Brevet FR2244974A1 — publié le 19750418

l'invention concerne un échangeur de chaleur immergé à gaz chaud servant à gazéifier un liquide à très basse température tel que le gaz naturel liquéfié, avec un rendement thermique très élevé. Un échangeur de chaleur classique de ce genre présente une structure dans laquelle un gaz chaud venant d'un brt- leur est introduit en-dessous d'une partie d'échange de chaleur située au centre dtun réservoir et est injecté dans un liquide par des trous pratiqués dans la partie inférieure de son enveloppe.Avec une telle structure, un contact favorable avec un liquide d'échange de chaleur en écoulement tourbillonnaire possédant une grande énergie et engendré par le gaz chaud est bien obtenu dans le tube d'échange de chaleur près du trou, mais le défaut est que plus loin vers le haut du trou, la chaleur est absorbée par le fluide à très basse température contenu dans le tube, de sorte que l'énergie du liquide d1 échange de chaleur en écoulement tourbillonnaire diminue et que la quantité de chaleur transmise au tube au-dessus de la partie d'échange de chaleur est réduite. Un but de la présente invention est de fournir un échangeur de chaleur immergé à gaz chaud ayant un taux élevé d1 échange de chaleur, en éliminant le défaut ci-dessus. L1in- vention est caractérisée par le fait que de nombreux trous dtin- jection de gaz ayant un diamètre réduit graduellement de manière à avoir leur largeur maximale à l'extrémitd inférieure et leur largeur minimale à l'extrémité supérieure sont pratiqués, sur les surfaces intérieures situées à l'opposé d'une partie d'échange de chaleur, dans des bottes d'injection disposées de part et d'autre de la partie d'échange de chaleur. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un mode d'exécution entier de l'invention, avec éclatement montrant des détails intérieurs. la figure 2 une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure lo la figure 3 une vue en élévation d'une boite d'in jection selon l'invention. sur les figures I et 2, un réservoir 1 contient un liquide d'échange de chaleur tel que de l'eau, il est fermé à la partie supérieure par un couvercle 17 et muni d'un tuyau d'échap- pement 18 au centre du couvercle. On a désigné par 2 un brdleur prévu à une extrémité supérieure du réservoir 1 et présentant un orifice d'injection de gaz de combustion à haute température ouvert vers le bas. la référence 3 désigne un cylindre à gaz de combustion servant à amener le gaz de combustion vers le bas, sous le niveau de l'eau, relié par son estrémit supérieure au brtleur 2 et muni d'une bride 9 pour le raccordement d'un tuyau à gaz de combustion, du côtd de l'extrémité inférieure. La ré férence 4 désigne un tuyau à gaz de combustion monté horizontalement, relié par une extrémité à la bride du cylindre à gaz de combustion et muni sur ses deux faces latérales de plusieurs brides 10 pour le raccordement de bottes d'injection. La réfé- rence 5 désigne un tube d'échange de chaleur recourbé de manière à former deESuiu#sités parallèles et soudé par ses deux extrémités à des collecteurs.Un liquide à traiter doit passer par les tubes 5(la référence 6 désignant une partie d'échange de chaleur formée des nombreuses sinuosités du tube 5), d'un collecteur d'entrée de liquide 11 à un collecteur de sortie de gaz 12. La référence 7 désigne une boite d'injection mince disposée parallèlement à chaque surface longitudinale de la partie d'échange de chaleur 6, traversée de nombreux trous 8 servant à injecter des gaz et qui ont un diamètre réduit graduellement vers le haut, de sorte qu'ils ont leur largeur maximale à l'extrémité inférieure et leur largeur minimale à l'extrémité supérieure, sur la surface intérieure opposée aux tubes d'échange de chaleur, la boite présentant des brides 19 servant à raccor- der le tuyau à gaz de combustion.Les références 13 et 14 désignent respectivement les brides d'entrée et de sortie. La référence 15 désigne un tuyau d'introduction de fluide à traiter, la référence 16 un tuyau d'amenée de gaz. L'appareil selon l'invention est formé de la structure ci-dessus, de sorte qutun gaz de combustion engendré dans le brûleur 2 peut passer à travers le cylindre à gaz de combustion 3, le tuyau à gaz de combustion 4 et les brides 10 et 19 et être injecté à grande vitesse dans de l'eau, à travers les trous 8 traversant les boites d'injection 7.Lorsque le gaz de com bastion et l'eau servant à échange de chaleur se mélangent, l'énergie thermique du gaz de combustion est transmise à l'eau qui s'écoule violemment vers le haut selon le principe de l'es- tracteur pneumatique connu dans l'nndustrie du pétrole par son appellation en langue anglaise Nair lift", et passe rapidement entre les tubes respectifs (en transmettant en même temps l'énergie thermique de l'eau au fluide à traiter qui s'écoule par les tubes 5) déborde de la partie d'échange de chaleur 6, s'écoule vers le bas eft est alors à nouveau chauffé par le gaz de combustion en-dessous de la partie d'échange de chaleur et circule à ltintérieur du réservoir 1. Le gaz de combustion se sépare de liteau dans la partie supérieure du réservoir et s'échappe par le tuyau d'échappement 18e D'autre part, le fluide à gazéifier afflue aux tubes 5 par la bride d'entrée 13, le tuyau d'introduction 15 et le collecteur d'entrée 11. Le fluide à traiter contenu dans les tubes 5 reçoit de la chaleur de condensation de l'eau d'échange de chaleur en écoulement tourbillonnaire (qui monte à l'extérieur des tubes) tout en s'écoulant sinueusement à partir de l'extrémité inférieure des tubes, commence graduellement à se gazéifier et se change en gaz à une température appropriée aux extrémités supérieures des tubes, et le gaz est envoyé à l'ex- térieur par le collecteur de sortie 12, le tuyau d'amenée de gaz 16 et la bride de sortie 14. Dans l'invention, comme on l'a dit plus haut, le gaz de combustion est injecté dans le liquide par les trous traversant6 8 qui ont des diamètres réduits vers le haut de sorte qu'ils ont leur grandeur maximale à l'extrémité inférieure de la boite d'injection 7 prévue à l'opposé des deux surfaces latérales de la partie d'échangeur de chaleur 6. Par conséquent, l'eau d'échange de chaleur en écoulement tourbillonnaire peut aussi conserver 1' énergie thermique voulue jusqu'à ce qu'elle passe entre les tubes aux extrémités supérieures, parce que l'énergie thermique absorbée par le fluide à l'intérieur des tubes est accrue par le fait que le gaz de combustion jaillit toujours hors des boites d'injection des deux cOtés. En outre, il est Si facile de calculer et de modifier les diamètres, le nombre et la disposition des trous dtnn- jection de gaz de la boite d'injection, qu'il est possible de fournir une énergie thermique optimale quelles que soient la capacité d1 évaporation et la grandeur de l'échangeur de chaleur. REvENDIOÂTIONS 1. échangeur de chaleur immergé dans un réservoir contenant un liquide d'échange de chaleur qui est chauffé par contact direct avec des gaz de combustion provenant dtun brtleur prévu à la partie supérieure du réservoir, comprenant un cylindre à gaz de combustion relié au brdleur et se dirigeant de haut en bas à ltintérieur du réservoir, un tuyau à gaz de combustion monté horizontalement et relié à l'extrémité inférieure du cylindre à gaz de combustion, et un dispositif d'échange de chaleur placé#au-dessus du tuyau à gaz de combusdot;; caractérisé en ce qu'il comprend aussi deux bottes d1injec- tion disposées parallèlement aux deux surfaces latérales longi- tudinales du dispositif d'échange de chaleur et traversées par de nombreux trous servant à injecter des gaz sur toutes leurs surfaces intérieures opposées aux tubes du dispositif d'échange de chaleur et reliées par la partie inférieure au tuyau à gaz de combustion, et que le diamètre des trous qui traversent les boites d'injection diminue graduellement vers le haut de ma nière à être maximal à l'extrémité inférieure et minimal à l'ex- trémité supérieure de la botte d'injection. 2 Echangeur selon la revendication 1, dans lequel les trous sont pratiqués en de nombreuses rangées placées dans la direction longitudinale de la botte dsinjection et sont disposés en zigzag dans les rangées adjacentes.