Brevet FR2357848A1 — publié le 19780203

La presente invention concerne un échangeur de chaleur horizontal destine plus particulierement mais non exclusivement a vaporiser les produits petroliers tels que gaz de petrole liquefie (butane, propane et autres), essence legere et fuel domestique. Lorsque ces produits sont utilises en phase gazeuse, un vaporiseur assure l'apport calorifique necessaire au passage de la phase liquide a la phase gazeuse. Cet apport calorifique s'effectue par l'echangeur du vaporiseur, comportant une circulation d'un fluide chaud ou une résistance electrique. Les produits petroliers utilises dans l'industrie contiennent une certaine proportion de produits voisins mais differents du produit pour lequel ils sont respectivement commercialises. Par exemple le propane commercial (C3 H8) contient du butane (C4 Hie), des produits plus lourds en C5 et d'autres plus legers en 02. Ces differents corps ont des chaleurs specifiques et de vaporisation differentes et il en est de même pour les temperatures de vaporisation et les masses specifiques. Lors de la vaporisation il se produit en fait une distillation fractionnee, les produits legers se vaporisant en premier, les produits lourds en dernier. Les produits légers vaporisés à basse température sont surchauffes et s'échappent en vapeur seche. Par contre les produits plus lourds ressortent en vapeur saturé, voire humide, par suite des phenomenes de primage. Les vapeurs saturees et humides des produits lourds se condensent partiellement au contact du corps du vaporisez r, soumis a la température ambiante exterieure. Etant donne les phenomenes decrits ci-dessus, l'ensemble du produit a vaporiser a l'intérieur du vaporiseur s'alourdit progressivement. Des composes lourds se déposent la partie in férieure du vaporiseur ou se retrouvent par entratnement mecanique dans les tuyauteries allant de la phase gazeuse vers l'utilisation. Le but de l'invention est d'eviter ces phenomenes de distillation fractionnee, ltentratnement mecanique resultant du phenomene de primage, et aussi de produire des vapeurs seches, et en consequence de vaporiser intégralement l'ensemble du produit petrolier introduit dans l'appareil où est effectuée la vaporisation. A cet effet l'invention a pour objet un echangeur horizontal de chaleur destine plus particulierement mais non exclusivement à vaporiser les produits petroliers caracterise en ce qu'il comprend une chambre exterieure cylindrique, avec tubulures d'en trée et de sortie des produits a traiter sur la surface cylindrique, a l'intérieur de laquelle est montée au moins une chambre cylindrique de concentration avec orifices d'entrée du liquide et de sortie des gaz et une enceinte cylindrique chauffante contenant la source de chaleur à l'interieur de la chambre cylindrique de concentration. Cet échangeur peut, en outre, comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : a - La chambre cylindrique de concentration est excentrée vers le bas de la chambre extérieure b - L'enceinte cylindrique chauffante est excentrée vers le bas de la chambre de concentration c - Au moins une masse métallique accumulatrice et régu- latrice de chaleur est disposée sur l'enceinte cylindrique chauffante. d - Un thermostat est logé dans la masse suivant c. e - La source de chaleur est une résistance électrique. f - La source de chaleur est un fluide à haute température; g - La chambre extérieure cylindrique comprend plusieurs chambres de concentration à axes parallèles. Afin de mieux faire comprendre l'invention on en décrira ci-dessous plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'indication et nullement llmitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : La Fig. I est une vue en coupe verticale transversale d'un échangeur de chaleur suivant l'invention ; La Fig. 2 est une coupe verticale longitudinale du meme échangeur; La Fig. 3 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un échangeur contenant plusieurs chambres de concentration; La Fig. 4 est une vue en bout de plusieurs échangeurs montés en parallèles; et La Fig. 5 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation de l'échangeur analogue à celui des Fig. I et 2, mais dans lequel la source de chaleur est un fluide. Comme on le voit sur les Fig. I et 2, l'échangeur comprend essentiellement une chambre extérieure cylindrique I avec des tubulures d'entrée et de sortie 2 et 3 des produits à traiter. A l'intérieur de cette chambre est montée une chambre cylindrique de concentration 4, dont l'axe est excentré vers le bas par rapport l'axe de la chambre extérieure. Cette chambre de concentration présente des orifices d'entrée 5 et des orifices de sortie 6. Enfin une enceinte cylindrique chauffante 7 contenant une résistance électrique 8 est montée à I'intérieur de la chambre de concentration, son axe étant egalement excentré vers le bas par rapport à l'axe de la chambre de concentration.L'enceinte cylindrique chauffante 7 est surmontée dune ou plusieurs masses métalliques thermiques 9 qui accumulent la chaleur de enceinte chauffante. Un thermostat 10 est monté dans l'une des masses thermiques 9 afin de commander et réguler le chauffage par la résistance électrique 8. Le fonctionnement est le suivant. Le liquide qui est entré dans l'appareil par la tubulure 2 pénetre dans la chambre de concentration 4 par les orifices 5 (Fig. I et 2). I1 est immédiatement en contact avec l'enceinte cylindrique chauffante 7. Le liquide se réchauffe tout d'abord, puis commence a se vaporiser. La vaporisation se poursuit pendant montée du liquide. Les vapeurs et les gouttelettes entratnees mécaniquement par le primage butent sur la surface intérieure de la chambre de concentration, sur la partie non immergée de l'enceinte chauffante 7 et sur la masse métallique thermique 9. Les gouttelettes sont vaporisées et les gaz sont surchauffés au contact de l'enceinte chauffante et de la masse thermique. La section de passage progressivement croissante entre l'enceinte chauffante et la chambre de concentration favorise le départ des gaz. Le liquide II entre la chambre de concentration et la chambre extérieure cylindrique n'est pas rechauffé. Ce liquide se trouve à un niveau inférieur celui du liquide en cours de vaporisation dans la chambre de concentration. En effet, le liquide extérieur de la chambre de concentration a une masse spécifique supérieure au liquide qui est en cours de vaporisation, dans la chambre de concentration, étant donné que ce dernier est réchauffé et devient progressivement une émulsion liquide et gaz. I1 se produit ainsi, du fait des différences des masses spécifiques et du fait de la section de passage croissante dans la chambre de concentration, une accelération de la circulation aspirant le liquide, même si le niveau de celui-ci dans la chambre extérieure est faible. La totalité de la surface de l'enceinte chauffante est utilisée pour le réchauffage du liquide, la vapo risation et la surchauffe. Les calories excédentaires de l'enceinte chauffante sont transmises a la masse thermique 9 pour continuer de surchauffer les gaz. On voit sur la Fig. 2 que les gaz doivent continuer de circuler entre la chambre de concentration avec sa masse thermique et l'enceinte chauffante avant de s'échapper par les orifices 6 et enfin par la tubulure de départ 3. Un thermostat IO logé dans une des masses thermiques 9 commande l'apport calorifique à l'en- ceinte chauffante dès que la température de la masse thermique baisse. Si des condensations se produisent à l'intérieur de la chambre extérieure, elles descendent dans le liquide Il et sont aussitôt reprises par les orifices 5 de la chambre de concentration. I1 nty a donc pas de possibilité d'accumulation et d'augmentation progressive du volume des composés lourds. Sur la Fig. 3 on voit plusieurs chambres de concentration 4 logées dans une même chambre extérieure cylindrique I, chaque chambre de concentration étant indépendante des autres et comportant sa propre régulation par thermostat. Le fonctionnement de chaque chambre de concentration est identique au fonctionnement decrit ci-dessus. La Fig. 4 représente schématiquement une vue en bout de 3 échangeurs E montés en parallele au moyen d'un collecteur d'arrivée de produit à traiter C et d'un collecteur de produit gazeux G. Le liquide arrive par une tubulure d'entrée T et les gaz sortent par une tubulure de sortie S. Sur la Fig. 5 on voit en coupe longitudinale un échangeur dont les éléments principaux sont les mêmes que celui de l'échangeur des Fig. I et 2, sauf la constitution de la source de chaleur. Ici dans l'enceinte chauffante 4 est logé un tube I2 parcouru par un fluide chaud, dont une extrémité est soudée à un élé- ment de raccordement I3 susceptible d'être vissé à l'extrémité 14 de l'enceinte chauffante. Le fonctionnement de cet échangeur et sa régularisation sont les mêmes que dans le cas des modes de realisation suivant les Fig. I et 2. L'échangeur suivant l'invention peut vaporiser totalement les produits pétroliers admis dans la chambre extérieure lorsque l'on choisit de façon adéquate la température d'apport calorifique a l'enceinte chauffante régulée par le thermostat. On comprend que l'échangeur suivant l'invention présente des avantages importants. Il permet d'éviter les phénomènes de distillation fractionnée et l'entratnement mécanique résultant du primage. En outre, il rend possible la vaporisation totale du produit commercial admis même si ce produit contient des substances différentes, tout en délivrant des vapeurs homogènes, sèches, et surchauffées. R E V E N D I C A T I O N S I. Echangeur horizontal de chaleur destine plus particu lièrement mais non exclusivement à vaporiser les produits pétroliers caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison une chambre extérieure cylindrique, avec tubulure d'entrée et de sortie des produits a traiter sur la surface cylindrique, a l'intérieur de laquelle est montée au moins une chambre cylindrique de concentration avec orifices d'entrée du liquide et de sortie des gaz, et une enceinte cylindrique chauffante, à l'intérieur de la chambre de concentration, contenant la source de chaleur. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication I caractérisé en ce que la chambre cylindrique de concentration est excentrée vers le bas de la chambre extérieure 3. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications I et 2 caractérisé en ce que l'enceinte cylindrique chauffante est excentrée vers le bas de la chambre de concentration 4. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des re veadications I à 3 caractérisé en ce qu'au moins une masse métallique accumulatrice et régulatrice de chaleur est disposée sur l'enceinte cylindrique chauffante. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'un thermostat est logé dans la masse 6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce que la source de chaleur est une résistance électrique 7. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce que la source de chaleur est un fluide à haute température; 8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications I à 7 caractérisé en ce que la chambre extérieure cylindrique comprend plusieurs chambres de concentration à axes parallèles.