Brevet FR2348455A1 — publié le 19771110

La présente invention est relative à un appareil tubulaire d'échange de chaleur comprenant des tubes verticaux et dans lequel on a prévu des moyens permettant d'obtenir un ruissellement de liquide le long de la surface extérieure des tubes verticaux. Dans les appareils tubulaires d'échange de chaleur tels que par exemple les évaporateurs, les réchauffeurs, les condenseurs etc. et d'une manière générale tous les appareils comportant un faisceau tubulaire vertical, il est fréquent de rencontrer des difficultés pour le nettoyage de la surface extérieure des tubes qui est susceptible de s'encrasser en raison du passage d'un fluide à l'extérieur de ces tubes lors du fonctionnement de l'appareil. De la même manière il peut dans certains cas être nécessaire de réaliser un ruissellement de liquide sur la surface extérieure des tubes par exemple pour faire entrer ce liquide en ruissellement en contact avec un fluide se trouvant également à l'extérieur des tubes par exemple pour favoriser une réaction chimique mutuelle de ces deux fluides. Lorsque les tubes du faisceau tubulaire vertical se sont encrassés extérieurement il est nécessaire de les nettoyer périodiquement. Etant donné le très grand nombre de tubes qui constitue dans la pratique un tel faisceau tubulaire et le fait que tous les tubes sont très rapprochés les uns des autres il est difficile de les atteindre individuellement pour procéder à leur nettoyage périodique. Il serait possible théoriquement de procéder à ce nettoyage au moyen d'un certain nombre de buses de pulvérisation disposées à l'intérieur du faisceau tubulaire au voisinage de la plaque tubulaire supérieure à l'intérieur de la virole qui entoure le faisceau tubulaire. I1 a cependant été démontré dans la pratique que de telles buses dé pulvérisation ne permettent pas l'obtention d'un nettoyage convenable.De plus la nXces- sité de prévoir un passage de tuyauterie d'alimentation des buses à l'intérieur du faisceau tubulaire entrain la suppression d'un certain nombre de rangées de tubes, ce qui présente bien entendu un inconvénient économique. La présente invention a pour objet la réalisation d'un appareil tubulaire d'échange de chaleur comportant des moyens de réalisation simple permettant d'obtenir un ruissel lement liquide sur la surface extérieure des tubes. Un tel ruissellement pourra par exemple permettre d'effectuer un excellent nettoyage de la surface extérieure des tubes, encrassée pendant le fonctionnement de l'appareil. On pourra également obtenir un autre résultat par le ruissellement sur la surface extérieure des tubes. La présente invention a également pour objet un dispositif de ruissellement dans un appareil tubulaire d'échange de chaleur qui soit en mesure de limiter au maximum le débit instantané du liquide de ruissellement. L'invention permet également d'obtenir de façon simple des sections de passage suffisamment importantes pour le liquide de ruissellement afin d'éviter le colmatage de ces passages. L'appareil tubulaire d'échange de chaleur selon l'invention comprend des tubes verticaux maintenus à l'intérieur d'une virole ou enveloppe cylindrique entre une plaque tubulaire supérieure et une plaque tubulaire inférieure. Selon l'invention, une plaque intermédiaire présentant des trous pour le passage des tubes est fixée à la paroi interne de l'appareil au voisinage de la plaque tubulaire supérieure de façon à définir un espace au-dessus de ladite plaque intermédiaire. Des passages sont prévus pour mettre en communication l'espace situé au-dessus de la plaque intermédiaire avec la surface extérieure des tubes. L'appareil de l'invention comporte en outre au moins un conduit pour alimenter en liquide de ruissellement l'espace situé entre la plaque intermédiaire précitée et la plaque tubulaire supérieure. Dans un premier mode de réalisation, chaque tube est entouré, avec un certain jeu, dans sa partie haute, par un manchon tubulaire en contact avec la plaque tubulaire supérieure et solidaire de ladite plaque intermédiaire. Les passages précités sont définis par une pluralit8 de perforations pratiquées dans les manchons tubulaires La position de ces perforations est de préférence telle que lesdits passages soient situés au-dessus de la plaque intermédiaire. Dans un autre mode de réalisation, les tubes sont directement fixés par mandrinage ou dudgeonnage dans les trous de la plaque intermédiaire. Les trous de passage des tubes à travers la plaque intermédiaire présentent sur leur périphérie une pluralité d'encoches radiales qui définissent les passages précités. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'espace situé entre la plaque intermédiaire et la plaque tubulaire supérieure est divisé en plusieurs compartiments par exemple au moyen de cloisons verticales, chaque compartiment étant relié à un conduit d'alimentation particulier pour le liquide de ruissellement. Un tel cloisonnement permet de limiter le débit écessaire pour le liquide de ruissellement et d'obtenir ainsi un meilleur mouillage de la surface extérieure des tubes, le ruissellement étant alors réalisé successivement pour chacun des groupes de tubes correspondant aux différents compartiments. La présente invention sera mieux comprise à'l'étude de deux modes de réalisation particuliers décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins sur lesquels: la fig l représente schématiquement une vue en éléva- tion en coupe d'un évaporateur tubulaire conforme à la présente invention; la fig. 2 est une vue en coupe schématique de dessus d'un appareil tubulaire d'échange de chaleur conforme à l'invention montrant les cloisonnements de l'espace situé au-dessus de la plaque intermédiaire réalisés l'aide de cloisons verticales; la fig. 3 est une vue schématique agrandie en coupe en élévation de l'espace situé au-dessus de la plaque intermédiaire dans un appareil conforme à l'invention;; la fig. 4 est une vue en perspective d'un manchon tubulaire pouvant être utilisé dans l'appareil de la fig. 3; la fig. 5 est une vue schématique agrandie en coupe en élévation de l'espace situé au-dessus de la plaque intermédiaire dans une variante de réalisation; la fig. 6 est une vue partielle de dessus de la plaque intermédiaire de l'appareil de la fig. 5. Tel qu'il est illustré sur la fig. l, l'appareil tubulaire d'échange de chaleur est un évaporateur comportant une virole 1, une chambre d'alimentation 2 placée à la partie haute de l'appareil, une chambre d'extraction 3 dans la partie basse et un séparateur 4 relié à la chambre d'extraction 3 par une conduite 5. Le liquide à évaporer, par exemple pour réaliser sa concentration, est introduit dans la chambre d'alimentation par la bride supérieure 6. Un dispositif de répartition 7 représenté très schématiquement sur la fig. l et qui peut être constitué par exemple par un ensemble de plaques perforées permet de répartir convenablement le liquide à évaporer sur toute la surface de la plaque tubulaire supérieure 8. Le liquide à évaporer pénètre à l'intérieur des tubes 9 du faisceau tubulaire vertical et descend à l'intérieur de ces tubes en formant une pellicule interne qui s'évapore au fur et à mesure de sa descente. Le liquide concentré qui tombe des tubes 9 au-dessous de la plaque tubulaire inférieure 10 est extrait de la chambre d'extraction 3 au moyen d'une canalisation 11.Les buées partiellement chargées en gouttelettes de liquide sont séparées de ces dernières dans le séparateur distinct 4. Le liquide concentré provenant du séparateur est réintroduit dans la canalisation d'extraction Il au moyen d'une canalisation de retour 12. La surface extérieure des tubes 9 est chauffée au moyen d'un fluide de chauffage introduit par la bride 13 et extrait par la bride 14. Dans l'exemple illustré, ce fluide de chauffage peut par exemple être constitué par des fumées humides provenant d'un sécheur et qui se condensent partiellement au contact de la surface extérieure des tubes 9. Ces fumées contenant un certain nombre de particules solides en suspension ou en solution peuvent donc encrasser la surface extérieure des tubes lors du fonctionnement de l'appareil. Après une certaine période de fonctionnement et lorsque le degré d'encrassage atteint une certaine limite il est nécessaire d'arrêter le fonctionnement de l'appareil et de procéder au nettoyage de la surface extérieure des tubes 9. Dans ce but, et selon la présente invention, l'appareil comporte dans la partie haute de la virole l un espace 15 délimité entre la plaque tubulaire supérieure 8 et une plaque intermédiaire 16 parallèle à la précédente et fixée sur la paroi interne de la virole l à une certaine distance au-dessous de la plaque tubulaire supérieure 8. L'espace 15 est relié à une canalisation d'alimentation en liquide de ruissellement par une bride 18. Ce liquide traverse des passages 16a représentés schématiquement sur la fig. 1 sous la forme d'encoches de la plaque 16 et ruisselle le long des tubes 9 avant d'etre extrait dans le bas du faisceau tubulaire par la bride 18a située juste au-dessus de la plaque tubulaire inférieure 10. La fig. 3 montre en vue agrandie la structure de la partie haute d'un premier mode de réalisation de l'appareil au-dessous de la plaque tubulaire supérieure 8, l'écartement entre les tubes 9 ayant été exagéré pour faciliter la compréhension. Comme on peut le voir sur cette figure des manchons 17 qui sont ici de section circulaire mais pourraient également avoir une autre section, sont encastrés dans leur partie haute, pour faciliter le centrage, dans des gorges annulaires 19 pratiquées dans la surface inférieure de la plaque tubulaire supérieure 8 autour de chacun des tubes 9, lesquels sont fixés dans ladite plaque tubulaire par mandrinage ou dudgeonnage et soudure en 20. Un certain jeu est maintenu- entre les manchons 17 et les tubes 9 pour faciliter le montage de ces derniers. Dans leur partie basse les manchons tubulaires 17 sont fixés dans des trous correspondants de la plaque intermédiaire 16 par sertissage et, au moyen de quelques points de soudure tels que 21. Dans ce but on voit que les manchons tubulaires dépassent au-dessous de la plaque intermédiaire 16 d'une distance juste suffisante pour assurer une possibilité de soudure par point. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les fig. 3 et 4, les manchons 17 comportent dans leur partie basse une pluralité d'orifices ou perforations 22 situés au-dessus de la plaque intermédiaire de façon que chaque perforation 22 définisse au-dessus de ladite plaque intermédiaire 16 un passage pour le liquide de ruissellement introduit par la bride 18. Le nombre total et les dimensions des perforations 22 sont choisis de façon à assurer un ruissellement et un mouillage convenables sur toute la surface des tubes 9. Dans le mode de réalisation représenté, les perforations 22 sont placées au-dessus de la plaque intermédiaire 16 en laissant subsister une portion de paroi 29 du manchon permettant de faciliter le sertissage dans les trous de la plaque 16.On comprendra que les perforations 22 pourraient également s'étendre jusqu' au droit de la plaque 16 à condition de laisser subsister la partie périphérique basse de chaque manchon au-dessus de la plaque 16 afin d'assurer un ruissellement convenable sur la surface extérieure des tubes 9 et d'éviter un passage du liquide de ruissellement sous la plaque 16. La plaque intermédiaire 16 est fixée quant à elle par soudure en 23 sur la paroi interne de la virole cylindrique 1. Une pluralité de tirants 24 dont un seul a été représenté sur la fig. 3 et qui sont constitués par des vis, traversent des perforations telles que 25 pratiquées dans la plaque intermédiaire 16 entre les tubes 9 et viennent se visser par leur extrémité filetée 26 dans des taraudages pratiqués dans l'épaisseur de la plaque tubulaire supérieure 8. Par serrage de ces tirants 24 et action de leur tête 27 on obtient ainsi un rapprochement entre la plaque intermédiaire 16 et la plaque tubulaire supérieure 8 qui permet de maintenir un écartement constant entre ces deux plaques parallèles. De cette manière, les manchons tubulaires 17 fixés à la plaque intermédiaire 16 restent bien encastrés dans leur partie haute à l'intérieur des gorges annulaires 19.On comprendra que la présence de ces tirants ne soit pas indispensable bien qu'elle améliore la tenue de l'ensemble. Comme on peut le voir sur la fig. 3, le liquide de ruissellement 28, qui dans l'exemple illustré peut par exemple être de l'eau de nettoyage est introduit par la bride 18. Le liquide de ruissellement 28 pénètre dans l'espace 15 entre la plaque intermédiaire 16 et la plaque tubulaire supérieure 8. Le liquide 28 traverse alors les passages définis par les perforations 22 des manchons tubulaires 17 et s'écoule en ruisselant dans le jeu entre les manchons 16 et les tubes 9 puis le long de la surface extérieure des -tubes 9. Le mouillage des tubes 9 est assure sur toute leur surface périphérique pratiquement à partir du haut étant donné le nombre et la position des perforations 22. Pour limiter le débit nécessaire du liquide de ruissellement 28, il est possible, comme représenté sur la fig. 2, de diviser l'espace 15 en plusieurs compartiments. Sur la fig. 2 cette division est réalisée au moyen de trois cloisons verticales 30 à 1200 les unes des autres, qui sont soudées sur la plaque intermédiaire 16. La fig. 2 montre un certain nombre de tubes 9, les autres n'ayant pas été représentés pour simplifier la figure. On comprendra que dans le cas ot le pas des tubes 9 est plus serré rendant impossible le passage d'une cloison on puisse réaliser le cloisonnement simplement en reliant des alignements de tubes entre eux de manière étanche par exemple par soudure des manchons 17 sur une hauteur suffisante au-dessus de la plaque intermédiaire 16.Chacun des compartiments ainsi définis est alimenté en liquide de ruissellement par un conduit d'alimentation particulier 31, le débit pouvant être controlé au moyen d'un robinet 32, pour chacun de ces compartiments. Les fig. 5 et 6 illustrent un autre mode de réalisation dans lequel les passages 16a de la fig. 1 sont réalisés sans l'adjonction des manchons 17 du mode de réalisation des fig. 3 et 4. Les éléments identiques de l'appareil représenté sur la fig. 5 portent les mêmes références que sur les autres figures. Dans ce mode de réalisation comme on peut le voir sur la fig. 5, les tubes 9 du faisceau tubulaire vertical sont fixés directement sur la plaque intermédiaire 16 par exemple par mandrinage ou dudgeonnage. Pour obtenir le ruissellement le long de la surface extérieure des tubes 9, les trous de passage des tubes 9 à travers la plaque intermédiaire 16 comportent une pluralité d'encoches radiales 33 qui présentent à titre d'exemple dans le mode de réalisation illustré une section sensiblement circulaire comme on peut le voir sur la fig. 6 qui représente une vue de dessus de la plaque intermédiaire 16. Sur la fig. 5, l'un des trous de passage des tubes 9 à travers la plaque intermédiaire 16 a été représenté sans le tube 9 correspondant qui est simplement indiqué à l'aide de traits mixtes. On voit alors sur la fig. 5 la forme des encoches 33 dont la largeur va en augmentant vers le bas. De cette manière, on améliore le mouillage de la surface périphénique extérieure des tubes 9 de façon que le liquide de ruissellement mouille bien toute cette surface périphérique le plus haut possible par rapport à la plaque intermédiaire 16 On comprendra bien entendu, que d'autres formes d'encoches 33 pourraient parfaitement être envisagées, les dimensions de ces encoches étant déterminées par le mouillage désiré sur la surface extérieure des tubes 9. Comme dans le mode de rèalisation des autres figures, l'invéntion prévoit de préférence un cloisonnement du faisceau tubulaire dans l'espace situé entre la plaque tubulaire supérieure a et la plaque intermédiaire 16 tout au moins sur une.hauteuF suffisante au-dessus de la plaque intermédiaire 16 pour limiter le débit en liquide de ruissellement. On notera que dans ce mode de réalisatidn il est plus facile de disposer les cloisons verticales de séparation telles que les cloisons 30 de la fig. 2 en raison de l'absence de manchons entourant les tubes 9. En définitive, on voit que la présente invention permet d'obtenir de manière aiséé un ruissellement de liquide le long de la surface extérieure des tubes du faisceau tubulaire vertical d'un appareil d'échange de chaleur, ce ruissellement pouvant par exemple être utilisé pour nettoyer la surface extérieure de ces tubes encrassés au cours du fonctionnement de l'appareil. REVENDICATIONS 1. Appareil tubulaire d'échange de chaleur comprenant des tubes verticaux maintenus à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique, entre une plaque tubulaire supérieure et une plaque tubulaire inférieure, caractérisé par le fait qu'il comporte en Outre une plaque intermédiaire présentant des trous pour le passage des tubes fixée à la paroi interne de l'appareil au voisinage de la plaque tubulaire supérieure de façon à définir un espace au-dessus de ladite plaque intermédiaire, des passages étant prévus pour mettre en communication ledit espace situé au-dessus de ladite plaque inter médiaire, avec la Surface extérieure des tubes, l'appareil comportant en outre au moins un conduit pour alimenter ledit espace en liquide de ruissellemént. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque tube est entouré avec jeu dans sa partie haute par un manchon tubulaire en contact avec la plaque tubulaire supérieure et solidaire de ladite plaque intermédiaire, lesdits manchons comportant dans leur partie basse une pluralité de perforations définissant lesdits passages. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdites perforations sont placées au-dessus de la plaque intermédiaire, 4. Appareil selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdits manchons. sont encastrés dans des gorges annulaires pratiquées dans la surface inférieure de la plaque tubulaire supérieure et maintenus dans cette position par plusieurs tirants disposés entre la plaque intermédiaire et la plaque tubulaire supérieure. 5, Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 r caractérisé par le fait que les manchons tubulaires sont fixés dans les trous de la plaque intermédiaire par sertissage et/ou soudure. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes sont directement fixés par mandrinage ou dudgeonnage dans les trous de la plaque intermédiaire et que lesdits trous présentent sur leur périphérie une pluralité d'encoches radiales définissant lesdits passages. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdites encoches vont en s'élargissant vers le bas. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'espace précité est divisé en plusieurs compartiments, chaque compartiment étant relié à un conduit d'alimentation particulier pour le liquide de ruissellement. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les divers compartiments sont délimités par des cloisons verticales fixées sur-la plaque intermédiaire. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 et 2 à 5, caractérisé par le fait que certains manchons alignés sont soudés entre eux sur une certaine hauteur audessus de la plaque intermédiaire pour délimiter les divers compartiments précités.