Brevet FR2246830A1 — publié le 19750502

La présente invention a pour objet un appareil pour ltéchange de chaleur entre deux fluides comportant, à l'intérieur d'une virole à axe vertical constituant le corps de l'appareil, une série de paires e tubes concentriques et verticaux, l'un des fluides circulant dans les passages à section annulaire formes entre les tubes de chaque paire, tandis que l'autre fluide, généralement de la vapeur, circule dans les tubes intérieurs et autour des tubes extérieurs Ces appareils sont généralement utilisés pour réchauffer un liquide au moyen d'une vapeur. La présente invention se propose de perfectionner ces appareils pour les -utiliser comme condenseur On sait que dans les condenseurs à faisceau tubulaire classiques le rendement thermique est fortement abaissé parla présence de poches importantes de gaz incondensables dans la chambre de vapeur Le but de la présente invention est d'organiser de manière rationnelle la circulation de la vapeur de façon à réduire sa vitesse et assurer le balayage des Incondensables pour améliorer les échanges thermiques. L'éehangeur de chaleur objet de l'invention est caractérisé en ce que la chambre de vapeur extérieure, qui est limitée par la virole et les deux plaques tubulaires des tubes extérieurs, est divisée en plusieurs compartiments par des cloisons transversales percées d'ouvertures faisant communiquer entre eux les compartiments successifs, les ouvertures des cloisons successives étant décalées angulairement l'une par rapport à l'autre pour obliger la vapeur å suivre un trajet sinueux d'une extrémité à l'autre de la chambre, et les compartiments inferieur et intermédiaires comportent chacun au moins une entrée de vapeur, le compartiment supérieur étant relié à l'une des chambres formées entre les fonds de la virole et les plaques tubulaires des tubes intérieurs pour l'alimentation en vapeur de ces derniers. Des chicanes verticales peuvent etre placées dans les compartiments intermédiaires pour allonger le trajet de la vapeur et imposer un sens commun de circulation à la vapeur alimentant directement un compartiment et à celle provenant du compartiment voisin, ce qui favorise le balayage des gaz incondensables. Les tubes extérieurs sont ajustés dans des alésages des cloisons t le condensat stécoulan-t le long des tubes se rassemble sur les cloisons qui sont munies d'orifices placés le long de la virole pour ltévacuation du condensat ; les ouvertures prévues dans les cloisons pour le passage de la vapeur sont munies de rebords empechant ltécoulement du du condensat par ces ouvertures En divisant en plusieurs compartiments les chambres formées entre les plaques tubulaires adjacentes des tubes intérieurs et extérieurs, on peut réaliser plusieurs circulationsdu fluide réfrigérant qui peuvent s'effectuer alternativement dans un sens puis dans l'autre ou toujours dans-le meme sens. La description qui suit se refère au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple non-limitatif, un mode de réalisation de l'invention. Sur ce dessin La figure 1 est un schéma d'un condenseur à surface réalisé conformément à l'invention ; et La figure 2 est une coupe montrant la disposition des tubes du condenseur Le condenseur représenté schématiquement sur la figure 1 est constitué par une virole cylindrique 10, à axe vertical, fermée à ses extrémités par des fonds 12, et par un grand nombre de paires de tubes concentriques placés verticalement à 1 t intérieur de la virole Comme on le voit sur la figure 2, chaque paire de tube comporte un tube extérieur 14 dont les extrémités sont emmanchées dans des plaques tubulaires 16 fixées à la virole et un tube intérieur i8 dont les extrémités sont emmanchées dans des plaques tubulaires 20 également fixées à la virole et espacées des plaques 16. L'espace entre les deux plaques tubulaires 16 est divisé en quatre compartiments par trois cloisons horizontales 22. Chaque cloison comporte une ouverture en forme de secteur 24 qui représente environ le tiers de la surface de la cloison. Des plats verticaux 26 sont fixés sur les bords radiaux de ces ouvertures et forment es rebords empêchant l'écoulement des condensats ceux-ci passent d1un compartiment à celui situé au-dessous à travers des orifices 28 prévus dans les cloisons, le long de la virole. Le compartiment inférieur comporte deux entr-ées de vapeur 1 et 2 et les deux compartiments intermédiaires comportent chacun une entrée de vapeur 3 et 4 Des chicanes verticales 38 sont placées dans les deux compartiments intermédiaires pour imposer à la vapeur un trajet sinueux, comme indiqué par les flèches sur la figure i. Le compartiment supérieur est relié par une tuyauterie 40 à la chambre 41 formée entre la plaque tubulaire supérieure 20 et le fond supérieur de la virole Les chambres formées entre 1-es plaques tubulaires 16 et 20 pour l'admission et l'évacuation du fluide réfrigérant sont divisées en plusieurs comprtiments par des cloisons radiales 42. Dans l'exemple représenté chaque chambre est divisée en trois compartiments et ceux-ci sont reliés entre eux par des tuyauteries extérieures, non représfitées, de façon à réaliser une triple circulation du fluide réfrigérant, chaque circulation intéressant le tiers des tubes; le fluide réfrigérant peut circuler alternativement dans un sens puis dans l t autre ou toujours dans le meme sens, par exemple de bas en haut, à antre-courant-de la vapeur circulant dans les tubes 18 Une partie de la vapeur admise dans le compartiment inférieur et les compartiments intermédiaires en 1,2,3 et 4 se condense sur les tubes 14 ; l'autre partie est amenée a la chambre 41 et circule dans les tubes 18 où elle se condense.Les condensats formés dans ces tubes et les gaz incondensables sont extraits à travers la chambre inférieure 43. Les tubes 14 sont ajustés dans des alésages des cloisons 22, et le film de condensat qui se forme sur ces tubes est inir- rompu au niveau des cloisons, ce qri améliore l'échange thermique. Pour les tubes situés dans les ouvertures 24 des cloisons, il n'y a-evïdemment pas interruption du film de condensat, et il est avantageux de disposer ces ouvertures de telle sorte que les tubes où s'effectue la première circulation du fluide réfrigérant traversent toutes les cloisons dans leur partie pleine, car c'est sur ces tubes que la condensation estla plus importante. Le condensat recueilli sur les cloisons 22 s'écoule à travers les orifices 28 jusqu'au fond du compartiment inférieur d'où il est évacué par une tuyauterie 44. Les dispositions décrites permettent d'obtenir des coef ficienk d'échanges thermiques très élevées, dûs en particulier à la circulation du fluide réfrigérant dans des passages à section annulaire et à un balayage rationnel des incondensables par la vapeur. 1?EVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comportant à l'intérieur d'une virole à axe vertical constituant le corps de l'appareil une série de paires de tubes concentriques et verticaux dont les extrémités sont fixées à des plaques tubulaires solidaires de la virole, celle-ci et les deux plaques tubulaires des tubes extérieurs formant une chambre d'admission pour la vapeur constituant l'un des fluides d'change tandis que l'autre fluide d'échange circule dans les passages à section annulaire formés entre les tubes de chaque paire, caractérisé en ce que la dite chambre de vapeur est divisée en plusieurs compartiments par des cloisons transversales per-. cées d'ouvertures faisant communiquer entre eux les compartiments successifs, les ouverture des cloisons successives étant décalées angulairement l'une par rapport à l'autre pour obliger la vapeur à suivre un trajet sinueux d'une extrémité à l'autre de la chambre, et les compartiments inférieur et intermédiaires comportent chacun au moins une entrée de vapeur, le 'compartiment supérieur étant relié à l'une des chambres formées entre les fonds de la virole et les plaques tubulaires des tubes intérieurs pour l'alimentation en vapeur de ces derniers. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par des chicanes verticales placées dans les compartiments intermédiaires, entre les cloisons, pour allonger le trajet de la vapeur et favoriser le balayage des incondensables. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes extérieurs sont ajustés dans des alésages des cloisons qui comportent des orifices placés le long de la vis role pour l'évacuation du condensat. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ouvertures prévues dans les cloisons pour le passage de la vapeur sont munies de rebords empechant l'écoulement du condensat à travers ces òufertures. 5 Echangeur de chaleur selon la revendication 1,2,3 ou 4, caractérisé en ce que les chambres formées entre les plaques tubulaires des tubes intérieurs et extérieurs sont divisées en plusieurs compartiments qui sont reliés entre eux pour réaliser plusieurs circulations du second fluide d'échangez