Brevet FR2194929A1 — publié le 19740301

L'invention concerne un échangeur thermique tubulaire à tubes enroulés en hélice pour l'écoulement de deux phases dans l'espace extérieur au faisceau tubulaire, comportant un dispositif distributeur muni de tubes de distribution présentant des orifices destinés à l'intro- duction de l'une des deux phases Dans les dispositifs distributeurs connus de ce type, un ou plusieurs tubes de distribution sont enroulés en meme temps que le faisceau tubulaire et atteignent donc le voisinage des surfaces d'échange thermique A cet emplacement, pour accrortre la quantité de chaleur absorbée par le milieu à chauffer dans les tubes, le fluide fournisseur de chaleur est réparti dans un second fluide présentant un autre état physique Les tubes de distribution présentent, à des distances déterminées ou en des zones déterminées, des orifices par lesquels le fluide est introduit dans l'espace situé à l'extérieur du faisceau tubulaire De cette façon; on pulvérise par exemple un liquide par les orifices des tubes de distribution dans un gaz s'écoulant dans l'espace extérieur au faisceau tubulaire Cependant, de tels dispositifs distributeurs sont déjà si fortement imbriqués dans le corps d'échangeur proprement dit qu'il en résulte obligatoirement des désavantages Ainsi, indépendamment des difficultés liées à la construction, il est impossible de démonter le dispositif distributeur, par exemple en vue de son nettoyage ou de son remplacement, sans entre obligé de démonter complètement l'é- changeur thermique ssn outre, la vitesse de passage du milieu dans les buses d'introduction des tubes de distributions vitesse qui dépend du nombre des orifices ainsi que de leur calibre et du débit prescrit par le procédé, ne peut pas être réglée En effet, le calibre des tubes d'introduction est fixé lors de la fabrication et ne peut plus entre modifié ultérieurement En conséquence, de tels dispositifs distributeurs ne peuvent pas entre adaptés à la charge instantanée de l'échangeur thermique L'invention a pour but de créer un échangeur thermique muni dun dispositif distributeur facile à démonter, ce dispositif pouvant notamment être rapidement adapté à la charge instantanée de l'échangeur thermique A cet effet, l'invention concerne un échangeur thermique tubulaire à tubes enroulés en hélice pour l'écoulement de deux phases dans l'espace extérieur au faisceau tubulaire, comportant un dispositif distributeur muni de tubes de distribution présentant des orifices destinés à l'introduction de l'une des deux phases, échangeur caractérisé en ce que les tubes passant dans la chambre collectrice située ausdessous de l'enroulement divisent la section de cette chambre en secteurs en constituant ainsi des passages allant de l'intérieur vers l'extérieur, un ou plusieurs tubes de distribution étant disposés dans ces passages Lors de la réalisation de l'enroulement de l'échangeur thermique, on peut opérer comme on l'a fait jusqu'à maintenant I1 suffit de veiller à ce que les tubes soient disposés conformément à l'invention dans la traversée de la chambre collectrice située au-dessous de l'enroulement pour ménager l'espace nécessaire au dispositif distributeur I1 est certain que les grands nombres de tubes de l'échangeur thermique, qui peuvent se présenter dans les liquéfacteurs de gaz naturel, réduisent les passages Cependant, les tubes de distribution peuvent encore être disposés en nombre suffisant et avec une répartition appropriée Les tubes d'échangeur peuvent être rassemblés de façon connue sous les tubes de distribution Le fluide s'écoulant dans l'espace extérieur au faisceau tubulaire arrive, au-dessous du dispositif distributeur, dans la chambre collectrice de l'échangeur thermique, il reçoit le fluide introduit par le dispositif distributeur et le transporte au voisinage des surfaces de transmission de chaleur où a lieu l'échange thermique0 I1 est certain que le dispositif distributeur entrai ne une disposition déterminée des tubes du faisceau dans la chambre collectrice Cependant, la réalisation de l'enroulement ainsi que le montage ou le démontage de l'échangeur thermique peuvent être entièrement effectués sans limitation ou difficulté provenant du dispositif distributeur Etant donné qu'il nty a aucune liaison mécanique entre l'enroulement de l'échangeur thermique et le dispositif distributeur, celui-ci peut être démonté ou remplacé sans difficulté. Par suite de la possibilité que lton a de mettre en oeuvre un nombre différent de tubes de distribution ainsi que de rendre mobiles ces tubes de distribution, on peut faire varier le débit de fluide à introduire et par suite adapter dans une large mesure la transmission de chaleur aux conditions rencontrées Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les orifices des tubes de distribution sont dirigés vers l'enroulement, de préférence en direction des vides de l'enroulement On obtient ainsi que le fluide introduit, par exemple un liquide, s'écoule à peu près suivant la direction de l'écoulement principal constitué par exemple par un écoulement gazeux On évite ainsi surtout que ce fluide se condense déjà pour la plus grande partie sur les tubes inférieurs de l'enroulement Pour utiliser complètement les surfaces de transmission de chaleur de l'échangeur thermique et par suite la capacité de cet échangeur, il est également avantageux que les orifices des tubes de distribution correspondant à des spires d'enroulement situées à l'extérieur aient un diamètre plus grand que les orifices des tubes des spires intérieures En effet, les couches de tubes extérieures ont besoin d'une plus grande fraction du fluide à introduire I1 est en outre recommandé de disposer les orifices des tubes de distribution des spires extérieures sur deux cotés et obliquement par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur thermique Pour garantir une distribution régulière sur la totalité de la section de l'enroulement, c'est-à-dire un débit de fluide introduit à peu près constant par unité de surface, il est également avantageux de prévoir en succession alternée des tubes de distribution longs et des tubes de distribution courts Cela est obtenu de façon avantageuse avec un mode de réalisation dans lequel on fait passer les tubes de distribution dans la chambre collectrice à travers l'enveloppe de l'échangeur thermique, une partie au moins des tubes de distribution étant montés pour coulisser dans l'enveloppe En outre, la réalisation particulièrement avantageuse du dispositif conforme à l'invention est obtenue grace au fait qu'au moins une partie des tubes de distribution traversant l'enveloppe sont montés pour tourner, On peut ainsi donner au fluide à introduire de l'extérieur toute direction nécessaire0 Pour pouvoir reconnaître, et le cas échéant modifier, la direction effective des tubes de distribution, il est avantageux de disposer un repère de direction sur les tubes de distribution à l'extérieur de l'enveloppe0 Pendant l'introduction du fluide par les tubes de distribution, ce fluide doit être pulvérisé le plus finement possible dans le fluide de transport, Cela est obtenu grâce au fait que chaque tube de distribution porte une ou plusieurs buses de pulvérisation0 Le dispositif distributeur peut être alimenté en fluide d'amenée au moyen de tubes collecteurs soit à l'intérieur, soit à l'extérieur de l'enveloppe de l'échangeur thermique0 Dans certaines conditions, on peut considérer comme avantageuse une réalisation dans laquelle les tubes de distribution sont alimentés par le tube central formant le noyau de l'échangeur thermique. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur thermique à tubes enroulés en spirale; - La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'échangeur thermique tubulaire représenté sur la figure 1 Les figures 1 et 2 représentent un cylindre 1 dans lequel est disposé un tube intérieur concentrique 2. Autour de ce tube 2 est enroulé en hélice un faisceau tubulaire qui se compose de plusieurs tubes 3 disposés en plusieurs couches0 L'enroulement 4 est indiqué symboliquement sur le dessin par des hachures Au-dessous de l'enrou- lement 4 se trouve une chambre collectrice adjacente 5 fermée par un fond 6. Dans la chambre collectrice 5, les tubes 3 de ltenrou sont sont rassemblés en plusieurs couches planes ou en plusieurs faisceaux en forme de coin qui divisent la section de la chambre collectrice en plusieurs secteurs Il est ainsi constitué des passages allant de l'intérieur vers l'extérieur Les tubes de distribution 8 du dispositif distributeur sont disposés en position horizontale dans les passages Les tubes 8 sont munis de plusieurs buses de pulvérisation 9 et sont montés dans l'enveloppe du cylindre I à l'aide d'un palier 10 de manière à pouvoir coulisser en direction longitudinale et à tourner autour de leur axe longitudinal Au-dessous du fond 6, les tubes 3 sont rassemblés de façon connue et appropriée Dans la chambre collectrice 5 débouche encore une tubulure 11 audessous des tubes de distribution 8 Le fluide à chauffer s'écoule dans les tubes 3 formant l'enroulement 4, tandis que le fluide fournisseur de chaleur arrive dans la chambre collectrice 5 par la tubulure ll Il reçoit dans cette chambre le second fluide présentant un autre état physique, introduit à l'aide des tubes de distribution 8 et finement pulvérisé au moyen des buses de pulvérisation 9 Le fluide fournisseur de chaleur s'écoule alors conjointement avec le second fluide dans ltespace extérieur à l'enroulement Comme on le voit sur la figure 2, les tubes 3 rassemblés en plusieurs couches 7 sont disposés de façon à diviser la section de la chambre collectrice 5 en huit secteurs ou passages, un tube de distribution 8 s'engageant dans chacun des passages Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation9 sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Echangeur thermique tubulaire à tubes enroulés en hélice pour l'écoulement de deux phases dans l'espace extérieur au faisceau tubulaire, comportant un dispositif distributeur muni de tubes de distribution présentant des orifices destinés à l'introduction de l'une des deux phases, échangeur caractérisé en ce que les tubes (3) passant dans la chambre collectrice (53 située au-dessous de l'enroulement divisent la section de cette chambre en secteurs en constituant ainsi des passages allant de l'intérieur vers l'extérieur, un ou plusieurs tubes de distribution (8) étant disposés dans ces passages. 20) Echangeur thermique tubulaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices des tubes de distribution (8) sont disposés en direction de l'enroulement (4), de préférence vers les vides de l'enroulement 30) Echangeur thermique tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2s caractérisé en ce que les orifices des tubes de distribution (8) correspondant à des spires d'enroulement situées à l'extérieur ont un diamètre plus grand que les orifices des tubes des spires intérieures 40) Echangeur thermique tubulaire suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices des tubes de distribution (8) des spires extérieures sont disposés sur deux cotés et obliquement par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur thermique tubulaire 50) Echangeur thermique tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des tubes de distribution (b longs et des tubes de distribution (8) courts sont prévus en succession alternée 60) Echangeur thermique tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dans lequel les tubes de distribution sont guidés à travers ltenveloppe de I'echangeur, échangeur caractérisé en ce qu'au moins une partie des tubes de distribution (8) montée pour coulisser dans l'enveloppe (1) 70) Echangeur thermique tubu laire suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'au moins une partie des tubes de distribution (8) traversant l'enve- loppe (1) e montés pour tourner 80) Echangeur thermique tubulaire suivant la revendication 75 caractérisé en ce qu'un repère de direction est disposé sur les tubes de distribution (8) à l'extérieur de l'enveloppe (1) 9 1 Echangeur thermique tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 89 caractérisé en ce que chaque tube de distribution (8) porte une ou plusieurs buses de pulvérisation (9) 10 ) Echangeur thermique tubulaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5s caractérisé en ce que les tubes de distribution (8) sont alimentés par un tube collecteur situé à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe (1) de l'échangeur thermique, de préférence par le tube de noyau (2) de cet échangeur