Brevet FR2208102A1 — publié le 19740621

La présente invention concerne des perfectionnements aux surfaces tubulaires utilisées dans les échangeurs de chaleur. On connait notammen- dansÀ--es industries chimiques et alimentaires des échangeurs de chaleur tels que cuiseurs, bouilleurs, réchauffeurs, chaudières de de cuisson, condenseurs, evaporateurs, appareils analogues qui sont essentirllement constitués d'une enceinte contenant le corps ou produit à réchauffer ou refroidir, cette enceinte comportant une capacité intérieure alimentée en fluide d'échange thermique, cette capacité étant traversée par un faisceau tubulaire parcouru par le produit à réchauffer ou refroidir ; ce produit absorbe ou perd ses calories en parcourant le faisceau tubulaire à travers lequel il est en contact avec le fluide d'échange thermique. No tamment ce type d'appareil se retrouve dans 1' industrie sucrière sous forme de ré chauffeur apte à apporter des calories à la masse pâteuse ou.jus en traitement ;. l'invention sera plus particuliurement décrite au long du présent mémoire descriptif en rapport avec cette application spécifique, sans toutefois que cette dernière ait un aspect limitatif. Les réchauffeurs utilisés couramment dans l'industrie sucrière comportent donc au sein de l'enceinte une boite à jus supérieure et une boite à jus inférieure, en communication par le faisceau tubulaire traversant la capacité vapeur intermédiaire ; les boites à jus supérieure et inférieure peuvent en outre être cloisonnées de façon à obtenir plusieurs passes sur le circuit jus. L'invention vise à améliorer les conditions d'échange thermique entre le jus et le fluide d'échange thermique. On sait en effet que le bilan thermique dépend notamment de la surface de contact et on a intéret à accroitre la surface de contact pour une quantité de matière déterminée à échauffer. Cependant l'accroissement des surfaces d'échange se heurte à des impératifs technologiques ou éoonomiques slagissant notamment de faisceaux tubulaires on serait amené à utiliser des faisceaux comportant une grande quantité de tubes de petit diamètre ce qui accroit considérablement le cotit de fabrication et modifie défavorablement les conditions de fonctionnement de l'appareil. Inversement l'utilisation d'un faisceau tubulaire comportant des tubes à section de gros diamètre présente un inconvénient sur le plan des échanges. thermiques en effet la paroi du tube maintenu à température élevée par le fluide d'échange thermique est léchée par un filet de jus qui est amené rapidement à une température voisine de celle du fluide d'échange thermique, cependant que les filets de jus s'écoulant au centre du tube restent à une température moins élevée et ne participent que pa-rtiellement à l'échange ; on asiste dans ces conditions à un gradient thermique au sein du tube de la périphérie vers le centre et le bilan de l'ensemble n'est pas favorable. L'invention vise à remédier à cet inconvénient et évite la formation d'un gradient thermique au sein du tube d'échange et permet à la section de jus traversant le tube de bénéficier de conditions sensiblement uniformes et régulières d'échange thermique. A cet effet l'invention concerne un appareil d'échange thermique comportant un faisceau tubulaire, l'échangeur étant parcouru par un fluide d'échange thermique et par le produit à réchauffer ou refroidir, caractérisé en ce que les tubes du faisceau sont garnis intérieurement de corps filiformes occupant la partie centrale du tube et laissant dégagée une zone périphérique entre le dit corps et la paroi du tube pourle passage du produit parcourant le tube. On comprend dans ces conditions que l'espace intérieur du tube étant occupé essentiellement dans sa zone centrale par un corps dit "corps mort" , seul l'espace périphérique entre le dit corps mort et la paroi du tube subsiste pour ltécoulement du fluide, parcourant le tube , ce fluide sera amené à lécher constamment les parois du tube, le corps mort central s'opposant à la formation d'une zone inactive au centre du tube. La section de ce corps mort peut être circulaire, carrée, rectangulaire,elliptique, oblongue ou de toute autre forme, les corps morts pouvant eux mêmes être pleins ou creux. L'obturation de chaque extrémité d'un corps creux peut se faire par soudure d'un fond, pliure, écrasement, repli, le tout avec ou sangs soudure. Le positionnement du corps mort par rapport au tube extérieur se fera par soudure de petits plats ou ronds ou plus simplement par écrasement ou par tout autre système. Ce corps mort peut avoir une longueur égale, plus petite ou plus grande que la longueur du faisceau proprement dit; On peut concevoir également plusieurs corps morts dans un seul tube. Ces corps morts-peuvent être placés appuyés suries tubes du faisceau ou reposés surle fond du ré chauffeur. Ils peuvent également être réunis entre eux en totalité ou partiellement par un dispositif quelconque situé dans l'une des boites à jus. Cette disposition permet de sortir partiellement ou en totalité les corps morts lors du nettoyage du réchauffeur. Cette invention peut également s'appliquer aux condenseurs ou aux échangeurs liquideAiquide, que ce soit dans l'industrie sucrière ou dans toute autre industrie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme particuliere de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés. La figure ireprésente une vue en .coupe d'un échangeur conforme à l'inventios; Lxa figure 2 représente une vue en coupe d'un tube comportant un corps mort selon une variante- de réalisation dans le cadre de l'invention. selon la figure 1 on voit que I'échangeur se compose de capacités supérieure 1 et inférieure 2 dite boite à jus communiquant avec une ouverture d'entrée 3 et de sortie 4; les deux boites sont séparées par les plaques 5 et 6 définissant la capacité vapeur 7 alimentée par les conduites d'entrée et de sortie 8 et ; les capacités ou boites à jus 1 et 2 sont en communication par un faisceau tubulaire formé d'une pluralité de tubulures 10, 11, 12 traversant la capacité vapeur 7 et permettant le passage du jus de la capacité supérieure vers la capacité inférieure ou inversement. Le jus traverse donc la capacité vapeur par le faisceau tubulaire et il parcourt selon uncourant descendant ou ascendant les tubes 10 , 10' Cependant ainsi qu'bn l'a indiqué en exposant l'art antérieur, les filets de fluide ou jus parcourant chaque tube suivant un courant laminaire sont rapidement échauffés en ce qui concerne ceux qui sont au contact de la paroi du tube mais dans la section de passage on constate un gradient thermique, les filets maintenus au centre participant imparfaitement à échange. Selon l'invention on a disposé au centre du tube un corps 11 qui dans l'exemple considéré peut être un tube de diamètre légèrement inférieur à celui du tube 10; ce tube est obturé à ses extrémités soit par soudure d'un rond intérieur formant bouchon, soit plus simplement par pincement des extrémités. On voit dans ces conditions que seul subsiste à l'intérieur du tube 10 pour le passage du jus une zone annulaire, la partie centrale du tube 10 étant obturée et occupée par le corps mort 11. Dans ces conditions le jus parcourant le faisceau tubulaire sera pour tous les filets directement en contact avec la paroi d'échange thermique du tube 10 en assurant ainsi un meilleur bilan et un réchauffement accéléré, en évitant la formation d'une zone neutre ou inactive ou centre du tube. L'invention prévoit toutes sortes de variantes qui ont été précisées ci-dessus et dont un exemple est donné à la figure 2 qui montre un tube 12 participant à un faisceau tubulaire d'échange thermique, ce tube 12 est occupé par un corps mort de type décrit 13; selon cette formule le tube est pincé à son extrémité supérieure 14 et il définit ainsi une zone plate qui permet l'accrochage et le positionnement du corps mort par rapport au tube qui le porte de place.en place on a prévu des écrasements disposés selon des angles divers, par exemple comme dans la figure, perpendiculairement les uns à la suite des autres de façon à définir des points de positionnement du tube central par rapport au tube contenant. Les parties écrasées 15 et 16 du tube viennent prendre appui par leur bord contre les parois du tube extérieur 12. On assure ainsi un positionnement constant et correct du corps mort à l'intérieur du tube; de plus on provoque au sein des filets du fluide parcourant le tube des zones tourbillonnaires qui permettent un meilleur échange thermique. La description qui précède n'ayant été donnée qu'à titre d'exemple d'une forme de réalisation de l'invention nta aucun caractère limitatif et lton pourra sans franchir les limites de l'invention réaliser à partir d'éléments décrits plusieurs variantes ou formes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Appareil d'échange thermique comportant un faisceau tubulaire , l'échan- geur étant parcouru par un fluide d'échange thermique et par le produit à ré chauffer ou refroidir, caractérisé en ce que les tubes du faisceau sont garnis intérieurement de corps filiformes occupant la partie centrale du tube et laissant dégagée une zone périphérique entre le dit corps et la paroi du tube pour le passage du produit parcourant le tube. 2 - -. Appareil d'échange thermique selon la revendication 1 ci-dessus, carac térisé en outre en ce que le corps mort est de section circulaire et est disposé. concentriquement par rapport au tube qui le continent. .3 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 1 ci-dessus? carac térisé en outre en ce que le corps mort est de section rectangulaire et il vient porter par ses angles sur les parois du. tube qui le contient. 4 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 1 ci-dessus, carac térisé en outre en ce que le corps mort est constitué par un élément tubulaire creux obturé à ses deux extrémités. 5 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 4 ci-dessus, carac térisé en outre en ce que le corps mort est constitué par un corps tubulaire creux et obturé à ses extrémités par soudure d'un élément d'obturation de section appropriée. -i 6 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 4 ci-dessus, carac térisé en outre en ce que le corps mort est constitué par un corps tubulaire creux obturé à ses extrémités par repli des bords. 7 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 6 ci-dessus, carac térisé en outre en ce-quele corps mort tubulaire disposé à l'intérieur du tube du faisceau est obturé à chaque extrémité par repli des bords; les bords' repliés sont eux mêmes soumis à une soudure de façon à assurer leur étanchéité 8. :Appareil d'échange thermique selon la revendication 1 ci-dessus, carac térisé en outre en ce que le corps mort disposé au sein du tube appartenant au reseau tubulaire est positionné par rapport aux parois du tube qui le;contient au moyen d'éléments formant distancier. 9 - Appareil d'échange thermique selon la revendication 1 ci-dessus caractérisé en outre en ce que le corps mort disposé au sein du tube appartenant au faisceau tubulaire est constitué par un corps tubulaire creux positionné concentriquement par rapport au tube extérieur qui le contiens, le corps creux intérieur comportant des replis de ces bords formant des zones applatis et renflés, ces renflements venant porter contre les parois du tube contenant et assurant le-positionnement correct du corps mort à l'intérieur de ce tube contenant. 10 - Appareil d'échange thermique conformément à la revendication 1 ci-dessus caractérisé en ce que les corps morts insérés dans au moins une partie des tubes appartenant au faisceau tubulaire sont réunis entre eux et peuvent être retirés et positionnés ensemble par rapport au faisceau tubulaire.