Brevet FR2696532A1 — publié le 19940408

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur à faisceau de tubes couché, comprenant une cuve entourant le faisceau de tubes, dont l'axe longitudinal est orienté dans la direction de ce dernier et qui comporte un orifice d'admission et, en un emplacement situé en profondeur, un orifice d'évacuation d'un fluide caloporteur qui se liquéfie lors de l'échange de chaleur avec un fluide circulant dans le faisceau de tubes et qui forme un niveau de liquide au-dessus de l'orifice d'évacuation. Les échangeurs de chaleur de ce type ont été érigés jusqu'à présent de manière que l'axe de la cuve soit horizontal Des conduits raccordés à l'orifice d'évacuation de la cuve et/ou des collecteurs sont fréquemment équipés de composants montés en aval, tels que des pompes, des vannes ou analogues, auxquels il faut que le liquide qui s'est accumulé dans la cuve soit envoyé en général sans bulles Ceci impose que le niveau de l'agent caloporteur liquéfié atteigne une hauteur déterminée au-dessus de l'orifice d'évacuation de la cuve Lorsque la cuve est disposée horizontalement, il faut en conséquence que de grandes quantités d'agent caloporteur liquide s'y trouvent, afin qu'il soit garanti que le liquide s'écoule sans bulles par l'orifice d'évacuation La grande quantité de liquide que contient la cuve a des inconvénients. Par exemple, elle forme une grande masse qui peut avoir une influence défavorable sur la tendance à vibrer de l'échangeur de chaleur et/ou de l'installation dans laquelle il est monté Le poids élevé de cette grande masse de liquide élève aussi le prix de la structure porteuse de l'échangeur de chaleur. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur à faisceau de tubes du type tel que spécifié en préambule et qui soit perfectionné de manière que le contenu en liquide de la cuve puisse être notablement réduit, mais que néanmoins le niveau du liquide, qui est nécessaire au-dessus de l'orifice d'évacuation pour l'écoulement sans bulles, soit maintenu. Selon une particularité essentielle de l'inven- tion, la cuve est installée de manière qu'elle soit inclinée sur l'horizontale L'installation de l'échangeur de chaleur en position inclinée permet de réduire le contenu de la cuve et donc aussi de diminuer le volume global de remplissage de l'installation dans laquelle l'échangeur de chaleur est monté Le poids en service diminue donc de manière avanta- geuse pour le dimensionnement de la structure porteuse et de plus les masses susceptibles de vibrer sont ainsi réduites. Lorsqu'un agent réfrigérant coûteux est utilisé en fluide caloporteur, les frais du contenu en cet agent sont aussi notablement abaissés Lorsque de l'ammoniac, qui présente un potentiel considérable de risques, est utilisé comme agent caloporteur, le potentiel de risques est aussi considérable- ment réduit par la diminution de sa quantité. Un exemple de réalisation de l'invention va être décrit plus en détail en regard du dessin sur lequel: la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes de l'art antérieur et la figure 2 est une représentation également schématique d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes selon l'invention. L'échangeur de chaleur connu 1 à faisceau de tubes que représente la figure 1 comprend une cuve qui forme une enveloppe cylindrique 2 à la partie supérieure de laquelle est raccordée une tubulure d'admission 3 et en un emplacement en profondeur de laquelle est raccordée une tubulure d'évacuation 4 L'enveloppe 2 de la cuve entoure un30 faisceau non représenté de tubes qui sont disposés de manière connue entre deux panneaux tubulaires dont chacun est relié de manière étanche à une extrémité de l'enveloppe cylindrique 2 Un couvercle 5 et 6 recouvrant un panneau tubulaire correspondant est fixé par brides à chacune des deux extrémi- tés de l'enveloppe de la cuve et comporte une tubulure d'entrée 7, respectivement 8, du fluide circulant dans le faisceau de tubes. Un agent caloporteur arrivant par la tubulure d'admission 3 et balayant les tubes du faisceau abandonne sa chaleur au fluide circulant dans les tubes et ainsi se5 liquéfie ou se condense Le liquide ainsi formé s'accumule dans la partie inférieure de l'enveloppe 2 de la cuve et forme un niveau de liquide de hauteur h dans l'enveloppe 2 au- dessus de l'orifice d'évacuation formé par la tubulure 4. Ce niveau de liquide est nécessaire, car des parties non10 représentées d'une installation frigorifique sont raccordées à la tubulure d'évacuation 4 et comprennent des composants tels que des pompes, vannes ou analogues auxquels il faut que le liquide s'écoulant par la tubulure d'évacuation 4 arrive sans bulles L'axe longitudinal 9 de l'échangeur de chaleur 1 à faisceau tubulaire de la figure 1 étant horizontal, l'enveloppe 2 de la cuve contient une quantité considérable de liquide lorsque le niveau de ce dernier doit être maintenu à la hauteur h, ce contenu ayant les inconvénients mentionnés plus haut tels qu'une grande masse, un grand poids en service et un grand potentiel de risques. Pour éviter ces inconvénients, l'échangeur de chaleur il à faisceau de tubes selon l'invention est disposé de manière que son axe longitudinal 19 soit incliné d'un angle a par rapport à l'horizontale En conséquence, une quantité considérablement plus faible d'ammoniac liquide s'accumule au-dessus de l'orifice d'évacuation de la tubulure 14 qui est situé en profondeur, bien que la hauteur du liquide h demeure la même que celle de la figure 1 L'échan- geur de chaleur 11 à faisceau de tubes est par ailleurs réalisé en principe de la même manière que l'échangeur de chaleur 1 de la figure 1, c'est-à-dire que les tubes du faisceau non représenté sont parallèles à l'axe longitudinal 19 Dans l'exemple de la figure 2, l'axe des tubulures 13 et 14 est vertical et celui des tubulures 17 et 18 est horizon- tal, ce qui toutefois n'est pas impératif Les axes des tubulures 17 et 18 peuvent aussi être parallèles à l'axe longitudinal 19. La diminution notable du contenu en liquide de l'enveloppe 12 de la cuve permet, dans le cas de l'utilisa- tion d'ammoniac comme agent caloporteur, d'en limiter la quantité à 50 kg ou moins, comme le prescrivent les décrets de protection contre les accidents de plusieurs pays afin de maintenir le potentiel de risques à un niveau aussi faible que possible Mais même en cas d'utilisation d'autres agents réfrigérants que l'ammoniac, par exemple de Freon, la10 disposition selon l'invention de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes est avantageuse, car le Freon est coûteux et donc les frais de remplissage de l'installation par l'agent réfrigérant peuvent être considérablement réduits. Il est aussi possible, à la différence de l'exemple décrit, de conférer aux tubes du faisceau une forme en U de manière que toutes les extrémités des tubes aboutis- sent à la même extrémité de l'enveloppe 12 de la cuve dans un unique panneau tubulaire Dans ce cas, le couvercle qui recouvre le panneau tubulaire comprend deux tubulures et une cloison est disposée entre les deux orifices de raccord. L'angle d'inclinaison a dépend du diamètre du faisceau de tubes qui peut varier par exemple entre 300 et 1500 mm. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur à faisceau couché de tubes pour installations frigorifiques, comprenant une cuve entourant le faisceau de tubes, dont l'axe longitudinal est5 orienté dans la direction de ce dernier et qui comporte un orifice d'admission et, en un emplacement situé en profon- deur, un orifice d'évacuation d'un fluide caloporteur qui se liquéfie lors de l'échange de chaleur avec un fluide circu- lant dans le faisceau de tubes et qui forme un niveau de liquide audessus de l'orifice d'évacuation, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est installé en étant incliné par rapport à l'horizontale. 2 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle maximal d'inclinaison de l'échangeur de chaleur par rapport à l'horizontale est de 450. 3 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide caloporteur que contient la cuve est un agent réfrigérant. 4 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide calopor- teur est de l'ammoniac.