Brevet FR2621112A1 — publié le 19890331

DISPOSITIF DE REPARTITION D'UN LIQUIDE S'ECOULANT AUTOUR D'UN TUBE VERTICAL, NOTAMMENT POUR UN ECHANGEUR DE CHALEUR. DESCRIPTION. L'invention concerne un dispositif de répartition d'un liquide s'écoulant autour d'un tube vertical et qui est intéressant notamment pour des échangeurs de chaleur dont La surface d'échange thermique est constituée par la paroi de ces tubes à L'intérieur desquels un gaz circuLe. De tels échangeurs sont utilisés notamment pour accomplir l'évaporation de solutions salines. Dans un échangeur qui fait l'objet du brevet français n0 2 353 035, on rencontre de haut en bas, un élément de raccordement débouchant dans une chambre d'arrivée des gaz ou des vapeurs et traversant une chambre inférieure dans Laquelle arrive Le liquide qui doit subir L'échange de chaleur, une pièce cannelée insérée dans une ouverture d'une plaque intermédiaire séparatrice qui constitue le plancher de cette dernière chambre, un manchon de serrage formé de pièces coniques et enfin un tube échangeur de chaleur en matière plastique très mince, d'épaisseur 100pm ou inférieure, qui est donc souple et qui est suspendu à ces manchons de serrage. En fonctionnement, L'eau commence à séjourner au-dessus du plancher de la chambre inférieure avant de s'introduire par gravité dans les cannelures et de s'écouler sur la paroi du tube mince. Un tel appareil nécessite l'utilisation d'éléments de raccordement permettant la traversée de la chambre de liquide par le gaz ou les vapeurs. La présence de ces éléments rend délicat le montage du dispositif. L'invention représente un perfectionnement. Le tube échangeur de chaleur est en effet suspendu directement au plancher de La chambre d'arrivée des gaz. L'élément de raccordement de l'art antérieur est supprimé. Une pièce cylindrique évidée est disposée autour du tube échangeur à l'endroit où il traverse le plancher de la chambre de Liquide. Cette pièce maftresse constitue un des objets de l'invention. Elle est utilisée à la fois pour repartir de manière sensiblement uniforme L'écouLement du liquide traversant l'ouverture autour du tube mince et pour protéger la partie du tube mince se trouvant dans la chambre d'arrivée de liquide des chocs dus au clapotement de ce Lui-ci, qui pourraient occasionner une rupture et le déversement de liquide dans Le circuit gazeux. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de répartition d'un liquide s'écouLant autour d'un tube vertical traversant une ouverture pratiquée à travers une plaque horizontale sur laquelle se trouve le liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre évidé disposé dans L'ouverture et autour du tube, muni de perçages verticaux permettant au liquide de passer à travers La plaque, d'une structure de maintien vertical empêchant Le cylindre de quitter l'ouverture, et d'un rebord supérieur entouré par les perçages, etabli autour du tube et s'élevant au-dessus du niveau du liquide sur la plaque. De façon avantageuse, le dispositif de répartition est complété par un rebord inférieur situé sous le cylindre ; ce rebord est entouré par les perçages établis autour du tube et muni de parties saillantes horizontales s'étendant vers L'extérieur jusque sous les perçages et séparées par des parties en retrait également horizontales. L'écouLement du liquide après les perçages est ainsi uniformise. Le rebord inférieur peut être compLété par une jupe disposée autour des perçages et qui L'entoure. L'invention concerne également un échangeur de chaleur par circulation de gaz dans des tubes verticaux parcourus extérieurement par un écoulement de liquide se trouvant sur une plaque munie d'ouvertures traversées par les tubes et équipées de ce dispositif de repartition, caractérisé en ce que les tubes sont d'une seule pièce, minces et suspendus au-dessus de La plaque. On va à présent décrire L'invention à L'aide des figures annexées dont L'énumération suit, et qui sont donnees à titre illustratif et nullement Limitatif : - la figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif d'échangeur de chaleur équipé du dispositif de répartition selon l'invention ; - la figure 2 représente le dispositif de répartition de la figure 1 à une échelle plus grande en coupe diamétrale ; - La figure 2A représente la même pièce en vue de dessus ; - La figure 3 représente un autre mode de réalisation du dispositif de répartition selon L'invention ; - La figure 4 représente un troisième mode de réalisation du dispositif de répartition en coupe diamétrale ; - la figure 4A représente La même pièce en perspective ;; - la figure 5 représente un quatrième mode de réalisation du dispositif de répartition en coupe diamétrale ; - la figure SA représente la même pièce en perspective ; et - la figure 6 représente un cinquième mode de réalisation du dispositif de répartition. La figure 1 représente un fragment d'une installation d'évaporation de solution saline par l'intermédiaire de tubes d'échange de chaleur verticaux en matière plastique référencés 1. Ces tubes ont une épaisseur de L'ordre du dixième de miLLimètre et sont donc déformables et souples. Ils sont maintenus à leurs extrémités supérieure et inférieure par deux dispositifs de serrage 2 et 2a. L'installation comprend trois plaques horizontales superposées : un plafond 3, un plancher 4 et une plaque intermédiaire 5 utilisée pour l'écoulement du liquide. Le dispositif d'échange de chaleur est ici à courants parallèles, c'est-à-dire que le gaz de réchauffement pénètre dans le tube 1 au-dessus du plafond 3 et en ressort au-dessous du plancher 4. Une chambre d'arrivée du liquide est délimitée par le plafond 3 et par une plaque intermédiaire 5 au-dessus de laqueLle le liquide à évaporer s'accumule jusqu'à un certain niveau. Le dispositif de serrage supérieur 2 est constitué comme suit : il comprend une pièce extérieure de révolution 6 munie d'un épaulement 7 prenant appui respectivement sur le plafond 3 ou sous le plancher 4, d'une première partie cylindrique 8 jouxtant L'épauLement 7 et traversant le plafond 3 ou le plancher 4 et d'une seconde partie cylindrique 9 de diamètre plus réduit se raccordant à la première par une partie conique 10. La seconde partie cylindrique 9 est approximativement de meme diamètre intérieur que le tube 1. La première partie cylindrique 8 est taraudée et peut recevoir une bague de serrage filetée 11 terminée à son extrémité opposée aux filets par une partie conique extérieure 12. Le serrage de la bague filetée 11 sur la pièce 6 coince l'extrémité du tube 1 entre les parties coniques 10 et 12 tout en l'élargissant. Le tube 1 passe par des ouvertures ménagées sur la plaque intermédiaire 5 ; le Liquide à évaporer passe également par ces ouvertures autour du tube 1 et coule ensuite Le long de la surface de ce tube 1 pour s'évaporer progressivement au cours de sa descente. Toutefois, ceci ne peut se faire sans précautions car les tubes 1 très minces sont très peu rigides et peuvent être facilement détériorés par les chocs produits par l'écoulement liquide, et surtout il faut assurer un écoulement aussi uniforme que possible du liquide sur le tube 1. C'est pourquoi il est nécessaire d'utiliser un dispositif de répartition, référencé globalement par 20, du liquide autour du tube 1, qui constitue un des objets de l'invention et que l'on va maintenant décrire. Il comprend, comme le montrent Les figures 2 et 2a, tout d'abord une partie cylindrique évidée 21 qui entoure le tube 1 et est insérée dans l'ouverture de La plaque intermédiaire 5 de façon à la boucher. Elle est munie de perçages verticaux 22 disposés régulièrement sur sa circonférence pour permettre L'évacuation du liquide. Le dispositif de répartition comprend encore d'autres parties : un épaulement 23 autour du cylindre évidé 21 et au sommet de celui-ci prenant appui sur le pourtour de l'ouverture de la plaque intermédiaire 5 pour empêcher le dispositif de répartition de tomber ; un rebord supérieur 24 audessus du cylindre évidé 21, de forme circonférentielle, entourant Le tube 1 et entouré par les perçages 22.Le rebord supérieur 24 s'élève au-dessus du niveau du liquide de manière à protéger le tube 1 des chocs produits par celui-ci et à le protéger de toute entrée de liquide en cas de fissuration. Il empêche également le liquide de s'écouler entre le cylindre 21 et le tube 1, ce qui perturberait la régularité de l'écoulement. La périphérie externe du cylindre évidé 21 peut être agrémentée de godrons 25 en forme de moulures verticales à section ovoïde déformés quand on insère le dispositif de répartition 20 dans l'ouverture de la plaque 5. On obtient ainsi une meilleure tenue du cylindre évidé 21. Le dispositif de répartition 20 comprend enfin un rebord inférieur 26 circonférentiel, au-dessous du cylindre évidé 21 et autour du tube 1. IL se compose d'une alternance de parties horizontales saillantes et en creux, les zones saillantes 27 s'étendant vers l'extérieur jusque sous les perçages 22. Dans La réalisation de la figure 2, les parties saillantes 27 et les parties en creux 28 ont des surfaces ondulées et se raccordent sans angles vifs. Le rebord inférieur 26 est complété en bas par une partie tronconique 29 s'amenuisant vers le bas jusqu a se raccorder au tube 1. Les parties saillantes 27 et en creux 28 permettent de freiner la chute du liquide qui s'écoule par les perçages 22 de façon à uniformiser son écoulement autour de la paroi du tube 1 ; la partie tronconique 29 facilite la transition de l'écoulement du fluide entre le rebord inférieur 26 et le tube 1, ainsi que son guidage. Selon une variante de réalisation non représentée ici, la partie tronconique 29 peut également porter des ondulations horizontales. Les memes avantages peuvent etre obtenus avec des réalisations de l'invention présentant des différences extérieures assez importantes. Dans un deuxième mode de réalisation représenté figure 3, les ondulations sont ainsi remplacées par une succession de stries horizontales séparées par des dents 30 formées chacune d'un palier horizontal 31 et d'une partie tronconique 32 se raccordant à l'extrémité du palier 31 et s'amenuisant vers le bas jusqu'au palier voisin. De façon anaLogue à la figure 2, les paliers 31 s'avancent jusqu'en dessous des perçages 22. IL en résulte que, comme précédemment, le liquide est freiné en tombant sur les paliers 31 et glisse ensuite le long des parties tronconiques 32. Dans une troisième variante de réalisation représentée figures 4 et 4A, le rebord inférieur, ici référencé 36, présente une surface Lisse. Le dispositif de répartition est ici complété par une pièce complémentaire 37 formée d'une bague de forme générale tronconique 38 surmontée par des montants longitudinaux 39 établis sur la circonférence de plus grand diamètre de la bague 38 et terminés chacun par une dent 40 pointant vers l'intérieur. La pièce complémentaire 37 est assemblée sur le dispositif de répartition 20 en faisant coulisser la bague 38 sur la partie inférieure du rebord inférieur 36. Les montants 39 sont écartés et les dents 40 mises en face de trous 41 dans le cylindre évidé 21. On relâche alors les montants 39 pour les Laisser reprendre leur forme initiale, faisant ainsi pénétrer les dents 40 dans les trous 41.La pièce complémentaire 37 est alors parfaitement fixée au dispositif de répartition 20. La bague 38 est en contact sans jeu avec le rebord inférieur 36 à sa partie inférieure et délimite avec la partie supérieure de ce rebord 36 un réservoir circonférentiel 42 dans lequel le liquide tombant des perçages 22 stagne avant de déborder et de s'écouler radialement entre les montants 39 pour finalement glisser le long de la paroi externe tronconique de la bague 38 qui s'amenuise vers le bas pour se raccorder finalement au bas du rebord inférieur 36 et au tube 1. Dans les figures 5 et 5A, il existe encore une pièce complémentaire 47 de forme semblable à celle de la pièce complémentaire précédente 37, Si ce n'est qu'elle ne comprend ni montants 39 ni dents 40. IL ne reste que la bague tronconique. Elle est assemblée au dispositif de répartition grâce à une construction particulière du rebord inférieur référencé 46, qui comprend des moulures en relief verticaLes 50 régulièrement réparties et terminées à leur extrémité inférieure par des ergots 49. Le montage de La pièce complémentaire 47 s'effectue avant de placer le dispositif de répartition autour du tube 1 et dans l'ouverture de la plaque intermédiaire 5. La pièce complémentaire 47 est enfilée sur le rebord inférieur 46 de manière à déformer tout d'abord les ergots 49 et à passer pardessus, puis à entrer en contact avec les moulures en relief 50 et à les comprimer. La pièce complémentaire 47 est alors fixée par serrage. Elle est retenue par les ergots 49, Si bien que l'eau tombant des perçages 22 et s'accumulant entre la pièce complémentaire 47 et le rebord inférieur 46 quitte, comme dans la réalisation précédente, le réservoir circonférentiel 52 délimité par ces deux pièces en débordant. Les moulures 50 sont en effet comprimées par la bague tronconique, Si bien qu'il ne subsiste qu'un faible jeu entre celle-ci et le rebord inférieur 46, laissant passer peu d'eau.Comme précédemment, l'eau ayant débordé coule sur le bord externe conique qui s'amenuise vers le bas de la pièce complémentaire 47. Ce rebord se raccordde aux ergots 49 qui se raccordent eux-mîmes au tube 1. Un autre aménagement possible du dispositif de répartition est décrit à L'aide de la figure 6. Le dispositif de répartition proprement dit est analogue à celui qui avait été décrit figure 3. IL comprend un rebord supérieur, un rebord inférieur garni de stries, des perçages et un épaulement supérieur. Il est toutefois évident que la pièce que l'on va maintenant décrire pourrait etre adaptée à d'autres dispositifs de répartition. On ajoute en effet une jupe 60 comprenant un épaulement supérieur 61 disposé juste au-dessous de l'épaulement 23 du dispositif de répartition, d'une partie cylindrique 62 se raccordant à l'épaulement 61, disposée autour du rebord inférieur avec un jeu radial, et d'une partie conique 63 s'amenuisant vers le bas et se raccordant en haut à la partie cylindrique 62. La partie conique 63 est parallèle à la partie tronconique 32 du rebord inférieur située le plus bas, passe partiellement endessous de celle-ci et aboutit à proximité du tube 1. La partie cylindrique 62 est en contact avec le bord de l'ouverture de la plaque intermédiaire 5 au moyen de godrons 64 identiques à ceux référencés 25 sur la figure 2A. L'épaulement 61 de la jupe 60 est posé sur la plaque intermédiaire 5 et L'épaulement 23 du dispositif de répartition 20 est posé sur l'épaulement 61 de la jupe 60.Des picots 65 établis sur l'épaulement 61 de la jupe 60 pénètrent dans des évidements correspondants de l'épaulement 23 du dispositif de répartition et assurent ainsi le centrage de ces deux pièces tout en se prémunissant contre un déplacement relatif en rotation. Cette réalisation est intéressante, car le liquide qui pourrait être projeté vers l'extérieur en tombant sur les paliers 31 éclabousse en fait l'intérieur de la jupe 60 et est finalement maintenu à proximité du rebord inférieur avant d'être guidé contre le tube 1 par la partie conique 63. Dans toutes ces réalisations, le tube 1 est assujetti au dispositif de répartition avec un jeu qui est approximativement nul. Le tube est en effet souple et peut se déformer si son diamètre nominal est Légèrement supérieur au diamètre interne de la partie cylindrique 21 ou des rebords. Un léger jeu peut aussi être toléré car le tube 1 et le dispositif de répartition 20 sont maintenus indépendamment en translation. Il en résulte un montage extrêmement pratique, sans les manipulations compliquées qui étaient nécessaires dans le système de l'art antérieur. Le dispositif de répartition assure enfin un très bon écoulement du liquide autour du tube. REVENDICATIONS 1. Dispositif de répartition (20) d'un liquide s'écoulant autour d'un tube vertical (1) traversant une ouverture pratiquée à travers une plaque horizontale (5) sur laquelle se trouve le liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre évidé (21) disposé dans l'ouverture et autour du tube (1), muni de perçages verticaux (22) permettant au liquide de passer à travers la plaque (5), d'une structure de maintien vertical (23) empêchant le cylindre de quitter l'ouverture, et d'un rebord supérieur (24) entouré par les perçages (22), établi autour du tube et s'élevant au-dessus du niveau du liquide sur la plaque (5). 2. Dispositif de répartition (20) d'un liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de maintien comprend un épaulement (23) reposant sur La plaque. 3. Dispositif de répartition (20) d'un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de maintien comprend des éléments souples (25) entre le cylindre et la plaque et déformés par ceux-ci de manière à réaliser un serrage. 4. Dispositif de répartition (20) d'un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un rebord inférieur sous Le cylindre (21), entouré par les perçages (22), établi autour du tube (1) et muni d'au moins une partie saillante horizontale (27, 30, 37, 47) s'étendant vers L'extérieur jusque sous Les perçages et située sous une partie horizontale en retrait (28, 42, 52). 5. Dispositif de répartition d'un Liquide selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties saillantes (27) et les parties en retrait (28) présentent une surface ondulée. 6. Dispositif de répartition d'un Liquide selon la revendication 4, caractérisé en ce que Les parties saillantes (30) présentent une surface supérieure horizontale (31) et une surface inférieure conique (32) s'amenuisant vers le bas. 7. Dispositif de répartition d'un liquide selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties saillantes (37, 47) présentent une forme générale de cne évidé s'amenuisant vers le bas, où elles se raccordent au rebord inférieur. 8. Dispositif de répartition d'un liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rebord inférieur est pourvu de moulures verticales (50) en relief. 9. Dispositif de répartition d'un liquide selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une jupe (60) disposée autour de et sous les perçages (20) et entourant le rebord inférieur. 10. Dispositif de répartition d'un liquide selon la revendication 9, caractérisé en ce que la jupe (60) se termine par une partie inférieure conique (63) s'amenuisant vers le bas et s'étendant, sous le rebord inférieur, au-dessous des parties saillantes (27, 30). 11. Echangeur de chaleur par circulation de gaz dans des tubes verticaux (1) parcourus extérieurement par un écoulement de liquide se trouvant sur une plaque munie d'ouvertures (5) traversées par les tubes (1) et équipées du dispositif répartiteur (20) défini suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que Les tubes (1) sont d'une seule pièce, minces et suspendus au-dessus de La plaque. 12. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les dispositifs répartiteurs (20) et les tubes (1) sont assemblés avec des jeux approximativement nuls.