Brevet FR2569830A1 — publié le 19860307

" Plancher répartiteur de liquide pour appareils échangeurs de chaleur et de matière ". L'invention concerne un plancher répartiteur de liquide pour répartir régulièrement des liquides sur les surfaces extérieures de tubes disposés verticalement, en particulier sur des tubes dans des appareils échangeurs de chaleur et de matière, comme par exemple des évaporateurs, des réfrigérants, des appareils pour adsorption et des appareils extrudeurs. La répartition optimale de liquides sur la surface extérieure de tubes disposés verticalement pose Jusqu'ici en pratique des problèmes importants. Le rendement des échangeurs de chaleur et de matière dé- pend d'une surface sur laquelle le ruissellement se fait de façon opti- male. Pour obtenir un rendement élevé, en plus du choix d'une solution appropriée, il faut également que cette solution puisse bien se réali- ser et qu'elle ait une durée de vie suffisante. Sur le plan international, on a connu plusieurs propositions de solutions. Malgré le nombre des variantes de solutions, les recherches se poursuivent. Il faut en particulier constater que les solutions les plus récentes font varier la répartition au moyen d'une fente annu- laire disposée autour du tube. C'est ainsi qu'il y a de nombreuses solutions, qui proposent d'enfiler dans la fente un composant de forme particulière, pour centrer les tubes. C'est une telle solution que propose le document DE AS 1551406. Des inconvénients de ces solutions sont la dépense lors du montage du fait qu'il faut enfiler les douilles de centrage et que l'on n'atteint pas complètement le centrage, du fait qu'il faut prévoir un Jeu suffi- sant à cause des tolérances sur les tubes. Mais de faibles écarts de concentricité déjà conduisent à une répartition défectueuse du liquide. A partir du document DE OS 3317951, on connaît également, pour le ruissellement extérieur, un plancher répartiteur de liquide qui utilise la fente annulaire en vue du ruissellement. Le centrage des tubes n'étant pas décrit, il faut s'attendre ici aux inconvénients connus de ces solutions à fente annulaire. La solution exposée dans le document DD PS 46672 représente un plancher répartiteur de liquide dans lequel sont disposées des ouver- tures semi-circulaires, réparties autour des tubes et autorisant le passage du liquide du plancher vers le tube. Dans cette solution les diamètres des ouvertures pour les tubes sont égaux au diamètre de ces tubes. La solution présente l'inconvénient que l'on ne peut employer que des tubes calibrés, sinon aucun montage ne serait possible du fait des tolérances positives sur le diamètre à l'extérieur du tube. Comme les appareils échangeurs de chaleur sont constitués de nombreux tubes disposés l'un à côté de l'autre, l'emploi de tubes calibrés est coûteux du point de vue économique et ne doit donc être réservé qu'à des cas particuliers. Bien que, dans ce type de solutionon obtienne une bonne répar- tition du liquide sur la surface extérieure des tubes et que le pro- blème du centrage ne se pose généralement pas (du fait d'un centrage forcé) la solution ne peut pas s'imposer pour motifs économiques. Le but de l'invention est la création d'un plancher répartiteur de liquide de construction simple et de fonctionnement sûr et qui ne pose pas de problème de centrage ni de problème de montage en cas d'utilisation de tubes de diamètres extérieurs différents (dans la plage des tolérances). A la base de l'invention se trouve la mission de développer, pour répartir des liquides sur les surfaces extérieures d'un grand nombre de tubes disposés verticalement, un plancher répartiteur de liquide qui garantisse de mouiller complètement les surfaces exté- rieures des tubes. Selon l'invention, on accomplit cette mission par le moyen que le plancher répartiteur de liquide est constitué de deux plaques disposées l'une au-dessus de l'autre, une plaque de fonction, défor- mable et une plaque d'appui, auto-portante.La plaque d'appui auto-por- tante présente également des ouvertures, en correspondance avec les ouvertures de la plaque de fonction mais d'un diamètre supérieur. La plaque de fonction du plancher répartiteur de liquide est déformée autour de chaque tube à la façon d'un entonnoir dirigé vers la plaque d'appui. Dans cette déformation en forme d'entornnoir, il y a des fentes coniques, qui vont en diminuant radialement vers l'extérieur. Ces fen- tes forment les ouvertures de passage du liquide, régulièrement réparties autour de chaque tube. Le diamètre des ouvertures pour les tubes dans la plaque de fonction est, côté décharge, égale au diamètre exté- rieur des tubes. On pose des conditions déterminées concernant le maté- riau de la plaque de fonction, du point de vue de son comportement élastique. C'est ainsi que la plaque de fonction déformable peut être une feuille de métal dont les déformations en forme d'entonnoir s'appuient élastiquement contre la paroi extérieure du tube. On peut également obtenir le même résultat avec une feuille de plastique rigide ou même des élastomères de plastique souple. Ces pro- priétés élastiques de la plaque de fonction sont également nécessaires pour le montage de ce plancher répartiteur de liquide. Pour la première fois,il est possible de fabriquer économiquement un plancher réparti- teur de liquide de ce type (les diamètres extérieurs des tubes et le diamètre des ouvertures dans le plancher répartiteur de liquide sont de même dimension), de fait que l'état fonctionnel décrit, dans lequel le plancher répartiteur de liquide s'appuie étroitement contre la paroi extérieure des tubes, ne se réalise qu'après le montage. Avant le mon- tage des tubes, les diamètres des ouvertures dans la plaque de fonction déformable sont inférieurs aux diamètres extérieurs des tubes. La pla- que de fonction ne présente pas encore de déformations en forme d'enton- noir et les ouvertures de passage du liquide ne sont indiquées que sous forme d'entailles radiales. Ce n'est qu'après le montage des tubes, que l'on fait passer d'en haut à travers la plaque de fonction déformable, qu'apparaissent les déformations en forme d'entonnoir de la plaque de fonction, jus- qu'à ce que le diamètre des ouvertures se soit élargi jusqu'au diamètre extérieur des tubes. Simultanément à ce processus s'opère, en synchronisme, à partir des entailles d'origine, la fabrication des ouvertures coniques, allant en diminuant radialement vers l'intérieur, de passage du liquide. On enfile complètement les tubes et on les fixe dans la plaque de plancher. Dans le cas de ce plancher répartiteur de liquide, conforme à l'invention, constitué d'une plaque de fonction et d'une plaque d'appui, des écarts sur le diamètre extérieur n'ont aucunement des effets néga- tifs sur le montage et sur la fonction. La forme des ouvertures de pas- sage du liquide réalisées en tant que fentes coniques, allant en diminuant radialement vers l'extérieur, garantit chaque fois, en cas de diamètres extérieurs différents des différents tubes, une largeur de fente différente et donc un passage du liquide chaque fois suffisant. La surface d'ouverture des ouvertures de passage du liquide se fait obligatoirement en fonction du diamètre extérieur des différents tubes. La plaque de fonction s'appuie, bien serrée, contre chaque paroi exté- rieure de tube selon différents arcs de cercle qui ne sont chaque fois interrompus que par les ouvertures de passage du liquide. La plaque d'appui n'a que la mission d'empêcher la déformation de la plaque de fonction. Elle peut donc être faite d'un matériau plat perforé ou d'une construction du type grille. Les ouvertures dans la plaque de fonction peuvent être rondes ou carrées. Les avantages du plancher répartiteur de liquide conforme à l'invention se trouvent dans la garantie d'une répartition régulière du liquide, même d'un faible débit de liquide, sur toute la périphérie du tube, en film relativement mince, ce qui garantit un bon échange de matière et de chaleur. D'autres avantages sont la fabrication simple et économique du plancher répartiteur de liquide et l'emploi de tubes aux tolérances imposées par la fabrication pour le diamètre extérieur. En déterminant le nombre et la longueur des entailles pour les ouvertures d'entrée du liquide, on peut déterminer à l'avance le débit de liquide nécessaire pour la formation d'un film de ruissellement. L'invention est représentée ci-dessous en détail. La figure 1. représente une coupe verticale d'un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire dans la zone du plancher répartiteur de liquide. La figure 2. est une vue de dessus du plancher répartiteur de liquide de l'échangeur de chaleur à faisceau tubulaire. La figure 3. est un détail de la vue de dessus du plancher ré- partiteur de liquide avant pose des tubes. Dans un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire installé verticalement, selon figure 1, est disposé, dans la zone supérieure, un plancher répartiteur de liquide 1 relié, de façon perméable au gaz, à la paroi 2 de l'échangeur de chaleur à faisceau tubulaire. Le plancher répartiteur de liquide 1 est constitué de la plaque de fonction 3 avec les ouvertures 4 pour les tubes 5 et les ouvertures de passage du liquide 6. La plaque de fonction 3 est faite d'une feuille métallique. Elle est d'un diamètre inférieur à celui de l'échangeur de chaleur à faisceau tubulaire et elle est entourée d'une bordure 7 disposée verticalement. Cette plaque de fonction 3 possède des propriétés élastiques et elle est déformable. C'est pourquoi elle est disposée sur une plaque d'appui 8. La plaque d'appui 8 est une tôle perforée auto-portante en métal. Les ouvertures 9 dans la plaque d'appui 8 sont d'un diamètre supérieur à celui des ouvertures 4 dans la plaque de fonction 3, mais elles sont disposées de façon adéquate par rapport à celles-ci. Le dia- mètre des ouvertures 9 dans la plaque d'appui 8 est également supérieur au diamètre extérieur des tubes 5. A la suite de la pose des tubes sur le plancher répartiteur de liquide 1, la plaque de fonction 3 présente autour de chaque tube 5 des déformations 10 en forme d'entonnoir mais dirigées vers la plaque d'appui 8 et les ouvertures de passage du liquide 6 dans les déforma- tions en forme d'entonnoir 10 prennent la forme de fentes coniques, allant en diminuant radialement vers l'extérieur. On amène à l'échangeur de chaleur à faisceau tubulaire, au-dessus du plancher répartiteur de liquide 1, un liquide réfrigérant qui doit se répartir régulièrement sur la surface extérieure de tous les tubes 5. Dans ce but>le liquide réfrigérant est amené, par I'intermédiaire d'au moins une conduite tubulaire, sur la plaque de fonction 3. Par l'inter- médiaire des déformations en forme d'entonnoir 10 et des ouvertures de passage du liquide 6, le liquide réfrigérant s'écoule directement sur les surfaces extérieures des tubes 5 et se répartit aussitôt régulière- ment sur toute la périphérie, de sorte qu'un film de ruissellement fer- mé s'écoule en permanence le long de la surface extérieure de tous les tubes 5 et garantit l'échange désiré de chaleur. Pour garantir l'appui précis de la plaque de fonction 3 du plan- cher répartiteur de liquide 1 contre la paroi extérieure des tubes 5 (diamètre extérieur des tubes 5 égal au diamètre des ouvertures 4 de la plaque de fonction 3) et pour éviter des problèmes qui ont leur source dans les tolérances, en plus, sur le diamètre extérieur des tubes, les ouvertures 4 de la plaque de fonction 3 sont réalisées avec un diamètre d'environ 25% inférieur au diamètre extérieur des tubes 5. Plusieurs entailles radiales sont prévues régulièrement disposées au- tour de ces ouvertures 4. Lors de la pose des tubes dans cette plaque de fonction 3, il apparaît obligatoirement, du fait des différences mentionnées ci-dessus sur le diamètre, des déformations en forme d'entonnoir autour des tubes 5 et, simultanément les entailles s'ouvrent pour donner des perforations allongées, coniques, allant en diminuant radialement vers l'extérieur, les ouvertures de passage du liquide 6. Le plancher répartiteur de liquide 1 conforme à l'invention garantit la bonne répartition d'un faible débit de liquide sur la péri- phérie du tube, en film d'épaisseur relativement faible. Ceci garantit un échange intensif de matière et de chaleur. La structure du plancher répartiteur de liquide 1 permet une fabrication économique. En déter- minant le nombre et la longueur des entailles pour les ouvertures de passage du liquide, on peut déterminer à l'avance le débit de ruissel- lement. REVENDICATIONS 1. Plancher répartiteur de liquide, pour répartir régulièrement des liquides sur les surfaces extérieures de tubes disposés verticale- ment, dont les ouvertures pour les tubes ont un diamètre égal au dia- mètre extérieur des tubes, sont régulièrement réparties autour des tubes, les ouvertures de passage du liquide étant en liaison active avec ces ouvertures pour les tubes, caractérisé en ce que le plancher répartiteur de liquide (1) est constitué d'une plaque de fonction dé- formable (3) qui comporte des ouvertures de passage du liquide (6) et repose sur une plaque d'appui auto-portante (8) perforée en correspon- dance avec les ouvertures (4) pour les tubes (5) dans la plaque de fonction (3); en ce que les ouvertures (9) dans la plaque d'appui (8) présentent une section de passage supérieure à celle des ouvertures (4) dans la plaque de fonction (3); en ce que la plaque de fonction (3) est faite en un matériau présentant des qualités élastiques; et en ce que, à la suite de la pose des tubes il se présente autour de chaque tube une déformation (10) en forme d'entonnoir dirigé vers la plaque d'appui (8) et en ce que les ouvertures de passage de liquide (6) sont constituées, dans les déformations en forme d'entonnoir (10), de fentes coniques allant en diminuant radialement vers l'extérieur. 2. Plancher répartiteur de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de fonction déformable (3) est une feuille métallique. 3. Plancher répartiteur de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de fonction déformable (3) est faite en matériau plastique. 4. Plancher répartiteur de liquide selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque d'appui auto-portante (8) est de construction du type grille et en ce que les ouvertures (9) prévues en correspondance de la plaque d'appui (8) sont carrées.