Brevet FR2060159A1 — publié le 19710618

c9 iC j 2060159 Ln r r*r£>fnte inv-ïn Lion est relative ^ un échanrt.-ur-re-f roidi s--t-ur de fluides, -notamment de ]£,z et d'air eu type dans lequel la transmission du froid entre le fluide frigorigène et le fluide à itfroidir s'effectue par 1'intermédiaire d'un fluide dit frigori-5 fèrë, par exemple d'un liquide, éventuellement congelable. Dans ces échangeurs qui présentent, par rapport à ceux où un fluide est refroidi par contact direct avec un faisceau tubulaire dans lequel s'opère 1'évaporation du fluide frigorigène, l'avantage de comporter un volant de froid accumulé dans le fluide frigorifère inter-10 médiaire et permettant de réduire la fréquence des redémarrages de la machine frigorifique, le rendement n'est cependant pas très satisfaisant : En effet la transmission dû froid à la surface d'échange entre le fluide frigorifère et le gaz à refroidir s'effectue dans de mauvaises conditions, car la masse du gaz est fai-15 ble. Pour améliorer le rendement de la transmission du froid, on est conduit à diminuer l'écart entre la température du gaz à refroidir et celle du fluide frigorifère, mais il y a un écart minimal que l'on ne peut dépasser car il faudrait alors augmenter d'une façon excessive le débit de fluide frigorifère. 20 L'échangeur-refroidisseur conforme à l'invention permet de remédier à cet inconvénient ; il est caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte dans laquelle sont disposés deux réseaux de tubes dont l'un, destiné au fluide frigorigène, e.st raccordé à une machine frigorifique, et dont l'autre est parcouru par le fluide à 25 refroidir, les tubes du premier réseau étant dispersés dans les tubes du deuxième et l'ensemble baignant dans le liquide frigorifère. . Les tubes parcourus par le fluide à refroidir sont, dans une forme de réalisation préférée, régulièrement répartis dans la sec-30 tion transversale de l'enceinte, tandis que les tubes du réseau frigorigène sont disposés suivant plusieurs faisceaux plans et parallèles, horizontaux ou inclinés par rapport au plan de symétrie longitudinal de l'enceinte et intercalés entre les tubes du premier réseau. 35 Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, des cloisons transversales qui sont traversées par les tubes des deux réseaux et formant un passage^en chicanes sont disposées dans l'enceinte contenant le fluide frigorifère qu'une pompe extérieure fait circuler à grande vitesse à travers ce passage successivement 40 au contact des tubes froids et dès tubes a refroidir. BAD ORIGINAL 69 30169 2060159 Or^ce à cetbe disposition, le fluide frigorifère est forcé de s'écouler perpendiculairement aux tubes des deux réseaux assurant, par la turbulence ainsi provoquée, un bon coefficient de transmission et, de plus, du fait que les tubes parcourus par le 5 fluide frigorigène sont intercalés parmiiles tubes parcourus par le fluide à refroidir, le fluide frigorifère passe successivement et alternativement au conta'ct des tubes froids et des tubes a refroidir : Il en résulte que le fluide frigorifère se refroidit un grand nombre de fois de sorte que sa température est pratiquement 10 constante et très voisine de celle du fluide frigorigène. L'appareil présente donc les avantages des réfrigérateurs à contact direct du fluide à refroidir avec les tubes à détente directe du fluide frigorigène et ceux des appareils a fluide frigorifère intermédiaire. 15 A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation d'un appareil suivant l'invention î La figure 1 est une vue en coupe longitudinale. La figure 2 est une coupe transversale suivant II-II de la 20- figure 1. La figure 3 est une autre coupe transversale suivant 1II-III de la figure 1. L'échangeur-réfrigérateur suivant l'invëntion est constitué, comme représenté au dessin, par une enveloppe cylindrique 1 fer-25 mée à ses deux extrémités par des chapeaux 2, 3, assemblés par brides et-boulons (non représentés) avec l'enveloppe 1. Entre l'extrémité de l'enveloppe 1 fermée par le chapeau 3 et ce dernier • se trouve fixée une plaque 4, tandis qu'une plaque semblable 5 se trouve fixée dans l'enveloppe 1 en retrait par rapport à l'autre 30 extrémité, de celle-ci, de façon à former un compartiment 6. Entre les deux plaques 4 et 5 et traversant celles-ci, sont montés les tubes 7, 7' ... (Figures 1 et 2) formant un premier réseau tubulaire parcouru par le fluide à refroidir qui arrive par la tubulure 8 dans le chapeau terminal 3, séparé en deux com-35. partiments 9, 9', par une cloison médiane 10, et en repart par la tubulure 8' : Les tubes 7 du faisceau forment ainsi deux groupes, -le groupe supérieur dont les tubes sont parcourus par le fluide à refroidir de droite à gauche et le groupe inférieur dont les tubes sont parcourus par ce fluide de gauche à droite.'. 40 Les tubes 7, 7' ... où circule le fluide à refroidir sont BAD ORIGINAL 69 30169 3 2060159 répartis d'une façon à peu près uniforme dans la section transversale de l'enceinte limitée par l'enveloppe 1 et, dans ce réseau de tubes, sont insérés ou intercalés les tubes parcourus par le fluide frigorigène provenant de la machine frigorifique 11» Ces tubes 5^ sont montés en porte à faux sur la plaque transversale 5 et répartis en trois faisceaux plans 12, 12', 12" (Figures 1 et 2) constitués chacun par quatre tubes reliés entre eux par des coudes,comme visible en Figure 1, les trois tubes inférieurs étant reliés, comme visible en Figure 1, au distributeur 13 relié à la machine fri-10- gorifique et dans lequel ce fluide se détend, tandis que les trois tubes supérieurs sont reliés à un collecteur 14 qui ramène le fluide vaporisé à la machine 11. La tuyauterie froide 12 doit être horizontale ou en pente ascendante pour ne pas former de poches dans lesquelles serait piégéel'huile de graissage. Le distributeur 13 15 et le collecteur 14 sont respectivement reliés à la machine frigorifique 3.par les tuyauteries 15, 16, qui traversent par des passages étanches la paroi de l'enveloppe 1 à l'intérieur du compartiment' 6 : De cette façon, ces conduites étanches n'ont pas besoin d'Itre démontées lorsque l'on désire procéder au nettoyage des fai-20. sceaux tubulaire ou au remplacement de certains des tubes : Il suffit pour cela de démonter les chapeaux d'extrémité 2, 3,; ce. qui peut être réalisé sans aucune difficulté. Des cloisons transversales 17-18, 17'-18',17"-18" ... etc. «* sont montées à l'intérieur de l'enveloppe 1 de façon à former un 25 trajet en chicanes pour le fluide frigorifère qu'une pojnpe 19, raccordée à l'enveloppe 1 en 20 et 21, au voisinage des plaques 4, 5, fait circuler à travers l'enceinte au contact des tubes. Les cloisons 17, 18 sont traversées par les tubes 7 et 12 qu'elles contribuent à soutenir. 30 On voit que, grâce aux cloisons 17, 18, l'intérieur dé' l'enve loppe 1 se trouve subdivisée en un certain nombre de compartiments successifs qui sont traversés verticalement, alternativement de bas en haut et de haut en bas, par le liquide frigorifère refoulé par la pompe 19. Il en résulte que ce liquide se trouve alternatifs vement en contact, pendant tout son parcours dans l'enveloppe 1, avec les tubes froids 12 et avec les tubes à refroidir 7, ce qui permet d'obtenir les avantages qui ont été mentionnés ci-dessus. Le volume du liquide frigorifère refoulé par la pompe est -déterminé de façon à ne pas remplir entièrement-l'enveloppe 1,'ce 40. dont un regard 22 permet de s'assurer. Il en résulte^ d'une part, 69 30169 4 2060159 un écoulement turbulent entre les tubes des deux réseaux et donc un bon coefficient de transmission du froid. D*autre part, si l'on désire créer un volant de froid par congélation du liquide frigorifère, ce remplissage incomplet de l*enveloppe 1 assure la marge de sécurité nécessaire pour la dilatation provoquée par la congélation. Dans le cas où l'on désire utiliser .un liquide incongelable, on choisira .l'alcool, le glycôl ou des solutions aqueuses de ces produits, de façon à abaisser le point de congélation, ou encore du mercure. Dans le cas où l'on désire utiliser un liquide congelable, on choisira de l'eau pure, une saumure à faible concentration ou encore une solution eutectique. 69 30169 5 2060159 REVENDICATIONS 1. Echangeur-réfrigérateur pour fluide, notamment pour les gaz ou pour l'air, du type dans lequel la transmission du froid entre, le fluide frigorigène et le fluide à refroidir s'effectue à l'aide d'un fluide intermédiaire frigorifère, par exemple un 5 liquide éventuellement congelable, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte dans laquelle sont disposés deux réseaux de tubes dont l'un, destiné au fluide frigoEigène, est "raccordé à une machine frigorifique, et dont l'autre est parcouru par le fluide à refroidir, les tubes du premier réseau étant dispersés dans les 10 tubes du deuxième et l'ensemble baignant dans le liquide frigorifère. 2.-Echangeur-réfrigérateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes parcourus par le fluide à refroidir sont régulièrement répartis dans la section transversale de 15 l'enceinte, tandis que le.s tubes du réseau frigorigène sont disposée suivant plusieurs faisceaux plans et parallèles, horizontaux -ou inclinés par rapport au plan de symétrie longitudinal de l'enceinte et intercalés entre les tubes du premier réseau. 3. Echangeur-réfrigérateur suivant les revendications 1 et 2, 20 caractéris-é par le fait que des cloisons transversales, qui sont traversées pair les tubes des deux réseaux et qui forment un passage en chicanes, sont disposées dans l'enceinte contenant le fluide frigorifère qu'une pompe extérieure fait circuler à grande vitesse successivement, à travers ce passage.au contact, des tube» 25 froids et des tubes à refroidir. 4.. Eçhangeur-refroidisseur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'enceinte est constituée par une enveloppe cylindrique au voisinage des extrémités de laquelle sont montées deux plaques transversales traversées toutes les deux par 30 lès t.ubes parcourus par le fluide à refroidir, tandis que les tl}-*-bes du fluide frigorigène sont montés sur une seule de ces plaques, les extrémités de l'enveloppe cylindrique étant fermées par des c" chapeaux assemblés par brides et boulons et formant deux compartiments d'extrémité dont l'un est partagé par une cloison longitudi-35 nale en deux chambres comportant respectivement une tubulure d'arrivée et une tubulure de départ pour le fluide à refroidir, tandis que l'autre extrémité contient un dispositif distributeur du fluide frigorigène, connecté à l'une des extrémités du faisceau de tubes froids et un collecteur recueillant ce fluide vaporisé, distribu 69 30169 6 2060159 teur et collecteur étant connectés, par des tubes traversant d'une façon étanche la paroi de l'enveloppe cylindrique, à la machine frigorifique. 5. Echangeur-refroidisseur suivant les revendications 1, 2, 5 3 et.4 caractérisé par le fait que la pçmpe de circulation du fluide frigorifère est raccordée è l'enceinte au voisinage des extrémités de celle-ci, l'entrée de ce fluide se situant au voisinage de l'entrée et de la sortie du fluide à refroidir. 6. Echangeur-refroidisseur suivant les revendications 1, 2, 10 3, 4 et 5 caractérisé par le fait que le volume du liquide frigorifère en circulation est déterminé de façon à ne pas remplir entièrement l'enceinte de façon à assurer, d'une part, un écoulement turbulent et, d'autre part, une marge de dilatation en cas de congélation de ce fluide. 15 7. Echangeur-refroidisseur suivant la revendication 1, carac térisé par le fait que le fluide frigorifère est un liquide conge-lable, tel que l'eau pure, une saumure à faible concentration ou un mélange eutectique. 8. Echangeur-refroidisseur suivant la revendication 1, carac-20 térisé par le fait que le fluide frigorifère est un liquide incon-gelable à la température minimale de fonctionnement, tel que l'alcool ou le glycol ou une solution de ces liquides dans l'eau, ou le mercure.