Brevet FR2124045A1 — publié le 19720922

La présente invention est relative à des perfection- ne.ents apportés aux condenseurs a gaz, et notamment aux condenseurs à plaques. Elle concerne plus particulièrement, par@i de tels condenseurs, ceux dans lesquels le gaz à condenser et le fluide e refroidissement circulent en contact thermique ltun de 11 autre, sans qu'il y ait janais aucune possibilité de mélange de ces deux fluides0 Dsns les réalisations connues jusqu'à ce jour, l'un des deux fluides circule CÉZ des tubes à l'extérieur desquels circule le deuxième fluice, des doubles parois de sécurité étaalt éventuellement prévues tout le long de ce tubes0 Elle a pour but surtout de rendre lesdits condenseurs tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique, notaient en ce u'ils permettert de condenser les gaz nocifs, tels que l'hexafluorure d'uranium ou le trifluorure de chlore, avec une grande économie de fluide refroidisseur, sans le moindre danger de contact direct entre les deux fluides, dans des conditions d'écoulement de vapeurs condensantes évitant la formation de goutte des @@densats, lettes ou de films stagnants et permettant un flux constant, l'ensemble de l'appareil fonctionnant dans des conditions de détention idéales o Elle consiste principalement - en même vers qu'à établir la circulation des deux fluides dans des espaces clos distincts, - à constituer l'espace dans lequel circule le gaz à condenser par des éléments juxtaposés en acier inoxydable, et l'espace dans lequel circule le fluide réfrigérant par des éléments en cuivre intercalés entre les précédents. Elle consiste encore, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps, à considérer séparément ou en cornbln lsons : - le gaz à condenser est d@ trifluorure de chlore, - le gaz à condenser est de l'hexafluorure d'urarìum, - le fluide réfrigérant est de l'eau, - les éléments en acier inoxydable sont constitués chacun par deux coquilles plates soudées sur leur pourtour, compor tant à leur partie supérieure un orifice d'arrivée du gaz à condenser, et munies sur leur surface interne de deux séries de dents prismatiques, taillées dans la masse et symétriquement inclinées à 300 environ à partir du milieu des coquilles, la section desdites dents étant triangulaire avec un extrados incliné vers le bas à 300 environ et un intrados horizontal, les dents respectives de doux coquille soudées se recouvrent en partie et étant décalées les unes par rapport aux autres d'une demi-longueur d'onde, lesdites coquilles ménageant enfin intérieurement sur leur pourtour des chemins d'écoulenent des condensats, les chemins d'écoulement des condensats sont @vontageusement constitués, du haut vers le bas, par dos larmiers se-i cylindriques aboutissant dans des canaux d'égouttures de largeur constante mais de profondeur croissante, les éléments on cuivre, constitués chacun 7ar deux demi coquilles brasées sur leur pourtour, sont enc@strés ar des chevrons entre deux élénents e acier inoxydable, et unis intérieurement de chicanes assurant une turbulence correcte du fluide de refroidissement et servant égalemont d'entretoises, l'@rrivée du fluide de refroidissement dans les éléments en cuivre se fait par des oreilles sortant a leur rtle supérieure, toutes tr@versées par une canalisation d'avenée du fluide, et la sortie de ce fluide se fait de façon analogue, mais à leur partie inférieure. Et elle sera de toute façon mieux comprise à l'aide du complément de description ci-sprùs et des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins n'ét@mt donnés surtout qu'à titre indicatif et nullement limitatif. Aux dessins annexés : - la iig 1 est une vue en coupe @ de la Fig. 2 d'une partie des éléments juxtaposés d'un conde@seur conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe b de la Fig. 1 d'un élément en @cier inoxydable d'un condenseur conforme à l'invention, - la Fig. 3 est une vue partielle en @rspective cavalière de l'élément représenté à la F - la Fig. 4 est une vue en coupe c d'un détail d'un élément en cuivre partiellement visible à la Fig0 2, @@@ - la Fig. 5 est une vue @en coupe d d'um détail de deux éléments tels que celui représenté à la Fig. 2, - la Fig, 3 est une vue en coupe e d'un détail de deux éléments tels que celui représenté à la Fig. 2, - et la Fig. 7 est une vue en coupe f d'un autre détail de deux éléments tels que celui représenté à la Fig. 2 Comme on le voit sur la Fig. 1, le conde@seur selon l'invention conporte des éléments juxtaposés en zeier inoxy dable tels que 2, et on cuivre tels que 4.Dans les éléments on acier inoxydable tels que 2 on introduit le gaz à condenser, par exe@ple du trifluorure de ohlore ou de l'hoxafluorure d'ur@nium, et dans les éléments en cuivre 4 l'eau des réfrigérants servant de fluide A environ 250o Les éléments en acier inoxydable tels que 2 sont constitués chacun par deux coquilles plates 6 et r soudées sur leur pourtour en lOo Chacune de ces deuy coquilles comprond à sa partie supérieure un orifice 12 d'arrivée du gaz à condenser Cotte arrivée est réalisée par un crevé de 100 nn de dismètre ressortant, par rapport au nu de la plaque, d'au moins 15 mm.Afin de permettre la réalisation d'um tel crevé par emboutissage, on procède à un fraisage annulaire 14 de 240 mm de diamètre extérieur, l'épaissour de la plaque à emboutir dans ces conditions étant de 5 mm. Les crevés tels que 12 des coquilles en regard sont soudés entre eux selon des lignes de soudures telles que 16. Chacune des coquilles telles eue 6 ou S est munie de dents de condensation telles que 18 recouvrent l@ totalité de sa surface à l'exception de l'orifice 12 d'@rrivée du gaz à condenser.Ces Cents telles que 15 sont tillées dans la masse r-r fraisage, l'épaisseur initiale de la plaque 6 état de 12 mm, et elles ont une for prismatique inclinée vers le bas à 300 en partant du milieu Ces dents sent d'ail- leurs visibles sur les Fig. 2 et 3, où l'on voit que leur disposition réserve une nervure centrale 20 d'où prennent naissance les dents 18 en liant vers la dre-ite eu la gauche des plaques telles que 6. Germe on le voit sur la E. i0 7, la section des dents telles que 15 est de forme gémérale trian- gul@ire rectangle avec un intrados 22 horizontal et un extr@- dos 24 incliné vers le bas également de 300o La auteur de ces dents étant de 7 mn et l'épaisseur totale d'une plaque telle que 6 étant de 12 mm, lorsque deux coquilles comme 6 et S sent juxtaposées, leurs dents se recouvrent de 1 Dm, ainsi qu'il apparaît sur les Fig. 5, 6 et 7. En conséquence, deux coquilles accolées doivent conforter des Les calées les unes par rapport aux autres d'une demi-longueur d'onde, seit de 2,7 mm. Cette disposition a pour but de faveriser la turbulence de l'écoulement gazeux 26 (Fig. 7) améliorant ainsi le coefficient de transfert du coté du fluide condonsant. i leur extrémité inférieure, les dents 18 aboutissent a ces collecteurs d'égouttures 28 (Fig. 2, 3 et 5). A la partie supérieure des coquilles telles que 6 ou S, soit sur une partie du pourtour des tubulures d'arrivée 12, on a établi un réhaussement périphérique 20 de 6,5 m'a (Fig. 1 et 2) permettant la soudure de deux coquilles bord à bord. Sur tout le périmètre des coquilles on a aménagé des rainures 32 (Fig.I, 3, 5 et 6) permettant de souder les éléments à franc bord Les deux tronçons obliques de la plaque d'une coquille tolle que 6 comportent à l'intérieur un larmier 34 semi-cylindrique de 2 x 3 mm (Fig. 2, 3 et 6) destiné à éviter des tensions sur la face intérieure de la soudure. Les deux larmiers latéraux aboutissent dans les canaux d!égouttures 28 de section rectangulaire.Contrairement au larmier supérieur 34 qui vit pour but d'arrêter toute contrainte ris d'oblitérer la soudure, et qui servait à l'écoulement du suintement éventuel de gaz condensés, les canaux d'égouttures 28 ont pour but de canaliser les condersats vers la buse d'écoulement inférieure 36 (Fig. 2 et 8). La largeur d'un canal d'égouttures 28 est corstante et égale à 12 m'a sur toute sa hauteur ; par contre, sa profondeur v@r de 0 à 6,5 mm du haut bvers le bas de chaque coquille. Cette section variable du canal 28 permet l'écoulement des condensats à flux continu, alors qu'un canal à section constante favoriserait l'écoulement du gaz vers l'évacuation des condensats, ce qui réduirait sensibleront le renderent de l'appareil.La buse 36 d'évacuation des condensats est usinée dans la masse des deux coquilles 6 et 8 afin de permettre une soudure à franc bord de la tuyauterie d'évacuation 38o Le eroisement des dents 18 de 1 mm (Eig. 7) récessite un léger fraisage de 0,5 mm sur le pourtour de la coquille 6 (selon 40) ainsi Que de part et d'autre de la nervure cen- trale 20 (selon 42), pour permettre l'accolement des deux coquilles (Fig. 3, 5 et 6)o La largeur de ces bandes frises est variable en fonction du diamètre de la fraise et elle a été fixée à titre d'exe@ple à 55 mm pour la nervure centrale et à 35 mm pour la rainure latérale. La buse ce sertie 36 est de section ovale (i0 x 25,7 mm) correspondant à celle d'un tube 38 de 20 mm de diam diamètre permettant l'évacuation des condensats à écoulement libre. La section ovale de cette buse 36 est rerau nécessaire par la faible épaisseur de la coquille (23 mm). On voit sur la Fig. 3 que les dents 18 supérieures, placées trop haut pour aboutir dans le canal d'égouttures 28, sont reliées par le larmier 34 qui, lui, aboutit dans le canal 28 et qui permet de purger les condensats qui pourraient s'accumuler aux points bas de ces dents. Cette précaution a été prise bien que la quantité de condensats pouvant s'accumuler ainsi soit négligeable. Les éléments 4 en cuivre dans lesquels circule le fluide de refroidissement sont constitués chacun par des plaques telles que 44 en cuivre écroui de 8 mm d'épaisseur Gos plaques sont encastrées dans les coquilles 3 ou 9 e acier inoxydable à l'@ide de chevrons 46 de 15 x 1,5 mm. Les plaques @@ sont brasées en 48 sur leur pourteur.Etant @orré que la partié la plus délicate de cette brasure 4@ est la traversée entre les coquilles on acier inoxydable, la langueur de cette traversée limitera la largeur de l'écha@geur. Les éléments 4 sont équipés à l'intérisur de chicanes 50 assurant une turbulence corrcete @u fluide de refr@idisserent et servant en même tomps d'entret@ises entre les deux plaques 44 formant un élément 4. Ces chicanes 50 peuvent être soudées à l'étain ou à l'argent doux sur une plaque 44 après sa fixation sur une coQuille 6 on acier inoxydable. L'arrivée du fluide de refroidissement (par exemple de l'eau) dans les éléments S se fait par dos cicilles telles que 52 (Fig. 2) sortant à lour partie supérieure, la sort se faisant dans les mêmes conditions par des crill@s 54 scrtant à leur partie inférieure. Comme on le voit sur la Fig. Z toutes les oreilles 52 ont une arrivée c eau commune constituée par un tube 56 on cuivre de 15 mm ce di@mètre les traversant de part en part et comportant des crifices 58 d'alimontation, le tube 56 étant brasé en 60 de chaque côté des oreilles 52. Pour faciliter la brasure des éléments 4 on a prévu sur tout le pourtour des buscs I, un arrondi 62 (Fig. 1 et 4) qui permet@de placer la baguette de brasure dans le creux ainsi formé et de pouvoir braser à flammes rasamtes. L'embouti des éléments 4 est de 15,5 mm afin que, lors du fraisage, les buses 44 se placent l'une contre l'autre à la porfection. Cette disposition per@et de ne pas détériorer le contact thermique établi entre l' I acier inoxydable et le cuivre. La localisation de la chauffe lors du passage entre les extrémités des éléments 4 et las pre@ières dents 18 peut être amélierée en dispossant des cordons d'amiante immédiatement au-dessous des lignes braser. La liaison bi-métallique entre l'acier inoxydable et le cuivre permet de corsidérer que le condenseur selon l'invention est "sur", toute fuite pouvant être décelée à la sertie des rainures avant que le moindre accident ne puisse avoir lieu, que ces fuites soient de fluide à condenser ou ce fluide ce refroidissement.La probabilité d'un contact direct entre les deux fluides est ainsi un infiniment petit du deuxième ordre qui est pratîquenent négligeable o L'écoulement des vapeurs condensantes se fait dans des conditions guidées évitant la formation de gouttelettes stagnantes ou de films nuisant au transfert thermique. les dents comnortant une double tente imposent aux condensats un écoulement immédiat vers leurs nointes nuis vers les canaux d'égouttures. Le filet de condensat s'écarte instantanément de la zone active du condenseur, d'une part tar gravité, et d'autre nart grâce au gradient des poussées de vapeurssaturantes. Enfin l'écoulement à flux constant des condensats constitue une amélioration importante, parce qu'il empêche prati@uement toute élimination des vapeurs saturantes tar des voies autres que les chicanes des dents : il en résulte que les v@@eurs saturantes devront belaver toute la surface des dents avant de s'échapper du condenseur. Il est à noter que l'appareil fonctionne dans des conditions de détention idéeles, soit 40 C pour l'ambiance et 30 et 45 C pour les fluides. Si l'on désire néanmoins une détention qui soit plus utile que nuisible, on pourra étuver l'appareil contreventé tendant un mois à environ 100 C. Bien entendu et comme il résulte d'ailleurs e ce nui précède, l'invention ne se limite nullement aux modes d'application non plus qu'à l'exemple de réalisation plus spécialement décrits et représentés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. R E V E N D I C A T I O N S 1 / Dispositif de condensation du genre condenseurs à gaz, notamment à plaques, caractérisé en ce qu'il établit la circulation des deux fluides dans des esnsces clos distincts, et constitue un espace dans lequel circule le gaz a condenser nar des éléments juxtaposés en acier inoxvdable, et l'esnace dans lequel circule le fluide réfrigérant par des éléments en cuivre intercalés entre les nrécédents. ?0/ Dispositif de condensation selon la revendication 1 dsns lequel le gaz à condenser est du trifluorure de chlore. 30/ Dispositif de condensation selon la revendication 1 dans lequel le gaz à condenser est de l'hexafluorure d'uranium. 40/ Dispositif de condensation selon la revendication I dans lequel le fluide réfrigérant est de l'eau. 5 / Dispositif de condensation selon la revendication 1 dans lequel les éléments en acier inoxydable sont constitues chacun par deux coauilles relates soudées sur leur nourtour, comportant à leur nastie supérieure un orifice d'arrivée du gaz à condenser, et munies sur leur surface interne de deux séries de dents prismatiques, taillées dans la masse et symétriquement inclinées à 300 environ à Tartir du milieu des coquilles, la section desdites dents étant triangulaire avec un extrados incliné vers le bas à 300 environ et un intrados horizontal, les dents respectives de deux coquilles soudées se recouvrant en partie et étant décalées les unes par rapport aux autres d'une demi longueur d'onde, lesdites coauilles ménageant enfin intérieurement sur leur pourtour des chemins d'écoulement des condensst.sO 60/ Dispositif de condensation selon la revendication 1 dans leauel les chemins d'écoulement des condensats sont svantazeusement constitués, du haut vers le basn nar des larmiers semi-cylin driques aboutissant dans des canaux d'égouttures de largeur constante mais de nrofondeur croissante. 7 / Dispositif de condensation selon la revendication 1 dans lequel les éléments en cuivre, constitués chacun nar deux demi-coouilles brasées sur leur pourtour, sont encastrés pour des chevrons en+ deux éléments en scier inoxydable, et munis intérieurement de chicanes assurant une turbulence correcte du fluide de refrcidissement et servant également d'entretoises. 8 / Dispositif de condensation suivant la revendication 1 dans lequel l'arrivée du fluide de refroidissement dans les éléments en cuivre se fait par des oreilles sortant à leur partie supérieure, toutes traversées par une canalisation d'emenée du fluide, et la sort@@ de ce fluide se fait de facon analogue, majs à leur partie inférieure.