Brevet FR2665522A1 — publié le 19920207

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur constitués de tubes parallèles logés dans une enveloppe munie à ses extrémités respectivement d'orifices d'entrée et de sortie de fluide. Dans les échangeurs ordinaires les tubes sont supportés ou retenus par des cloisons transversales parallèles disposées à intervalles l'une de l'autre et formant chicanes, obligeant le fluide parcourant l'enveloppe à suivre une succession de parcours volontairement orientés transversalement aux tubes, ce qui permet d'obtenir un échange correct entre les tubes et le fluide extérieur aux tubes. Ces supports évitent aux tubes de flamber et entrent en compte dans le calcul des plaques tubulaires auxquelles sont reliés les tubes aux deux extrémités. Dans les échangeurs verticaux où le fluide, notamment de l'eau, est vaporisé, il est nécessaire que la vapeur s'élève verticalement, c'est-à-dire suive des parcours, non plus perpendiculaires, mais parallèles aux tubes. Il ne convient donc pas, alors, de supporter les tubes par des cloisons formant de longues chicanes transversales. Pour assurer ce type d'écoulement, parallèle, on a déjà proposé de supporter les tubes par des barres, ou plats entrecroisés, parallèles respectivement à deux directions par exemple les faisant passer tangentes entre les tubes. La vapeur passe alors dans les espaces libres subsistant entre les tubes et les plats. Cette solution présente plusieurs inconvénients. D'une part, les plats sont munis de moyens d'accrochage entre eux et sont donc de réalisation assez compliquée, d'autre part, et surtout, le passage des plats impose un certain écartement entre les tubes, c'est-à-dire un pas supérieur au pas normal dans ces échangeurs. Cette augmentation du pas entraîne une augmentation proportionnelle du diamètre général de l'échangeur, donc finalement du prix de revient de celui-ci. L'invention vise précisément à fournir un système de supports des tubes qui ne présente pas ces inconvénients. A cet effet, elle prévoit de constituer chaque cloison transversale support de tubes par un groupe de plaques liées entre elles et disposées de manière à recouvrir pratiquement la totalité de la section d'échangeur et à ménager entre elles une pluralité de passages libres dont la trajectoire est sensiblement dépourvue de portion orientée perpendiculairement aux tubes. Dans une forme de réalisation préférée le groupe de plaques est subdivisé en deux sous-groupes de plaques planes se chevauchant, situées respectivement écartées les unes des autres dans deux plans parallèles superposés, et les projections des plaques d'un plan sur l'autre plan recouvrent sensiblement, respectivement, les espaces d'écartement entre les plaques dudit autre plan. La structure et l'agencement préféré de la cloison de l'invention permettent, d'une part, d'assurer une circulation du fluide parallèlement aux tubes à l'exception de la déviation imposée par son passage entre les plaques de la cloison, passage qui peut être choisi aussi réduit qu'on le souhaite ou de manière à assurer un débit de fluide déterminé, d'autre part, de disposer de toute la surface desdites plaques pour le passage des tubes qui ne traversent chacun qu'une des plaques de chaque sous-groupe de plaques parallèles. Cette libre disposition permet alors de percer, dans ces plaques, les trous de passage des tubes au pas standard ou même plus faible et de prévoir en outre, éventuellement entre les trous des tubes, des trous supplémentaires de passage de fluide. Dans une réalisation particulière, les plaques sont de forme présentant au moins un pourtour hexagonal. Dans les échangeurs classiques, le chicannage sert à augmenter la vitesse du fluide en le faisant s'écouler perpendiculairement aux tubes, ce qui augmente le coefficient d'échange tube-fluide extérieur et, par conséquent, le fluide qui s'écoule par les orifices entre les tubes et les chicanes, donc probablement aux tubes, est un fluide parasite qui fait perdre l'échange mais dans le cas de la présente invention l'écoulement du fluide parallèlement aux tubes n'est pas gênant car il s'agit de vaporisation. A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé un exemple d'ensemble support des tubes d'un échangeur vertical à enveloppe cylindrique, dessin sur lequel la fig. 1 est une vue partielle en élévation de l'ensemble, la fig. 2 est une vue en plan des plaques de support au niveau A-A de la fig. 1, la fig. 3 est une vue en plan des plaques de support au niveau B-B de la fig. 1, et la fig. 4 est une vue d'ensemble de la disposition des tubes présents dans un quart de l'échangeur. Dans l'exemple représenté, les tubes de l'échangeur, non représentés sur la fig. 1 (à l'exception d'un seul T), sont supportés par quatre groupes de plaques ou feuilles planes situées respectivement, pour chaque groupe, dans deux plans A, B, parallèles et reliées entre elles par des plats 5 parallèles aux tubes T. Ces groupes sont montés sur des tirants G ou tiges d'accouplement parallèles aux tubes T et sont maintenus à distance donnée les uns des autres par des manchons d'écartement H1, H2, H3 entourant les tiges d'accouplement G. Chaque groupe est constitué, dans le plan supérieur A, par une plaque centrale 4 hexagonale et une plaque annulaire 3 délimitée par deux hexagones à côtés 31 32 parallèles aux côtés 41 de la plaque 4. Dans le plan inférieur B, chaque groupe comprend d'une part, une plaque centrale 2 annulaire délimitée par deux hexagones dont l'hexagone intérieur a un côté 21 plus petit que le côté 41 de la plaque 4 et dont l'hexagone extérieur a un côté 22 plus grand que le côté 32 de la plaque 3, et, d'autre part, une plaque extérieure 1 délimitée par un cercle extérieur 11 et un hexagone intérieur de côté 12 plus petit que le côté 31 de la plaque 3. Comme on le voit la disposition et les dimensions des plaques du plan A et du plan B permettent de les relier par des petits plats 5 parallèles aux tubes, fixés au voisinage des extrémités respectives de ces plaques, en ménageant des chicanes E entre, d'une part, les plaques 1 et 3, d'autre part les plaques 2 et les plaques 3 et 4. Ces chicanes ont des trajectoires dépourvues pratiquement de portions orientées perpendiculairement aux tubes Dans chaque groupe l'ensemble des plaques des plans A et B recouvrent pratiquement toute la section de l'échangeur. Sur la fig. 4 représentant en plan un quart de section d'échangeur sont indiqués les côtés des différentes plaques d'un groupe en traits mixtes, les tirants ou entretoises G, et les plats de liaison 5 entre les plaques d'un même groupe. Comme on le voit, les passages des tubes T disposent de pratiquement toute la section libre de l'échangeur et les tubes T peuvent donc être disposés près les uns des autres, c'est-à-dire au pas standard de 48 mm et même inférieur, jusqu'à 44 mm avec des tubes de diamètre extérieur de 38,1. Pour améliorer le débit de passage de la vapeur, il a été, en outre, prévu dans les plaques de chaque groupe des trous R de 12 mm de diamètre par exemple, entre les tubes T. Le contour, représenté ici, hexagonal, des plaques qui se chevauchent peut, bien entendu être de toute autre forme, polygonale quelconque, telle qu'octogonale ou circulaire. L'invention s'applique, à tous appareils verticaux ou horizontaux à écoulements parallèles aux tubes, ou qui; ne supportant pas des vitesses transversales élevées de fluide pouvant entraîner des vibrations des tubes, nécessitent un écoulement parallèle aux tubes. Dans le cas des appareils verticaux, on pourrait limiter le nombre de supports car les tubes ne sont soumis qu'au flambage. Par contre, dans le cas d'appareils horizontaux, le poids des tubes au repos impose une certaine distance entre les chicanes. Revendications 1. Cloison transversale support des tubes parallèles d'un échangeur de chaleur caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des groupes de plaques (1, 2, 3, 4) liées entre elles et disposées de manière à recouvrir pratiquement la totalité de la section d'échangeur et à ménager entre elles une pluralité de passages libres dont la trajectoire est sensiblement dépourvue de portion orientée perpendiculairement aux tubes (T). 2. Cloison selon la revendication 1 dans laquelle chaque groupe de plaques est subdivisé en deux sous-groupes (1,2 - 3,4) de plaques planes se chevauchant, situées respectivement écartées les unes des autres dans deux plans parallèles (A, B)superposés, et les projections des plaques d'un plan sur l'autre plan recouvrent sensiblement, respectivement les espaces d'écartement entre les plaques dudit autre plan. 3. Cloison selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle des trous (R) supplémentaires de passage du fluide sont ménagés entre les trous de passage des tubes (T). 4. Cloison selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les plaques 1,2,3,4 sont de forme présentant au moins un pourtour hexagonal.