Brevet FR2547904A1 — publié le 19841228

Il est connu, et de pratique très courante, de réaliser des échangeurs de chaleur en faisant passer les fluides l'un à l'intérieur l'autre à l'extérieur des tubes disposés en faisceau régulièrement réparti à l'intérieur d'un corps généralement cylindrique. Cette disposition, de pratique générale, a l'avantage d'engendrer le minimum de pertes sur les fluides pour réaliser l'échange mais elle présente deux inconvénients majeurs 1) - La résistance à la pression du fluide passant à l'intérieur des tubes est difficile à obtenir. 2) - Si le fluide circulant à l'extérieur des tubes est un liquide de viscosité très variable avec la température, il y a des instabilités d'écoulement enlevant une partie importante de l'efficacité de 1 'échangeur. C'est d'ailleurs pourquoi il est classique de disposer des chicanes pour obliger le fluide extérieur à circuler sur tous les tubes, mas ceci au prix de pertes énergétiques importantes et de vitesses très variables au contact des tubes. L'invention, objet du présent brevet, remédie à ces inconvénients. Elle est principalement caractérisée en ce que les plaques tubulaires sont annulaires et reliées par un tube coaxial ou un cylindre. Le faisceau tubulaire est en couronne autour du tube central et à l'intérieur de l'enveloppe extérieure. Selon l'invention, l'arrivée et la sortie du fluide circulant à l'extérieur des tubes se fait sur toute la périphérie de l'enveloppe soit par des fentes soit par des séries de trous se recouvrant ou non. Selon l'invention, ces fentes ou couronnes de trous sont alimentées - ou alimentent - des collecteurs périphériques raccordés aux tubulures d'arrivée et de sortie du fluide. D'autres caractéristiques de l'invention seront précisées au cours de la description qui suit, donné-e uniquement à titre d'exemple de réalisation. A la planche unique La figure 1 est une vue en élévation avec coupe partielle d'une extrémité d'un échangeur de chaleur réalisé selon l'invention. La figure 2 est une coupe par A.A de la figure 1 et la projection en plan du même échangeur. La figure 3 est une coupe partielle par l'axe d'un échangeur de chaleur selon l'invention avec un mode différent de fixation des collecteurs d'extrémité. La figure 4 est également une coupe partielle par l'axe d'un collecteur selon l'invention avec tige centrale. Aux figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur 1 est constitué, selon l'invention, d'un faisceau tubulaire 2 disposé cylindriquement autour du tube central 3. Le tube central 3 porte vers ses extrémités les plaques tubulaires annulaires 4 reliant d'une manière étanche les tubes 2. Le corps cylindrique 5 entoure le faisceau tubulaire 2, sa longueur est telle qu'il laisse à chacune de ses extrémités une ouverture annulaire 6 entre la plaque tubulaire et l'extrémité correspondante. Chaque ouverture annulaire d'extrémité de faisceau est alimentée - ou alimente - par des collecteurs 7 par où entre cu sort le fluide circulant à l'extérieur des tubes du faisceau cylindrique à âme centrale 2. Le fluide circulant à l'intérieur des tubes du faisceau 2 arrive ou sort à chaque extrémité par les collecteurs 8. Ainsi qu'il est clairement visible sur les dessins, les collecteurs 7 et 8 sont matérialisés par une pièce unique formant culasse 9 s'enfilant à chaque extrémité de l'échangeur de chaleur tubulaire et portant les tubulures 14 et 15 d'entrée et de sortie des fluides. Les circuits sont isolés par les joints toriques 10. L'ensemble est assemblé et maintenu au moyen de la tige centrale 11, filetée à chaque extrémité, par le serrage des écrous 12 et l'intermédiaire des rondelles 13. Les extrémités du tube 3 sont en léger retrait par rapport aux rondelles 13 pour permettre le jeu normal des dilatations. A la figure 3, la coupe partielle représente un échangeur identique à celui des figures 1 et 2 mais dont la fixation des culasses 9 est différente. A cet effet, le tube 3 dépasse la culasse au lieu de s'y arrêter avec retrait et porte à l'extérieur le filetage 17 sur lequel vient se visser l'écrou de blocage 16. A la figure 4 est représenté en coupe partielle un échangeur annulaire à tige centrale 18. Cette tige centrale 18 porte les plaques tubulaires annulaires 19 où sont fixés les tubes 2. Le tube extérieur 5 est identique à celui des figures 1, 2 et 3 et laisse également la fente annulaire 6 pour l'entrée ou la sortie du fluide circulant à l'extérieur des tubes. De meme la culasse 9 porte les joints toriques 10. Elle est assemblée par l'extrémité filetée 20 de la tige 18 sur laquelle se visse l'écrou 21 appuyant la culasse 9 par l'intermédiaire de la rondelle 22. La différence de fonctionnement entre l'échangeur de chaleur selon l'invention et l'échangeur de chaleur classique provient essentiellement de ce que l'arrivée du fluide extérieur aux tubes s'effectuant en fente. avec répartititon régulière sur la périphérie autour de tubes répartis régulièrement autour d'un noyau central, il n'y a aucun parcours privilégié et la répartition se fait d'une manière homogène avec le minimum de pertes. Revendications 1. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire caractérisé en ce que le faisceau tubulaire est disposé en répartition homogène autour d'un noyau central à l'intérieur d'un cylindre enveloppe. 2. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'arrivée et la sortie du fluide circulant à l'extérieur des tubes dans le faisceau tubulaire se fait par une fente périphérique. 3. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que chaque fente périphérique selon la revendication 2 est réalisée en donnant au tube enveloppe une longueur égale à celle des tubes du faisceau diminuée de la somme des largeurs des fentes d'alimentation ou d'extraction. 4. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les fentes annulaires débouchent directement dans un collecteur extérieur. 5. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le collecteur selon la revendication 4 et le collecteur d'extrémité du fluide passant' à l'intérieur des tubes forment une seule pièce d'où partent les tubulures de raccordement et formant culasse. 6. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les joints d'étanchéité entre la culasse selon la revendication 5 et la noix centrale d'une part9 la plaque tubulaire d'autre part et enfin le tube extérieur se fait par des joints toriques à portée cylindrique c'est-à-dire pouvant coulisser axialement. 7. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les culasses d'extrémité selon la revendication 5 sont fixées à l'ensemble chacune par un seul écrou axial. 8. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque écrou axial d'assemblage selon la revendication 7 se visse à chaque extrémité d'une tige indépendante traversant l'ensemble à l'intérieur du tube formant noyau central 9. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque écrou axial selon la revendication 7 se visse à chaque extrémité du tube central formant noyau prolongé et fileté dans ce but. 10. Echangeur de chaleur à faisceau tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque écrou axial selon la revendication 7 se visse à chaque extrémité de la tige centrale formant noyau prolongé et filetée dans ce but.