Brevet FR2140302A1 — publié le 19730119

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et notamment ceux qui sont utilisés comme élément intermAdiaire entre deux appareillages de traitement de fluides gazeux L'invention concerne plus particulièrement le traitement de fluides gazeux corrosifs pour lesquels il est nécessaire de prd- voir des échangeurs dans lesquels le fluide à traiter est cu- jours séparé du fluide de refroidissement, ou de chauffage, par deux épaisseurs de paroi, ce qui conduit à des constructions complexes étant donné qu'il est souvent très difficile d'amener le fluide refroidisseur, le plus souvent de liteau, dans ces appareils. Le nouvel échangeur de l'invention permet, quel que soit le fluide gazeux à traiter, de rendre toujours accessible le cirouit d'eau de refroidissement et d'utiliser toujours, quelle que soit la capacité que doit présenter l'échangeur, des cellules d'échange identiques pouvant donc Autre fabriquées de façon éco- nomique et en très grand nombre. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur à cellules multiples comporte une enveloppe séparée intérieurement par des cloisons délimitant des chambres de répartition: pour un fluide gazeux amené à au moins une des chambres de répartion par un fourreau annulaire et conduit en dehors de ladite enveloppe par au moins un autre fourreau annulaire, des buses de raccordement traversant ladite enveloppe et débouchant dans lesdites chambres de répartition en les faisant communiquer avec des cellules d'échange raccordées auxdites buses et montées à l'extérieur de ladite enveloppe dans une disposition en barillet, lesdites cellules d'échange étant reliées à des collecteurs également disposés à l'extérieur de ladite enveloppe et servant à la répartition d'un fluide d'échange de chaleur pour le fluide gazeux amené auxdites cellules d'échange. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressorteS d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une iorme de réalisation de l'objet de l'invention est présentée, à titre d'exemple non limitatif, auoe'ssin snnex4. La fig. 1 est une coupe-élévation en partie schdmat4que d'un échangeur de chaleur à deux étages et à cellules multiples, cette coupe étant vue sensiblement suivant la ligne I-I de la fig. 2. La fig. 2 est une section transversale partielle vue sensi blement suivant la ligne II - II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe-élévation, à plus grande échelle, illustrant la réalisation des éléments de chaque cellule d'ecÙ:an- ge de l'échangeur de chaleur des figures précédentes0 La fig. 4 est une coupe-élévation, analogue à la fig. 1, illustrant un développement de l'invention. L'échangeur à deux étages et à cellules multiples représenté est destiné à être interposé entre deux machines de travail l et 2. La machine 1 peut, par exemple, être constituée par un compresseur à deux étages dont l'aspiration la est dirigée vers la base de l'échangeur et dont le premier étage de sortie lb est concentrique à l'aspiration, puis dont l'entrée du second étage l ae meme que la sortie du second étage ld sont également concentriques ou communiquent avec des tubulures concentriques comme cela est silhouetté en traits mixtes à la partie basse de la fig. 1 avec les trajets illustrés par les flèches affectées des références ci-dessus. En considérant la machine de travail 1 qui vient d'être décrite, l'échangeur comporte, à sa partie basse, une bride annulaire périphérique 3 sur laquelle est montée une enveloppe extérieure 4, de préférence réalisée en plusieurs tronçons comme montré par les références 4, 4a et 4b. Les tronçons ci-dessus sont reliés entre eux par des supports annulaires de cloisons 5, 5a et 5b supportant respectivement des cloisons annulaires 52 et 53. 6 désigne un embout de raccordement qui est disposé concentriquement à la bride 3 et qui supporte un fût 7 relié à la cloison 53 et à un embout supérieur 6a concentrique à une bride supérieure 3a qui est reliée à la partie supérieure du tronçon 4b de l'enveloppe. 8 désigne une buse annulaire qui entoure l'emboue 6 à ;'in- térieur du volume délimité par la bride 3, cette bride étant reliée par un fourreau 9 à la cloison 51 et par un fourreau 10 à la cloison Par les éléments décrits ci-dessus, le fût 7 délimite au centre de l'échangeur un conduit d'admission 11 qui communique avec l'entrée du premier étage la du compresseur 1 et le fourreau 10 délimite, avec la paroi externe du fût 7, un conduit annulaire 12 qui fait communiquer la sortie du premier étage lb du compresseur avec une chambre de répartition 13, délimitée par le tronçon 4a de l'enveloppe entre les cloisons 52 et 53.Par ail- leurs, la buse annulaire 8 communique avec un conduit 14, formé entre les fourreaux 10 et 9, ce conduit 14 menant à une chambre de répartition 15 délimitée par les cloisons 51 et 52* Finale ent, un conduit annulaire supplémentaire 16 est encore délimité entre le fourreau 9 et le tronçon 4 de l'enveloppe. Des cellules d'échange 17, 17a, 17b,... 17n sont disposées à la périphérie de l'enveloppe 4, ces cellules d'échange étant rapportées, par exemple par soudure comme le montrent les fig. 1 et 2, à l'une des extrémités de buses 32, 33, 32a, 33a,... 32u, 33n, dont l'autre extrémité est soudée ou fixée par un autre moyens à l'extérieur de l'enveloppe 4, plus précisément sur le tronçon 4, 4a ou 4b de celle-ci. Toutes les cellules d'échange sont constitues de meme fa çon à partir d'éléments d'échange standardisés qui sont repr6- sentes à la fig 3. Chaque élément colporte un corps creux 20, par exemple fabriqué par le procédé connu sous le nom de tRoll- Bond" pour délimiter des conduits de circulation 21. Chaque corps creux est fixé, par exemple par brasage, contre le fod de deux ferrures en U 22et 23 entre les ailes desquelles sont disposés des dissipateurs 24. Au-dela des corps creux 20, le fond des ferrures 22, 23 est réuni par une barrette 25.Les éléments d'échange de chaleur standard ci-dessus sont, ensuite, réunis entre eux en disposant les ailes de lours ferrures en U en contact et en soudant ces ailes comme cela est silhouetté en 26. On voit que les ferrures en U de chaque éliment d'échange constituent ainsi un couloir de circulation 27 pour un fluide, par exemple à refroidir, au moyen d'un autre fluide circulant dans les conduits 21 des corps creux 20, les deux fluides étant toujours séparés par deux épaisseurs de paroi. A leurs extrémités, les cellules d'échange sont fermées par des plaques 28 et 29 (fig 1 et 3) sur lesquelles sont brasées des ferrures de rigidi- fication 30, elles-mêmes recouvertes par une plaque 31. Chaque cellule d'échange constitue ainsi un enoem'ele parfaitement autonome ayant s'a -igidite propre et délimitant deux circuita. les cellules d'échan,ze, qui viennent d'être décrites, sont fizées à l'extrémité des buses' 32, 33 qui les relient à l'enve- loppe 4. les conduits de circulation 27 communiquent par l'inter médiaire de ces buses 32, 33 comme montré à la partie droite de la fig. 1, ou 32a, 33a comme montré à la partie gauche de cette mime figure, avec leurs chambres de répartition respectives. Certaines des cellules d'échange, par exemple celles destinées à refroidir le fluide à basse pression provenant du compresseur 1 ou autres appareils sont montées de façon que les buses 32 communiquent avec l'intérieur de la chambre 13, tandis que les buses 33 communiquent avec la chambre annulaire 16. En ce qui concerne les cellules d'échange devant refroidir le fluide provenant du second-étage du compresseur 1, leurs buses 32a communiquent avec la chambre de répartition délimitée à l'intérieur du tronçon 4b de l'enveloppe et leurs buses 33a avec la chambre annulaire 15 délimitée entre les cloisons 51 et On voit, par ce qui précède, que toutes les cellules d'échange sont disposées en barillet autour de l'enveloppe 4, ce qui permet, comme le montre la fig. 2, de relier les conduits 21 des corps creux 20 de chaque cellule d'échange à des collateurs 34 et 35 permettant la distribution et la récupération d'un fluide de refroidissement1 par exemple de l'eau, tous les collecteurs 34, 35 de même que des conduits 36, 37 qui les alimentent étant alors disposés à l'extérieur de l'échangeur, de sorte qu'ils sont toujours accessibles. En se référant de nouveau à la fig 1, on voit que le fluide supposé à refroidir qui pénètre tout d'abord à l'intérieur du fflt 7 suivant la floche ol est conduit par l'intérieur de ce f t à l'admission de la machine 1, puis que le fluide après savoir été chauffé, par exemple s'il a été comprend, est conduit, suivant les flèches i2, dans le conduit annulaire 12 qui le mène à la chambre 13. La chambre 13 constitue une chambre de répartition communiquant avec les buses 32 de toutes les cellules d'échange à basse pression qui portent la mention BP à la fig 2. Ce fluide, après passage dans les conduits 27 des cellules d'échange, est ramené par les buses 33 dans la chambre annulaire 16, donc à la machine 1 od il est de nouveau traité pour étire refoulé, comme montré en 1d par les doubles floches 03, dans le conduit annulaire 14 menant à la chambre 15 qui constitue une chambre répartitrice pour les cellules d'échange à haute pression portant les lettres H à la fig. 2. Finalement, aprèsazoir traversé les conduits 27 des cellu les d'échange à haute pression, le fluide de nouveau refroidi, est conduit dans la chambre ménagée par le tronçon 4b de l'enveloppe et est conduit suivant les doubles flèches 9 vers l'appareil d'utilisation 2. La construction, qui vient d'être décrite de l'échangeur, permet de disposer un nombre plus ou moins grand de cellules d'échange à la périphérie de l'enveloppe 4 et, en cas d'avaries, certaines cellules d'échange peuvent evidemment être neutralisées sans qu'il en résulte pour autant une interruption totale du fonctionnement de l'échangeur. Le nombre de cellules d'échange pouvant être montées en barillet autour de l'enveloppe 4 dépend evidemment à la fois du diamètre de cette enveloppe et de la largeur de chaque cellule. Cependant, lorsque l'emplacement disponible est restreint, alors, pour augmenter encore la capacité de l'échangeur, il est possible de proceder, comme montré par la fig. 4, c'est-à-dire en utilisant un tronçon d'enveloppe 4b de beaucoup plus grande hauteur que celui de la fig. 1 et en décalant en hauteur les cellules haute pression HP par rapport aux cellules basse pression BP. De cette façon, seul un prolongement 331 des buses 33a conduisant le fluide à refroidir aux cellules d'echange haute pression est interposé entre les cellules d'échange basse pression, ce qui permet de rapprocher considérablement ces dernier et, par conséquent, d'en augmenter le nombre autour de lenveloppe 4. Il est remarquable egalement de constater qu'à 1 interieur de l'enveloppe 4 et aonc dans le volume délimité entre les brides terminales 3 et 3a, seul le fluide à refroidir circule. Par conséquent, les différentes cloisons s'eten çnt å l'int::-rieur de la enveloppe 4, de même que les différents fourreaux peuvent être realisés sans précaution particulitre, ces cloisons et fourreaux devant seulement supporter les différences de pression relatives du fluide en circulation sans qu'il y ait lieu de prendre des prAcautions particulieres en ce qui concerne leur etancnéité, seule l'enveloppe 4 devant être réalisée de façon parfaitement étanche si le fluide a traiter est un fluide corrosif ou présentant un danger quelconque. Il est remarquable aussi de constater que par la disposition décrite, le nombre de cellules d'echange à haute pression peut, le cae échéant, être plus petit que le nombre de cellules à basse pression sans qu'il en résulte aucune complication constructive et tout en permettant toujours l'utilisation des mimes éléments echangeurs. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de realisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y astre apportées sans sortir de son cadre. En particulier, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en faisant circuler le fluide å refroidir dens le sens contraire à celui indiqué dans ce qui précède. REYENDICATIONS- 1 - Echangeur de chaleur à cellules multiples, earactdrisd en ce qutil comporte une enveloppe séparée intérieurement par des cloisons délimitant des chambres de répartition pour un fluide gazeux amené à au moins une des chambres de répartition par un fourreau annulaire et conduit en dehors de ladite enveloppe par au moins un autre fourreau annulaire, des buses de raccordement traversant ladite enveloppe et débouchant dans lesdites chambres de répartition en les faisant communiquer avec des cellules d'échange raccordées auxdites buses et montées à l'exté- rieursde ladite enveloppe dans une disposition en barillet, lesdites cellules d'échange étant reliées à des collecteurs également disposés à l'extérieur de ladite enveloppe et servant à la répartition d'un fluide d'échange de chaleur pour le fluide gazeux amené auxdites cellules d'échange. 2 - Echangeur de chaleur, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres de répartition sont délimitées par des cloisons s'étendant transversalement à l'enveloppe à l'intérieur de celle-ci, lesdites cloisons étant raccordées par des fourreaux annulaires concentriques faisant que des passages annulaires successifs sont délimités à au moins une des extrémités de l'enveloppe pour la circulation du fluide gazeux entre les chambres de répartition de 1'échangeur et au moins un appareil d'utilisation dudit fluide gazeux. 3 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les cloisons transversales délimitent quatre chambres de répartition et en ce que les buses de raccordement reliant les cellules d'échange font communiquer celle-ci respectivement avec deux des chambres seulement, de sorte que l'échangeur travaille à deux étages. 4 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 7 à 3, caractérisé en ce que toutes les cellules d'échange sont constituées par l'assemblage d'éléments d'échange comportant chacun un corps creux sensiblement plan sur les deux cotés duquel soit fixées des ferrures en U ayant leurs ailes saillant vers l'extérieur, deux éléments d'échange étant reliés entre eux par les ailes de leurs ferrures en U qui délimitent ainsi un passage pour le fluide gazeux, tandis que les corps creux sont re liés à des collecteurs disposés à l'extérieur de l'enveloppe et assurant la répartition du fluide d'échange ds chaleur. 5 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un échangeur à deux étages, les cellules d'échange propres à chaque étage sont décalées en hauteur d'urge mesure au moins égale à la hauteur de chaque cellule d'échange, de sorte que lesdites cellules d'échange sont disposées autour de l'enveloppe suivant deux couronnes. 6 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée sous la forme d'un corps résistance et est munie, à Xees deux extrémités, de brides de raccordement, les fourreaux contenus par cette ent veloppe et reliés aux cloisons transversales délimitant les chambres de répartition étant prolongés par les buses de raccordement 3'6tendant concentriquement auxdites brides de raccordement de l'enveloppe. 7 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 1 à X, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée par une succession de tronçons annulaires entre lesquels sont interposds des supports, également annulaires, pour les cloisons s'tendant transversalement à l'intérieur de ladite enveloppe. 8 - Echangeur de chaleur, suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les cellules d'échange sont respec tivement supportées seulement par les buses qui les relient aux chambres de répartition.