Brevet FR2181845A1 — publié le 19731207

Llinvention concerne un échangeur de chaleur en forme de bloc constitué par au moins un bloc de graphite,chaque bloc de graphite comprenant deux groupes de canaux pour la réception des fluides entre lesquels doit s'effectuer 1 'échange de chaleur les échangeurs de chaleur en forme de blocs sont constitués,d'une manière générale,par un ou plusieurs blocs de graphite,chacun de ces blocs étant muni de deux groupes de canaux qui se croisent, les canaux des deux groupes étant placés dans des plans perpendiculaires entre eux et les canaux de l'un des groupes étant parcourus par un fluide à refroidir ou à rechauffer tandis que les canaux de 1 'autre sont parcourus par un fluide approprié de transmission de la chaleur Au dessus et au dessous du bloc de graphite sont disposées des plaques de tête qui présentent des canaux d'entrée et de sortie et qui sont assemblées rigidement avec une enveloppe,de préférence en acier, qui entoure concentriquement les blocs . L'intervalle annulaire entre l'enveloppe et le bloc est munie,pour que soit assurée la séparation du fluide parcourant les canaux transversaux , par exemple du fluide assurant la transmission de la chaleur, de cloisons de séparation et de tolet directrices . Dans la fabrication des échangeurs de chaleur, et avant tout quand il est fait usage de blocs de graphite d'assez grandes dimensions, il est nécessaire de prendre des mesures particulières et coûteuses pour que soit maintenue une distance constante entre les canaux perpendiculaires entre eux des deux groupes . En dessous d'une distance critique correspondant à une qualité donnée de graphite , on ne peut éviter , en raison de la structure poreuse inévitable du graphite, un échange de fluides aux points de croisement des canaux que par une augmentation de la distance entre canaux ce qui a pour effet de réduire les échanges entre fluides .Un autre inconvénient des échangeurs de chaleur connus en forme de blocs,en graphite, réside en ce que,pour l'arrivée et pour la sortie,ainsi que pour la distribution du fluide d'écoulant perpendîculèrement à ltaxe de l'appareil,il est nécessaire que soit prévue une enveloppe entourant les blocs de graphite dont la paroi intérieure doit être en outre revêtue si l'un des fluides est une subtance chimiquement agressive d'une matière stable vis à vis de telles substances * les revêtemts fabriqués en matières plastiques présentent une résistance à la température qui est limitée, de sorte que l'utilisation d'échangeurs de chaleur munis de tels revêtement est limitée à des températures relativement basses . tes placages exécutés avec des matières résistant à la corrosion, telles que,par exemple,le titane ou le tantale qui permettent une utilisation à des températures relativement élevées , ne peuvent entre réalisés que difficilement et nécessitent une dépense importante L'un des buts de la présente invention est d'éviter les inconvénients que présentent les échangeurs de chaleur connus,constitués par des blocs en graphite et en particulier 1 t échange de fluides entre les deux groupes de canaux . Un autre but de l'invention est de faire cesser la limitation du domaine d'application des échangeurs de chaleur en graphite, limitation conditionnée par les propretés de la matière de l'enveloppe . L'invention a pour objet un échangeur de chaleur en forme de bloc,du genre indiqué au début, qui est caractérisé en ce que les canaux des deux groupes sont parallèles entre eux et les canaux d'un groupe au moins étant fermés aux surfaces d'extrémité du bloc et étant reliés entre eux par des alisages transversaux, disposés dans deux plans et débouchent dans la surface latérale ou dans les surfaces latérales e Suivant une réalisation préférée de l'invention,une partie des alésages transversaux reliant les canaux d'un groupe est fermée contre la surface latérale du bloc de graphite e Suivant une autre réalisation,les canaux des deux groupes sont reliés par des canaux transversaux dont une partie est fermée par rapport à la surface latérale du bloc de graphite les canaux qui s'étendent parallè- lement à l'axe longitudinal du bloc de graphite sont disposés judicieusement sous la forme de deux réseaux.qui sont en quinconce à intervalles réguliers et qui forment par exemple des réseaux carrés ou hexagonaux . tes canaux de l'un des groupes reliés par des alésages transversaux, sont fermés aux extrémités du groupe, de préférence par des bouchons en graphite ou par des vis en graphite. l'entrée et la sortie de l'un des fluides participant à l'én.hange de chaleur s'effectue par 1'intermédiaire des alésages transversaux , débouchant dans la surface latérale du bloc en graphite,le second fluide étant amené et évacué d'une manière connue par l'intermédiaire de plaques de tête . Si,pour augmenter la surface,on emploie plusieurs blocs empilés l'un sur l'autre, les plaques de tête ne sont nécessaires que pour les deux blocs d'extrémité .Une enveloppe métallique supplémentaire entourant le Eloc en graphite est supprimée, suivant l'invention, grace à la fermeture d'une partie des ouvertures de. l'enveloppe à l'aide de bouchons ou de vis et grâce à ce que la conduite d'arrivée ainsi que la conduite de sortie du fluide participant à l'échange de chaleur sont constituées par des tubulures dans les ouvertures demeurées et de.préférence également en graphite Si les canaux du second groupe sont reliés eux aussi par des alésages transversaux, et si toutes les ouvertures de canaux dans les surfaces d'extrémité ainsi qu'une partie des ouvertures de canaux dans la surface latérale sont fermées ,cela permet de supprimer les coûteuses plaques de tête ;; L'utilisation d'échangeur de chaleur suivant l'invention n'est pas limitée par les éléments en métal ou en autres matières mais au contraire,la bonne résistance du graphite à la corrosion peut titre utilisée dans une mesure complète La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente une coupe faite à travers un échangeur de chaleur suivant l'invention, - la figure 2 représente une coupe faite suivant la direction A-A de la figure 1, - la figure 3 représente une réalisation sans enveloppe d'un échangeur de chaleur suivant l'invention . - la figure 4 représente une coupe faite suivant la direction 3-3 de la figure 3, - la figure 5 représente une autre réalisation suivant 1' invention, avec conduite d'amenée et conduite de sortie par l'intermédiaire de la surface latérale des fluides entre lesquels s'effectue l'échange de chaleur . - la figure 6 est une coupe faite suivant la direction O-C de la figure 5, - la figure 7 est une coupe faite suivant la direction D-D de la figure 5 Sur les figures 1 et 2,est repré seté un bloc de graphite cylindrique qui est muni.de deux groupes d'alésages 2 et 3 dont les axes sont parallèles . Les canaux du groupe 2 sont reliés entre eux par des alésages transversaux 4 qui débouchent dans la surface latérale 5 et qui sont parallèles aux surfaces d'extrémité du bloc de graphite .Le repère 6 désigne une enveloppe en acier qui entoure concentriquement le bloc de graphite les ouvertures,cotés faces d'extrémité des canaux du groupe 2 sont fermées par des bouchons 8 en graphite (figure 2) Un fluide pour l'échange de chaleur, qui s'écoule à travers les canaux 2 est dévié et ainsi amené dans les alésages transversaux 4 et il s'écoule dans l'intervalle annulaire entre l'enveloppe et le bloc,intervalle dans lequel la direction de l'écoulement est fixée,d'une manière connue, à l'aide de paroi de séparation 7,de toles directrices et de moyens analogues . Le second fluide qui découle à travers les. canaux 3 est amené et évacué par l'intermédiaire de plaques de 'cote qui n'ont pas été représentées sur le dessin Les figures 3 et 4 représentent un échangeur de chaleur sans enveloppe, suivant l'invention . Les ouvertures des canaux transversaux 4,côté surface latérale, sont fermées,à l'exception chaque fois d'une ouverture,par des bouchons en graphite 9 . les ouvertures libres sont munies de tubulures destinées respectivement à l'entrée et à la sortie d'un fluide .Le second fluide est amené et évacué suivant la description donnée plus haut par l'intermédiaire de plaques de t8te qui ne sont pas représentées sur le dessin Dans la réalisation suivant les figures 5 et 7,les canaux 3 sont reliés pareillement entre eux par des alésages transversaux 11;toutes les ouvertures côté extrémité sont fermées par des bouchons 12 et les ouvertures côté surface latérale,à l'exception d'une ouverture par plan d'alésage, sont fermées par des bouchons 14 0 les directions respectives d'écoulement des deux fluides intervenant danl'échange de chaleur sont représentées sur les figures 6 et 7 par des flèches ; ; Bien entendu,l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention . RENJ)IOATIONS 1) Echangeur de chaleur en forme de bloc,du type constitué par un ou plusieurs blocs de graphite, comprenant chacun deux groupes de canaux pour la réception des matières entre lesquelles s'effectue l'échange de chaleur, échangeur caractérisé en ce que les canaux des deux groupes sont parallèles entre euxples canaux d'un groupe au moins étant fermés aux surfaces d'extrémité du bloc et étant reliés entre eux par des alésages transversaux disposés dans deux plans,débouchant dans la surface latérale ou dans les surfaces latérales . 2) Echangeur de chaleur en forme de bloc suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu'une partie des alésages transversaux reliant les canaux d'un groupe est fermée contre la surface latérale du bloc de graphite . 3) Echangeur de chaleur en forme de bloc suivant la revendication 1,caractérisé en ce que les canaux des deux groupes sont reliés par des canaux transversaux dont une partie est fermée contre la surface latérale du bloc de graphite .