Brevet FR2493497A1 — publié le 19820507

L'invention concerne un vaporisateur ou échangeur de chaleur dont les éléments efficaces pour la transmission de chaleur consistent en tronçons de tuyaux pour- vus de nervures ou d'ailettes, qui sont disposés en un arran- gement géométrique régulier-autour d'un support central, et qui sont réunis entre eux au moyen de raccords tubulaires lisses, non pourvus de nervures. Dans des vaporisateurs ou échangeurs de chaleur connus, par exemple d'après le brevet US 3 672 446, les tuyaux sont pourvus d'ailettes s'étendant en direction axiale et en forme d'étoile. Ces ailettes servent de support, tandis que les raccords tubulaires lisses, non nervurés, n'exercent aucune fonction de support. Le soutien ou maintien nécessaire des ailettes constitue une gêne pour la libre circulation du fluide qui s'écoule extérieurement autour des tuyaux nervurés. Il en est ainsi notamment pour des ailettes s'étendant axialement et disposées en forme d'étoile autour-du tuyau, parce que le fluide extérieur s'écoule ici également en direction axiale. On connait également des échangeurs de chaleur pourvus de tuyaux à ailettes supportés par eux-mêmes. Par exemple, le brevet US 2 640 686 montre un tel échangeur de chaleur dans lequel les tuyaux pourvus d'ailettes s'étendent, en disposition parallèle, entre deux tuyaux collecteurs de forme annulaire. La présente invention a pour but de réaliser un vaporisateur ou échangeur de chaleur, dans lequel les éléments efficaces pour la transmission de la chaleur sont traversés en série, de l'entrée à-la sortie, par le fluide en écoulement et sont disposés de manière absolument libre dans-le fluide extérieur s'écoulant autour d'eux. En outre, l'appareil vapo- risateur ou d'écha ge de chaleur doit être transportable, à l'état démonté avec- un encombrement réduit pour être assemblé sur le lieu d'emploi. Dans ce but, l'invention a pour objet un vapori- sateur ou échangeur-de chaleur, caractérisé en ce que chaque tuyau de liaison comprend un tronçon recourbé en forme de U ou de V, dont les extrémités sont recourbées perpendiculairement au plan dans lequel se situe la courbure en U ou en V, les portions recourbées en-U ou en V des tuyaux de liaison étant immobilisées dans-des-dispositifs de maintien montés sur le 2 2493497 support central, de telle manière que les extrémités recourbées perpendiculairement des tuyaux de liaison bloqués dans le dispo- sitif de maintien supérieur soient dirigées vers le bas, et que les extrémités recourbées perpendiculairement des tuyaux de liaison bloqués dans le dispositif de maintien inférieur, décalées d'un espacement de tuyaux, soient dirigées vers le haut, de telle sorte que les tronçons de tuyaux pourvus d'ailettes, soient connectés entre eux en série, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'appareil et forment entre eux une cage de tuyaux auto-portante. Avantageusement, il est prévu, conformément à l'invention, que l'un des deux dispositifs de maintien est en position fixe, tandis que l'autre est monté coulissant sur le support central, afin que les tuyaux puissent librement se dilater et se contracter. Dans le cas o les ailettes-sont constituées comme des éléments séparés montés par serrage sur les tuyaux, un certain nombre de tronçons de tuyaux courbés en forme de U ou de V peuvent être prévus à extrémités assez longues pour qu'ils forment eux-mêmes-les tuyaux- rectilignes à pourvoir d'ailettes. On économise ainsi la moitié des soudages, vissages ou autres liaisons tubulaires étanches nécessaires. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation de l'invention sous la forme d'un appareil vaporisateur producteur de vapeur, décrit avec réfé- rence aux dessins annexés dans -lesquels: - la figure 1 est une représentation en pers- pective de la moitié inférieure d'un dispositif de maintien supérieur avec-une partie de l'appareil; - la figure 2 est une vue en élévation latérale partiellement en coupe de la-même partie de l'appareil vapori- sateur, avec le dispositif de maintien découvert; - la figure 3 est une vue en élévation latérale du vaporisateur à échelle plus réduite; - la figure 4 est une vue par le haut du vapo- risateur de la figure 3; - les figures 5 à-7 montrent divers tronçons de tuyaux; - la figure 8 montre un dispositif de maintien coulissant axialement sur un support central; - la figure 9 est une vue d'un vaporisateur 3 2493497 avec une disposition différente des tuyaux à ailettes; - la figure 10 est une représentation schéma- tique du vaporisateur décomposé en éléments pour le transport. Dans toutes ces figures les pièces identiques sont pourvues des mêmes chiffres de référence. Le vaporisateur comprend un support central 1 en forme de tuyau pourvu d'un pied il (figure 3). Sur ce support central sont montés un dispositif de maintien supérieur 2 et un dispositif de maintien inférieur 3. Le dispositif supérieur 2 est fixé rigidement sur le tuyau porteur 1, tandis que le dispositif de maintien inférieur 3 est monté coulissant sur le tuyau 1. Le dispositif de maintien 2 consiste en deux plaques circulaires en forme de plateaux creux 21 et 22. Sur le bord saillant de ces plaques sont fraisées dix gorges 23 s'éten- dant radialement et de section transversale en forme de demi- cercle, dont le diamètre correspond au diamètre des tuyaux. La plaque inférieure 22 est soudée en 24 sur le support central 1 qui est lui-même fermé à son extrémité supérieure par une plaquette 12. Un oeilleton de portage 14 solidaire d'une pièce en forme de capuchon 13, presse les deux plaques 21 et 22 l'une contre l'autre, et maintient ainsi dans la position désirée les portions de tuyau recourbées en U ou en V des tuyaux de liaison 4 (figure 2). Le dispositif de maintien inférieur 3 suivant la figure 8 est constitué de la même manière. Les deux plaques en forme de coupelles sont ici reliées entre elles au moyen de boulons 31 parallèles au tuyau 1, de telle sorte que l'ensemble du dispositif peut coulisser sur le tuyau 1. Entre les deux moiti 21 et 22 du dispositif de maintien 2 sont maintenus par serrage cinq tronçons tubulaires de liaison 4 dont l'extrémité 41 est dirigée vers le bas (figure 3). Dans le dispositif de maintien supérieur 2 sont prévus cinq tuyaux de jonction 4 et, dans le dispositif de main- tien inférieur sont prévus quatre de ces tuyaux de jonction 4 avec leurs extrémités 41 dirigées vers le haut. Entre les extré- mités respectives 41 dirigées vers le haut et vers le bas, sont montés des tronçons de tuyau rectilignes 42 pourvus d'ailettes 6 d'échange de chaleur, et qui sont reliés à joint étanche, par exemple par un cordon de soudage 51 avec les extrémités de 4 2493497 tuyau 41 respectives. Etant donné que les tuyaux de jonction 4, en haut et en bas, sont décalés chaque fois d'un espacement de tuyaux, on obtient une connexion en série des tuyaux munis d'ailettes 42. Un raccord d'entrée 81 et un raccord de sortie 82 sont prévus en bas sur l'échangeur- de chaleur (figure 3). Dans le cas o les ailettes séparées 6 sont prévues pour être mises en place ultérieurement sur les tronçons de tuyaux déjà montés, le nombre des tuyaux de liaison 51 peut être réduit. Les extrémités 41' peuvent être réalisées assez longues pour qu'elles remplacent elles-mêmes les tronçons de tuyaux 41 à pourvoir d'ailettes, de sorte que la moitié des joints de liaison 51 se trouve supprimée (figure 1). Dans le cas du vaporisateur suivant les figures 3 et 4, comprenant dix tuyaux à ailettes 6, il est alors prévu, par exemple, cinq raccords tubulaires 4 recourbés en forme de U ou de V, avec des extrémités 41' longues, dirigées parallèlement au support, et quatre raccords tubulaires 4 à extrémités courtes (voir figure 5). Au lieu de cela, on pourrait également utiliser neuf raccords tubulaires 4 présentant chacun une extrémité longue 41" et une extrémité courte 41 (figure 6). Un tuyau supplémentaire, rectiligne, pourvu d'ailettes, conduit alors aux raccords d'entrée ou de sortie 81, 82. Les figures 3 et 4 montrent un vaporisateur du type de construction décrit plus haute avec un tuyau de support central 1 et un ventilateur soufflant d'air chaud 7 fixé au pied 11 du tuyau 1. Les dix tuyaux 6 à ailettes longitudinales qui servent à l'échange de chaleur sont prévus dans une disposition circulaire concentrique autour du tuyau de support 1. Le vapo- risateur sert, par exemple à amener à nouveau à l'état gazeux de l'azote ou de l'oxygène liquides. Le ventilateur soufflant d'air chaud 7 souffle l'air pré-chauffé dans l'intérieur du tuyau central de support 1 qui est pourvu de perçages 15 tra- versant sa paroi, à travers lesquels l'air chaud circule le long de toute la longueur sur les ailettes d'échange de chaleur 6. Les tuyaux de jonction 4 et les tuyaux principaux 42 (figure 7) sont constitués par exemple en acier inoxydable, en cuivre, ou en aluminium, et les ailettes de refroidissement 6 qui s'étendent axialement sont réalisées de préférence en aluminium et elles peuvent être fixées après coup sur les tuyaux déjà montés. Dans le cas o l'on utilise des 2493497 tuyaux 42 suivant la figure 7 avec des ailettes 61 fixées rigidement sur eux, et s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du tuyau, il est évidemment nécessaire de relier entre eux les tronçons de tuyaux rectilignes 42, en haut et en bas, au moyen de tuyaux de jonction 4 à extrémités courtes. Dans la figure 9, est représenté un échangeur de chaleur de type analogue à celui des figures 3 et 4, mais dans lequel les dispositifs de maintien 2' ont un profil non pas rond, mais carré. La figure 10 montre, en un schéma simplifié," les éléments constituants préparés-pour l'expédition, destinés au montage d'un vaporisateur comportant dix tuyaux d'échange de chaleur conformes aux figures 3 et 4. L'envoi comprend un tuyau de support central (1), 10 tuyaux rectilignes (suivant la figure 5) 20 demi-coquilles avec ailettes (6), 2 dispositifs de maintien complets (2 et 3), 1 pied (11), 1 ventilateur soufflant (7), 2 raccords d'extrémité de branchement (81, 8Z. Si les tuyaux de liaison sont pourvus de filetages étanches, l'ensemble du vaporisateur peut être assemblé sans nécessiter de cordons de soudage. Comme le montre la figure , il s'agit d'éléments constitutifs de dimension relativement faible qui conviennent bien pour l'expédition jusqu'au lieu de montage et d'emploi. 6 2493497 REVENDICATIONS 1) Vaporisateur ou échangeur de chaleur dont les éléments efficaces pour la transmission de chaleur consistent en tronçons de tuyaux notammentrectilignes, pourvus de nervures ou d'ailettes (6), qui sont disposés, en un arrangement géométrique régulier, autour d'un support central (1), et qui sont réunis entre eux au moyen de tuyaux de liaison lisses (4), non pourvus d'ailettes, appareil caractérisé en ce que chaque tuyau de liai- son (4) comprend un tronçon recourbé en forme de U ou de V, dont les extrémités (41) sont recourbées perpendiculairement au plan dans lequel se situe la courbure en U ou en V, les portions recourbées en U ou en V des tuyaux de liaison (4) étant immo- bilisées dans des dispositifs de maintien (2, 3) montés sur le support central (1), de telle manière que les extrémités (41) recourbées perpendiculairement des tuyaux de liaison (4) bloqués dans le dispositif de maintien supérieur (2) soient dirigées vers le bas, et que les-extrémités (41) recourbées perpendicu- lairement des tuyaux de liaison (4) bloqués dans le dispositif de maintien inférieur (3), décalées d'un espacement de tuyaux, soient dirigées vers le haut, de telle sorte que les tronçons de tuyau (42, 42', 42") pourvus d'ailettes, soient connectés entre eux en série, depuis 1'- entrée (81) jusqu'à la sortie (82) de l'appareil et forment entre-eux une cage de-tuyaux auto-portante. 2) Vaporisateur ou échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de maintien (2, 3) comprennent chacun deux plaques ou coupelles de serrage (21, 22) dont les bords relevés sont pourvus de gorges (23) de réception des tuyaux de liaison (4) , un des dispositifs (2) étant fixé rigidement, et l'autre (3) étant monté pour cou- lisser axialement sur le support central (1). 3) Vaporisateur ou échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un certain nombre de tuyaux de liaison (4) correspond ant à la moitié du nombre de tuyaux pourvus d'ailettes, ont leurs extrémités (41') recourbées verticalement et ont une longueur correspondant à celle des tuyaux pourvus d'ailettes, les ailettes étant fixées ultérieurement sur ces extrémités recourbées (41'). 4) Vaporisateur ou échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la totalité des tuyaux de liaison (4) comprennent une extrémité courte (41) recourbée 7 2493497 perpendiculairement et une extrémité plus longue recourbée perpendiculairement (41") dont la longueur correspond-à celle des tuyaux pourvus d'ailettes (42), les ailettes étant fixées ultérieurement sur ces extrémités longues. 5) Vaporisateur ou échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la totalité des tuyaux de liaison (4) comprennent deux extrémités courtes (41) et les tuyaux (42) pourvus d'ailettes (61) sont rectilignes. 6) Vaporisateur ou échangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support central (1) est constitué par un tuyau dans la paroi duquel sont prévus des perçages (15) à travers lesquels un courant de fluide de refroidissement ou de réchauffage peut être dirigé sur les tuyaux (42) pourvus d'ailettes. 7) Vaporisateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que sur le tuyau central de support (1) est monté un ventilateur soufflant (7) qui souffle de l'air chaud dans l'intérieur du tuyau de support (1).