Brevet FR2123382A1 — publié le 19720908

-i- 2123382 La présente invention concerne un échangeixr thermique dans lequel l'un des fluides est divisé en deux courants parallèles principaux. L'échangeur thermique suivant l'invention comprend des tuyaux 5 d'écoulement pour un fluide calorifère comportant sur leur face externe des éléments d1accroissement de surface, et ces •tuyaux sont entourés par des tubes de façon que le fluide caloporteur puisse passer entre les tubes et les tuyaux. Les tubes sont disposés en deux groupes opposés axialement avec des ouvertures annulaires 10 orientées les unes vers les autres et débouchant dans un espace annulaire entre les deux groupes, leurs entrées étant opposées les unes aux autres et ouvrant dans une chambre de chaque côté de l'échangeur thermique ,les deux chambres étant reliées par un conduit de raccordement de sorte que le fluide calopoteur traverse l'échan-15 geur thermique, en deux courants parallèles. Lorsqu'on chauffe certains liquides, tels que de l'huile, il est avantageux de diviser le flux en deux courants parallèles de façon que seulement la moitié du débit de l'huile et donc le quart de la chute de pression soient obtenus pour une taille donnée d'échangeur thermique. 20 La présente invention est particulièrement avantageuse lorsque de faibles chutes de pression sont requises, ce qui est le cas par exemple dans les échangeurs thermiques utilisés comme pré-réchauffeurs de cuves ou pré-réchauffeurs d'aspiration. L'échangeur thermique suivant l'invention permet me division 25 de la surface chauffante telle que le courant de fluide caloporteur est divisé en deux courants parallèles qui sont réunis, par exemple pour un chauffage final, en un seul courante II en résulte au moment du chauffage final, un débit d'écoulement double de celui du flux divisé en deux courants parallèles et par conséquent, un 30 transfert thermique accru à la fin où la viscosité est la plus faible» De ce fait, la chute de pression est relativement faible au début où la viscosité est élevée. Lorsque le fluide a été chauffé par le courant parallèle, la viscosité baisse et on peut donc par exemple doubler le débit en introduisant le fluide dans un autre 35 échangeur thermique. Du fait de la viscosité plus faible, il n'y a pas de chute de pression sensible. Un autre résultat obtenu suivant l'invention est que le diamètre extérieur de l'échangeur thermique est plus grand, mais cette augmentation de diamètre ne provient pas de la possibilité d'augmenter le nombre de tubes et de 72 02339 -2- 2123382 tuyaux à l'intérieur de l'échangeur, mais est due seulement au fait que l,échangeur comporte un tube central comme expliqué plus loin0 l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen des dessins annexés, qui représentent, a titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention. la fig. 1 est une "vue en coupe longitudinale d'un, mode de réalisation de l'échangeur thermique suivant l'invention. la fig. 2 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle suivant la ligne A-A de la figure 1. la fig. 3 est une vue en coupe longitudinale d'un, autre mode de réalisation de l'échangeur thermique suivant l'invention dans lequel l'échangeur est introduit partiellement dans une cuve. la fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'un troisième mode de réalisation de l'échangeur thermique suivant l'invention» la fig. 5 est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 4o l'échangeur thermique de la figure 1 comprend une enveloppe 1, qui est avantageusement cylindrique et renferme un tuyau de vapeur 2 entouré par un tuyau à condensât 20. le tuyau de vapeur 2 s'étend à partir d'une chambre de répartition 3 qui comporte un orifice d'admission 4 de la vapeur. La vapeur s'écoule de la droite vers la gauche sur la figure 1, jusqu'au fond du tube à condensât 20. Le condensât est recueilli dans une chambre 5 qui est située à l'intérieur de la chambre 3 et comporte un orifice de sortie 6. Dans la chambre 5 débouchent les tuyaux à condensât 20. Les tuyaux à condensât 20 sont pourvus sur leur face externe d'éléments d'accroissement de surface 21. Les tuyaux 20 sont entourés par des tubes 7,ouverts aux deux bouts, et répartis en deux groupes, l'un à droite et l'autre à gauche, à l'intérieur de l'échangeur thermique. Entre les deux groupes est ménagé un espace annulaire 8 qui est délimité par l'enveloppe 1 de l'échangeur thermique, les tubes du côté droit ont une première ouverture dans l'espace annulaire 8 et une deuxième ouverture dans une chambre 10, disposée à l'intérieur de la chambre de condensât 5® Les tubes du côté gauche ont une première ouverture dans l'espace annulaire 8 et une deuxième ouverture dans une chambre 11 qui est située à l'extrémité gauche de l'échangeur thermique et comporte un orifice' de sortie 12. Les chambres 10 et 11 sont reliées entre elles par un tube central 13. 72 02339 -3- 2123382 Le fluide calorifère, qui dans le présent cas est par exemple de la vapeur, est introduit dans les tuyaux 2 et transmet de la chaleur à un fluide qui s1écoule à l'extérieur des tuyaux 20 et à l'intérieur des tubes 7. La vapeur se condense et s'écoule dans la 5 chambre de condensât 5 dont elle s'échappe par l'orifice de sortie 6« Le fluide à chauffer, par exemple de l'huile, est introduit par une ouverture 14 dans l'espace annulaire 8 et divisé en deux courants parallèles, l'un dirigé vers la droite, l'autre vers la gauche à l'intérieur des tubes 7. Le courant gauche traverse le groupe 10 gauche de tubes 7 et s'écoule dans la chambre 11. Le courant de droite s'écoule dans les tubes 7 de la partie de droite de l'échangeur thermique puis dans la chambre 10 et de là il s'écoule dans le tube central 13 pour rejoindre la chambre 11 et se mélanger au courant provenant du groupe gauche de tubes 7. Ensuite l'huile chauf-15 fée est évacuée par l'orifice de sortie 12. Grâce à la division du flux d'huile en deux courants parallèles, le débit de l'huile dans l'échangeur thermique et donc la chute de pression,sont réduits. L'huile peut ensuite être transférée dans un autre échangeur thermique ou être soumise à un autre traitement, mais elle a atteint 20 une température telle que sa viscosité ne provoque pas une trop grande chute de pression, lorsque son débit est maintenu. La figure 2 montre la disposition du tube 13 et comment les tubes 7, les tuyaux de vapeur 2 et les tuyaux de condensât 20 sont agencés autour du tube central. 25 La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l'inven tion dans lequel le fluide caloporteur , qui est de l'huile, s'écoule en sens opposé de celui de la figure 1. Dans ce mode de réalisation 1'échangeur thermique est enfoncé sur une certaine longueur dans une cuve. La figure 3 montre la paroi 30 15 de la cuve, l'intérieur de la cuve s'étendant à gauche de la paroi 15 sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation l'huile est introduite directement dans la chambre 11 et divisée en deux courants parallèles, dont l'un s'écoule directement dans le groupe de tubes 7 de gauche et dont 35 l'autre passe dans le tube central 13 et est acheminée vers la droite dans la chambre 10 qui la répartit sur le groupe de tubes 7 de droite et l'amène au centre de l'échangeur thermique, c'est-à-dire dans l'espace annulaire 8. 72 02339 4- 2123382 Dans le présent mode de réalisation l'espace annulaire 8 forme une chambre d'accumulation pour les courants parallèles provenant des tubes de gauche et de droite et l'huile chauffée est évacuée par l'orifice de sortie 14 et chauffée par la vapeur qui s'écoule 5 dans les tuyaux 2, venant de la chambre 3. la figure 4 représente un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel les tuyaux de vapeur 2 et les tuyaux de condensât 20 s'étendent sur la partie de l'échangeur thermique qui comprend deux groupes de tubes parallèles 7 et sur une partie supplé-10 mentaire 16 de l'échangeur thermique qui est logée dans l'enveloppe 1 et isolée par un écran 22. la chambre 11 qui a reçu les deux courants d'huile provenant du groupe gauche de tubes 7 et du tube central 13 les répartit dans des tubes 17 d'où ils passent dans une chambre 18 et sortent par un orifice 19» les tubes 17 constituent 15 ainsi un échangeur thermique supplémentaire disposé à la suite de l'échangeur en parallèle» la chambre 11 constitue à la fois une chambre d'accumulation pour les deux courants provenant des groupes de tubes gauche et droit , et une chambre de répartition qui alimente les tubes 17 en huile chauffée. 20 Du fait de la division de l'huile en deux courants dans l'espa ce annulaire 8 le débit est réduit de telle façon que la chute de pression n'est pas trop forte dans l'échangeur thermique, mais après chauffage des courants parallèles et leur accumulation dans la chambre 11, la viscosité a diminué au point que la fin de l'opé-25 ration de chauffage peut être effectuée dans les tubes 17 sans provoquer une chute de pression trop élevée ainsi que des pertes de charge. On peut donner à cette partie supplémentaire de l'échangeur thermique toute autre forme appropriée« la fig. 5 est une vue en coupe transversale de cet échangeur 30 thermique suivant la ligne A-A de la figure 4<> Pour éviter les contraintes thermiques entre les tuyaux 2 et 20 et entre ces tuyaux et les tubes 7 qui les entourent, tous ces tuyaux et tubes ne sont fixés qu'à une de leurs extrémités, ce qui leur permet de se dilater librement. 35 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. 72 02339 -s- 2123382 - REVENDICATIONS - 1.- Echangeur thermique qui comprend, des tuyaux d'écoulement pour un fluide calorifère comportant sur leur face externe des éléments d'accroissement de surface, lesdits tuyaux étant entourés par des tubes de façon qu'un fluide caloporteur puisse s'écouler entre 5 les tuyaux et les tubes, lesdits tubes étant répartis en deux groupes opposés axialement, avec leurs ouvertures annulaires disposées en regard les unes des autres et débouchant dans un espace annulaire entre les deux groupes, les entrées desdits tubes étant opposées les unes aux autres et débouchant dans une chambre de chaque côté 10 de l'échangeur thermique, les deux chambres étant reliées par un conduit de raccordement de façon que le fluide caloporteur passe dans l'échangeur thermique en deux courants parallèles, caractérisé en ce que ledit conduit de raccordement est un tube central qui s'étend sur la longueur de l'échangeur thermique entre les deux 15 chambres, l'une desdites chambres étant reliée à l'extérieur par un raccord pour la fourniture ou l'évacuation du fluide caloporteur. 2.- Echangeur thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire est une chambre de répartition pour l'admission du fluide caloporteur dans les tubes» 20 3»- Echangeur thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace annulaire est une chambre d'accumulation pour le fluide caloporteur sortant des tubes, ledit fluide étant fourni à la chambre par le raccord extérieur» 4»- Echangeur thermique suivant la revendication 2, caractérisé 25 en ce que la chambre munie du raccord extérieur comprend un élément d'échange thermique « 5.- Echangeur thermique suivant les revendications 1 et 3 ou 4, caractérisé en ce que la chambre munie du raccord extérieur débouche directement dans une cuve contenant le fluide à réchauffer® 30 6»- Echangeur thermique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyaux d'écoulement et les tubes qui les entourent peuvent se dilater librement»