dans les espaces compris entre les tubes et les éléments de support des tubes montés sur les composants de l'ossature, les éléments de support étant destinés à supporter latéralement les 10 rangées des tubes d'échange de chaleur, les éléments de support étant en un feuillard cintré sous forme d'un élément en zig-zag ou ondulé de façon que les flancs adjacents du feuillard ondulé viennent en contact avec les tubes d'échange de chaleur et les maintiennent latéralement en position, les sommets du feuillard on-15 dulé, au moins d'un côté, comportant des parties en forme -de boucle pouvant être ouvertes ou fermées de manière à permettre de faire varier l'angle formé entre les flancs du feuillard de part et d'autre des parties en forme de boucle pour permettre au feuillard ondulé de s'adapter au changement de pas d*écartement des rangées des 20 tubes d'échange de chaleur. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses tubes sont longitudinalement parallèles les uns aux autres dans le récipient et espacés concentriquement, ladite structure de support destinée à maintenir l'écartement latéral correct 25 des tubes comportant des composants radiaux principaux et des feuillards partiellement annulaires radialement espacés qui sont reliés par leurs extrémités aux composants radiaux, les feuillards partiellement annulaires étant disposés périphériquement dans ion espace sur deux entre les rangées concentriques des tubes d'échange 30 de chaleur, un élément de support du feuillard ondulé comportant des sommets tronqués le long d'un côté et. étant fixés par ces sommets tronqués à chaque côté d'un feuillard partiellement annulaire, - les- sommets non'fixés des éléments de support du feuillard comportant des parties en forme de boucle, les feuillards partiellement 35 annulaires de 1'ossature et les éléments de support du feuillard ondulé étant de champ par rapport à l'écoulement axial du fluide d'échange de chaleur sur les tubes d'échange de chaleur, les flancs adjacents des éléments de support du feuillard ondulé étant en 70 02885 8 2029574 contact avec les tubes correspondants et les maintenant latéralement en place, l'angle formé entre les flancs adjacents de l'élément de support du côté externe convexe de chaque feuillard partiellement annulaire de la structure de support étant supérieur à l'angle formé 5 entre les flancs adjacents de l'élément de support correspondant du côté interne convexe du feuillard partiellement annulaire pour permettre que le pas d'écartement de la rangée concentrique des tubes d'échange de chaleur située sur le côté externe du feuillard partiellement annulaire soit plus grand que le pas d'écartement de la 10 rangée concentrique des tubes se trouvant sur le côté interne du feuillard partiellement annulaire. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs structures de support disposées à distance les ■unes des autres le long des tubes d'échange de cha- 15 leur, les feuillards partiellement annulaires de l'ossature de chaque structure de support étant disposés dans les espaces compris entre les rangées concentriques des tubes d'échange de chaleur qui ne sont pas occupés par les feuillards partiellement annulaires des ossatures des structures de support adjacentes, la disposition 20 étant telle que, par rapport à chaque tube d'échange de chaleur, les éléments de support des structures de support adjacentes agissent sur les tubes d'échange de chaleur dans des directions opposées. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caraeté-25 risé en ce que les éléments de support de la structure de support sont disposés de manière à maintenir chaque tube d'échange de chaleur sous forme ondulée. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre impair de rangées concentriques 30 de tubes d'échange de chaleur, chacune des structures de support présentant un composant périphérique interne s'étendant circonfé-rentiellement à l'intérieur de la rangée interne des tubes d'échange de chaleur et tin composant périphérique externe s'étendant circon-férentiellement autour de la rangée externe des tubes d'échange de 35 chaleur, la rangée interne des tubes étant supportée par chacun des composants périphériques internes des structures de support alternées par un élément de support en feuillard ondulé analogue aux éléments de support en feuillard ondulé qui supportent les tubes 70 02885 9 2029574 d'échange de chaleur dans le corps des structures de support, les feuillards partiellement annulaires portant les éléments de support dans le corps des structures de support alternées occupant un espace sur deux entre les rangées concentriques des tubes d'échange de 5 chaleur à partir de l'espace compris entre les seconde et troisième rangées concentriques des tubes d'échange de chaleur, depuis l'intérieur jusqu'à l'espace compris entre la rangée externe et la rangée interne adjacente des tubes d'échange de chaleur, la rangée externe des tubes étant supportée à partir de chacun des composants périphé-10 riques externes des autres structures de support alternées par un élément de support en feuillard ondulé également analogue aux éléments de support en feuillard ondulé qui supportent les tubes dans le corps des structures de support, les feuillards partiellement annulaires portant les éléments de support dans le corps des autres 15 structures de support alternées occupant un espace sur deux entre les rangées concentriques des tubes d'échange de chaleur depuis l'espace compris entre la rangée interne et la seconde rangée "des -tubes d'échange de chaleur à partir de l'intérieur jusqu'à l'espace compris entre la seconde rangée et la troisième rangée des tubes 20 à partir de l'extérieur. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre pair de rangées concentriques de tubes d'échange de chaleur, les rangées de support alternées le long des tubes d'échange de chaleur comportant un composant péri-25? -phérique interne s1étendant circonférentiellement à l'intérieur de la rangée interne des tubes d'échange de chaleur et un composant périphérique externe s'étendant circonférentiellement autour de la rangée externe des tubes d'échange de chaleur, les composants périphériques interne et externe desdites structures de support alter-30 nées portant des éléments de support en feuillard ondulé qui supportent les rangées interne et externe des tubes d'échange de chaleur, lesdits éléments de support en feuillard étant analogues aux éléments de support en feuillard supportant les tubes d'échange de chaleur dans le corps des structures de support, les feuillards 35 partiellement annulaires portant les éléments de support dans le corps des structures de support alternées occupant un espace sur deux entre les rangées concentriques des tubes d'échange de chaleur depuis l'espace compris entre la seconde rangée et la troisième 70 02885 10 2029574 rangée des tubes d'échange de chaleur à partir de l'intérieur jusqu'à l'espace compris entre la seconde rangée et la troisième rangée des tubes d'échange de chaleur à partir de l'extérieur, les feuillards partiellement annulaires portant les éléments de support 5 dans le corps des autres structures de support alternées occupant un espace sur deux entre les rangées concentriques' des tubes d'échange de chaleur depuis l'espace compris entre la rangée interne et la seconde rangée des tubes d'échange de chaleur à partir de l'intérieur jusqu'à l'espace compris entre la rangée externe et la 10 rangée adjacente interne des tubes d'échange de chaleur.