Brevet FR2097091A1 — publié le 19720303

La présente invention est présentée comme perfectionnement au compartimentage d'échangeurs thermiques à corps cylindrique renfermant une surface d'échanges constituée d'un faisceau de tubes parallèles. Elle s'applique également à tous appareils d'architecture similaire destinés à faire subir au traitement physique ou chimique ou combiné à un fluide qui s'y écoule autour de tubes, barres, cloisons, parois divers , etc... disposés en faisceau dans un corps cylindrique : réacteurs chimiques, filtres, mélangeurs. L'invention vise à améliorer et à permettre de réaliser des appareils de toutes tailles sans problème de modification des performances du fait d'extrapolations. Un compartimentage de corps d'échangeur est fait pour diriger et contrôler les écoulements du fluide qui y passe afin d'améliorer les échanges thermiques et maintenir les pertes de charges à un niveau acceptable. Il est le plus souvent composé de tales perpendiculaires à l'axe des tubes que nous désigneront par le nom de chicanes et de tôles dont la génératrice est parallèle à l'axe des tubes et du corps de l'appareil et que nous désignerons sous le nom de cloisons. De ce fait les chicanes séparent le corps cylindrique en tronçons et les cloisons subdivisent chaque tronçon. Des dispositions sont prises pour que le fluide passe d'un tronçon au suivant par des lumières ou passages convenablement disposés à la périphérie et/ou au centre des chicanes. Les cloisons assurent que le fluide balaie autant que possible l'ensemble des surfaces tubulaires de chaque tronçon et au mieux avec la meme intensité en tous points. Les réalisations habituelles sont telles qu'il y a de notables variations des sections donc des vitesses entre différents points d'un tronçon de faisceau et qu'il subsiste même des zones mal balayées fort justement dénommées "zones mortes". Le problème se complique singulièrement pour les gros réacteurs et échangeurs tubulaires (gros diamètre par rapport à la longueur du faisceau) et on limite suivant les dimensions de tels appareils pour avoir la certitude que les flux thermiques, donc les différences de températures seront homogènes entre différents points du faisceau. La présente invention réside dans une disposition particulière des cloisons disposes dans chaque tronçon, entre chicanes ou entre chicanes et plaques tubulaires. Dans la disposition nouvelle présentée, les cloisons sont constituées par des surfaces cylindriques dont les directrices sont des développantes de cercle qui s'inscrivent entre un cercle (2 fig. 1) de base et l'enveloppe extérieure (3 fig. 1) concentrique. Ces cloisons sont régulièrement réparties autour du cercle de base. En règle générale les centres des tubes sont disposés sur une série de développantes également espacées. Cette disposition, dans l'esprit de l'invention, est la meilleure. La figure 1 représente la coupe perpendiculaire à l'axe d'un échangeur thermique équipé de cloisons conformes à l'invention. Les cloisons 1 ou un tracé en développante entre le cercle de base 2 et la virole extérieure 3; les centres des tubes sont alignés sur des développantes 4 parallèles aux cloisons. Toutefois, des considérations pratiques peuvent imposer un tracé tubulaire classique, la disposition des cloisons suivant l'invention y conserve ses avantages. Pour des motifs de même ordre, on sera parfois conduit à remplacer la courbe directrice en développante par une ligne courbe ou polygonale suivant d'aussi près que possible le tracé de la développante. La figure 2 représente un exemple d'une telle disposition. Les tracés 1 suivant approximativement des développantes conservent cependant à l'invention la plus grande partie de son intérêt. Les cloisons réalisées suivant les dispositions jouissent des propriétés suivantes spécifiques des développantes de cercles : - La distance entre 2 développantes successives mesurée sur une droite tangente au cercle de base est constante t les longueurs de toutes les développantes mesurées entre le cercle de base et un cercle concentrique sont égales. L'ensemble de ces lignes présente une symétrie de révolution autour du centre. Il en découle les conséquences suivantes s La section de passage offerte au fluide est constante en tous points et les filets fluides ont tous la même longueur ce qui diminue les risques de parcours préférentiels. Dans un plan perpendiculaire à l'axe, les isothermes caractérisant les fluides traversant l'appareil constituent un réseau de cercles centrés sur l'axe du fais ceau. Au contraire les dispositions classiques de cloisons introduisent des distorsions thermiques d'autant plus importantes que le diamètre des appareils est gros ces distorsions ont en outre des conséquences mécaniques facheuses. Pour limiter ces effets les extrapolations des appareils réalisés suivant les dispositions connues restent limitées. Dans le cas de cloisonnements réalisés suivant l'invention, oji peut extrapoler sans risque un appareil déjà réalisé du fait de la forme connue des courbes isothermes. REVENDICATIONS 1 - Procédé de cloisonnage pour la construction d'échangeurs thermiques ou de réac teurs à corps cylindriaue caractérisé par le fait que les cloisons sont consti tuées par des cylindres dont les génératrices sont parallèles aux tubes et dont les directrices sont des développantes d"un cercle de base concentrique à l'axe de l'appareil. 2 - Procédé de cloisonnage suivant revendication 1 caractérisé par le fait que les directrices des surfaces cylindriques constituant les cloisons sont des courbes ou des lignes polygonales se rapprochant du profil d'une développante du cercle de base, d'aussi près que le permet la technologie de fabrication de comparti mentage de corps d'échangeurs. 3 - Disposition des tubes équipant un faisceau d'échangeur cloisonné suivant reven dilations 1 et 2 caractérisées par le fait que les centres des tubes sont dis posés sur des développantes du me'me cercle de base.