Brevet FR2099426A1 — publié le 19720317

1\ 2S&5Ô 2099426 la présente invention concerne un échangeur de chaleur, pour un échange de chaleur entre deux agents. Cet échangeur comporte un carter cylindrique avec une enveloppe et deux plaques à tubes au moyen desquelles des tubes, qui constituent les éléments échangeurs de chaleur, traversent le carter, en étant sensiblement parallèles à son axe longitudinal, une tubulure d'entrée étant prévue d'un côté de l'enveloppe et une tubulure de sortie de l'autre côté, le premier agent passant par ces tubulures pour traverser le carter en baignant la surface extérieure des tubes, tandis que le second agent circule à l'intérieur de ces tubes. On peut augmenter le rendement d'un appareil de ce genre, toutes choses égales d'ailleurs, en répartissant mieux le courant du premier agent sur une partie aussi grande que possible de la surface extérieure des tubes. On arrive à ce résultat par l'emploi de carters plus courts et plus gros. On est souvent limité dans la construction de tels appareils, de puissances supérieures, par des raisons d'encombrement ou de transport. Si le diamètre des appareils est limité, on doit augmenter leur longueur en conséquence. Sur ce point, il est nécessaire d'assurer l'écoulement voulu en ajoutant sur l'enveloppe des éléments de construction onéreux pour l'admission et l'évacuation du courant. Si l'on envisage des grandes puissances, de fortes pressions et des différences de température notables, l'addition d'éléments précités à des carters gros et longs n'est pas justifiable en tenant compte de la résistance pour des raisons économiques et il faut adopter pour l'échange de chaleur considéré plusieurs appareils de puissance moindre. La présente invention se pose le problème d'éviter les difficultés exposées pour la construction de gros appareils et de conserver le mode de construction, relativement bon marché, d'un carter cylindrique simple. Selon l'invention, cet objectif est atteint par le fait que les tubes sont groupés en un faisceau disposé au milieu du carter, et deux cloisons de séparation s'étendent sur toute la longueur du carter sur les côtés de celui-ci tournés vers les tubulures, et constituent entre elles un espace de passage du courant, lequel n'est essentiellement en communication avec les deux 71 25650 2 2099426 tubulures que par un passage étroit allant vers chacune, laissé libre entre la cloison correspondante et l'enveloppe, une chambre de répartition étant ainsi formée entre la tubulure d'entrée et le premier passage étroit - dans le sens de l'écoulement du pre-5 mier agent - et une chambre collectrice entre le second passage étroit et la tubulure de sortie. On a intérêt à prévoir une antichambre dans le passage entre le premier étranglement et le faisceau de tubes et une arrière chambre entre ce faisceau et le second étranglement. 10 II est avantageux de donner à la section transversale du faisceau de tube une forme rectangulaire et de prévoir en outre la section de passage du premier étranglement plus petite que celle du second» Il est opportun d'exécuter le carter, au moins dans la zone 15 du chemin suivi par le premier agent de la tubulure d'entrée au faisceau de tubes, à double paroi, l'espace intérieur de la double paroi communiquant avec le chemin suivi par le premier agent du faisceau de tubes à la tubulure de sortie. Des exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont 20 représentés, sous une forme simplifiée, sur le dessin joint.Celui-ci représente : Figure 1 : une coupe longitudinale axiale d'un échangeur de chaleur suivant une première forme de réalisation, Figure 2 : une section transversale suivant l'axe II-II de la fi-25 gure 1, Figure 3 : une coupe longitudinale axiale d'un échangeur de chaleur suivant une deuxième forme de réalisation, Figure 4 : une section transversale suivant l'axe III-III de la figure 3, 30 Figure 5 : une coupe longitudinale suivant l'axe V-V de la figure 4» Figure 6 : une coupe longitudinale axiale d'un échangeur de chaleur suivant une troisième forme de réalisation, Figure 7 : une coupe transversale suivant l'axe VÏI-VII de la fi-35 gure 6, Figure 8 : une coupe suivant l'axe VIII-VIII de la figure 7. Dans l'exemple d'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2, celui-ci a un carter cylindrique 1, qui présente une enveloppe 2 et deux plaques à tubes 3. Au moyen des plaques 3, des tu- 11 2S65Ô 3 2099426 tes 4, en tant qu'éléments échangeurs de chaleur, sont disposés à travers le carter 1, parallèlement à son axe longitudinal. D'un côté de l'enveloppe 2 est disposée une tubulure d'entrée 5, du côté opposé, une tubulure de sortie 6. Par ces tubulures 5 et 6 5 passe le premier des deux agents qui vient baigner la surface extérieure des tubes 4. le second agent coule à l'intérieur de ces tubes 4. les tubes 4 sont groupés dans un faisceau 40, disposé au milieu du carter, et qui présente de préférence une section transversale rectangulaire. Sur toute la longueur du carter 1, sur les 10 côtés du faisceau 40 tournés vers les tubulures 5 et 6, sont disposées deux cloisons 7 et 7*, foiraant entre elles un espace réservé au passage du courant. Cet espace ne communique avec les tubulures 5 et 6 que par deux passages étroits 9 et 9', laissés libres entre l'enveloppe 2 et les bords libres des cloisons 7 et 7'. 15 Entre la tubulure d'entrée 5 et le premier passage 9, dans le sens de l'écoulement du courant du premier agent, est ainsi constituée une chambre de distribution 10 et entre le second passage 9' et la tubulure de sortie 6, une chambre collectrice 11. la section du premier passage 9 est plus petite que celle du second passage 9'. 20 le courant du premier agent arrive par la tubulure d'entrée 5 dans la chambre de distribution 10, où il se répand essentiellement sur le côté, transversalement par rapport au sens de l'écoulement, sur toute la longueur du carter. Etranglé par le premier passage étroit 9» le courant pénètre, sur toute cette longueur du 25 carter, dans une antichambre 18 du passage 8, où il s'étend sur toute la largeur de l'espace réservé à son passage, c'est-à-dire, dans le sens de l'écoulement. Ainsi réparti régulièrement sur la surface de cet espace, le courant baigne uniformément toute la surface extérieure des tubes 4. Après son passage à travers le 30 faisceau 40, le courant est conduit à travers une arrière-chambre 18'et le second passage d'étranglement 9' dans la chambre collectrice 11. le premier agent quitte alors le carter 1 par la tubulure de sortie 6. Conformément à la nécessité d'une évacuation courante, le second passage 9' présente une section supérieure à celle 35 du premier passage 9, mais qui est par ailleurs de fonae analogue. Du fait que, selon l'invention, on a réalisé une utilisation convenable de toute la surface des tubes pour l'échange de chaleur, les constructions supplémentaires et coûteuses nécessaires jusque là sont superflues, les échangeurs de chaleur proprement dits sont 40 bien disposés du point de vue de la résistance, tout ?1 2565Ô - 4 • :i î0994Îé endroit de transmission de chaleur défavorable entre conduites et enveloppe est donc supprimé 5 Dans l'exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur re présenté aux figures 3 à 5, en particulier la figure 3, on a disposé des couvercles sur les côtés, au-dessus des plaques à tubes 3, en vue de conduire et distribuer le second agent, qui circule dans les tubes 4 et ce, comme cela est déjà généralement connu, le 10 carter 1 est prévu à double paroi pour éviter le contact de l'enveloppe 2 avec le premier agent, très chaud. Une double paroi 12 s'étend sur toute la longueur du carter, dans la zone du chemin suivi par le premier agent depuis la tubulure d'entrée 5 jusqu'à l'espace 8, et son enveloppe intérieure 13 communique avec une 15 enveloppe interne 13', dont la tubulure d'entrée 5 est pourvue» l'espace compris dans la double paroi 12 communique, d'un côté, avec le chemin allant du faisceau de tubes 40 à la tubulure de sortie 6, et, de l'autre côté, avec la chambre collectrice 11. l'espace 8 n'est en communication avec la tubulure d'entrée 5 que 20 par le premier passage étroit 9 et avec la tubulure de sortie 6 qu'essentiellement par le second passage étroit 91. Une partie négligeable de l'agent coule par l'espace 14 dans la chambre collectrice 11 o les tubulures 5 et 6 se trouvent dans le milieu de l'envelop-25 pe 2 (figure 3). les sections des deux passages étroits 9 et 9' présentent, en ce qui concerne leurs plus courtes coordonnées, une forme symétrique (figure 5)o Pour l'essentiel, 1'échangeur de chaleur est resté le même dans cet exemple de réalisation en ce qui concerne le chemin suivi 30 par l'écoulement du premier agent. Dans la zone du premier agent encore non refroidi, c'est-à-dire, dans la chambre de distribution 10 et dans la partie précédente, dans la direction du faisceau de tubes 40, de l'espace 8, l'enveloppe 2 du carter 1 est calorifugée. la partie principale du premier agent est conduite 35 par le second passage étroit 9' dans la chambre collectrice 11, tandis qu'une petite partie de cet agent trouve un chemin, dans le sens de l'écoulement, vers la partie suivante de l'espace 8 par l'espace 14 compris dans la double paroi 12 et s'écoule dans la chambre collectrice 11 • ?1 2565Ô 5 2099426 Du fait de la protection citée de l'enveloppe 2 contre l'influence de la chaleur du premier agent, très chaud, aucune déformation ne peut se produire sur l'enveloppe 2, ni sur les tubulures 5 et 6, à la suite d'un échauffement local. Une isolation thermi-5 que de 1'enveloppe 2 contre 1'environnement est superflue dans la plupart des cas. Dans l'exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur représenté aux figures 6 à 8, deux couvercles (figure 6) sont disposées sur les côtés de l'appareil, de nouveau comme dans la fi-10 gure 3. Des tubulures 5 et 6 sont déplacées l'une par rapport à 1*autre sur l'enveloppe 2. Les sections des deux passages étroits 9 et 9' présentent une forme asymétrique en ce qui concerne leurs coordonnées les plus courtes, comme le montre la figure 8. La section intérieure des passages 9 et 9' augmente en s'éloignant 15 des tubulures 5 ou 6. De cette manière, malgré la position latérale de ces tubulures 5 et 6, le courant du premier agent se répartit régulièrement sur toute la longueur du carter 1 ou s'écoule de ce carter. Par ailleurs, le chemin suivi par le premier agent correspond à celui décrit et représenté sur les figures 3 à 5 (ou 20 1 et 2)o 71 25650 6 2099426 R EU H D ICA II OIS 1Echange-or de chaleur, pour un échange de chaleur entre deux agents, comportant un carter cylindrique avec une enveloppe et deux plaques à tubes au moyen desquelles des tubes, qui constituent les éléments échangeurs de chaleur, traversent 5 le carter en étant sensiblement parallèles à son axe longitu dinal, une tubulure d'entrée étant, prévue d'un côté de l'enveloppe et une tubulure de sortie de l'autre côté, le premier agent passant par ces tubulures pour traverser le carter en baignant la surface extérieure des tubes, tandis que le se-10 cond agent circule à l'intérieur de ces tubes, caractérisé en ce que les tubes Bont groupés en un faisceau disposé au milieu du carter, sur les côtés duquel, tournés vers les tubulures, s'étendent sur toute la longueur du carter deux cloisons de séparation, constituant entre elles un espace 15 pour le passage du courant, lequel n'est essentiellement en communication avec les deux tubulures que par un passage étroit allant vers chacune et laissé libre entre la cloison correspondante et l'enveloppe, une chambre de distribution étant ainsi formée entre la tubulure d'entrée et le premier 20 passage étroit - dans le sens de 1'écoulement du premier agent - et une chambre collectrice entre le second passage étroit et la tubulure de sortie. 2.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé ea ce qu'une antichambre existe entre le premier passage d'étran— 25 glement et le faisceau de tubes, ainsi qu'une arrière-chambre entre ce faisceau et le second étranglement. 3.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de tubes présente une section transversale rectangulaire. 30 4.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section du premier passage étroit est inférieure à celle du second passage. 5.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section intérieure des passages étroits va en 35 augmentant à mesure qu'on s'éloigne des tubulures. 6.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carter est prévu à double paroi, au moins dans la zone du chemin suivi par le premier agent depuis la tubu 71 2S650 7 2099426 lure d'entrée jusqu'au faisceau de tubes, l'espace compris dans la double paroi étant en communication avec le chemin suivi par le premier agent depuis le faisceau de tubes jusqu'à la tubulure de sortie. 7.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'espace compris dans la double paroi communique, d'un côté, avec le chemin suivi par le premier agent depuis le faisceau de tubes jusqu'à la tubulure de sortie, et, de l'autre côté, avec la chambre collectrice.