Brevet FR2752926A1 — publié le 19980306

ECHANGEUR DE CHALEUR D'ENCOMBREMENT REDUIT. La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur d'encombrement réduit. Elle concerne plus précisément un échangeur de chaleur comportant un collecteur d'entrée d'un fluide et un collecteur de sortie du fluide reliés par au moins deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe et second groupe et formant un panneau de tubes en épingle à cheveux. Un tel échangeur connu est décrit dans le brevet FR2 622 963. Les tubes y sont tous disposés selon un même plan vertical, chaque groupe formant un zigzag comportant des tronçons rectilignes horizontaux reliés par des épingles à cheveux selon un plan vertical. Un tel échangeur peut par exemple être installé dans un lit fluidisé externe destiné à équiper un foyer à lit fluidisé circulant. Dans de telles installations de grande puissance, il est recherché une augmentation des surfaces d'échange thermique d'un tel échangeur. Ceci conduit à la nécessité d'augmenter les dimensions de l'échangeur ou d'associer un nombre relativement de tels échangeurs. Dans tous les cas, l'encombrement en est augmenté. Le but de l'invention est d'augmenter considérablement les surfaces d'échange, tout en conservant des dimensions limitées de l'échangeur. Pour ce faire, conformément à l'invention, chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes reliés par des épingles à cheveux et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe. A encombrement sensiblement identique, il est ainsi possible de multiplier la surface d'échange thermique par un coefficient de l'ordre de trois. Selon le mode de réalisation préféré, l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150, afin de permettre une alimentation en circulation naturelle et l'utilisation de l'échangeur en tant que vaporisateur. De préférence, les deux hélices ont le même pas et, avantageusement, les deux groupes comportent le même nombre de tubes parallèles. Selon une variante de réalisation, les tubes adjacents d'un même groupe sont reliés par une ailette continue. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 1 représente une partie d'un lit fluidisé dense et plus précisément dans un caisson 1 constitué d'une tôle métallique renforcée de raidisseurs et d'une couche de béton interne une chambre 2 dans laquelle se déversent les solides après leur passage au-dessus d'un muret en aval d'un chambre de réception de ces solides. La chambre 2 est équipée d'une boîte inférieure d'alimentation en air de fluidisation non représentée, de buses d'injection d'air de fluidisation non représentées disposées sur la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et d'un échangeur de chaleur constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes 3 véhiculant un fluide caloporteur, par exemple de la vapeur, disposés transversalement à la chambre 2 et suspendus à la paroi supérieure 2B de la chambre 2, chaque agencement de tubes étant relié en partie basse à un collecteur d'entrée du fluide caloporteur 6 constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson 1 et en partie haute à un collecteur de sortie de ce fluide chauffé 7 constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson 1. Dans cette chambre 2 a donc lieu la fluidisation dense des solides et une récupération de chaleur par l'échangeur 3. Un tel lit est en général destiné à une installation de combustion comprenant un foyer à lit fluidisé circulant comportant une sortie des gaz débouchant dans un cyclone de séparation dont les solides récupérés sont traités dans ce lit fluidisé externe avant d'être au moins partiellement réinjectés dans le foyer à lit fluidisé circulant. Le collecteur d'entrée 6 est logé sous la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et disposé dans le plan central de la chambre 2. L'agencement d'échangeur 3 est reliés à ce collecteur 6 par une fente 9 réalisée dans la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et enrobé de béton 16, qui assure sa fixation et sa protection. A ce collecteur d'entrée 6, sont reliés les agencements de tubes d'échange thermique 3 qui de façon classique s'étendent jusqu'à la hauteur dudit muret. Le collecteur de sortie 7 enrobé de béton est disposé à l'intérieur de la chambre 2, dans le plan central longitudinal de la chambre 2 et plus précisément sous la paroi supérieure 2B de la chambre 2 et est équipé d'au moins une tubulure de sortie du fluide caloporteur chauffé 8 traversant cette paroi supérieure 2B et raccordée au collecteur de sortie 7 par un raccord en Té assurant également la suspension du collecteur de sortie 6 à la paroi supérieure 2B. Plusieurs ensembles de collecteurs et d'agencements de tubes tels que précédemment décrits peuvent être installés dans la chambre 2, alignés dans la direction longitudinale de celle-ci. L'agencement d'échangeur 3 qui sera appelé échangeur 3 comporte deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe 3A et second groupe 3B qui forment un panneau de tubes en épingle à cheveux. Outre leurs tronçons de connexion aux collecteurs 6, 7, chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes 4 reliés par des épingles à cheveux 5 et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe 3B étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe 3A. Les tronçons rectilignes 4 sont inclinés et l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150. Avantageusement, les deux hélices ont le même pas, les tubes étant tous sensiblement de longueur identique ce qui élimine toute tension différentielle. Chaque groupe de tubes comporte donc un premier tronçon sensiblement vertical 10 relié au collecteur d'entrée 6 et traversant la paroi inférieure 2A, puis une hélice plate constituée de tronçons rectilignes inclinés 4 et d'épingles à cheveux et un second tronçon sensiblement vertical 11 reliant l'hélice et le collecteur de sortie 7. Au moins l'un des tubes de ce second tronçon 11 présente une épingle à cheveux 12 qui traverse la paroi supérieure 2B et y est enrobée de béton afin d'assurer la suspension de l'échangeur. Verticalement, au droit de ces suspensions, la suspension de l'échangeur peut être renforcée par des ailettes courtes 13 soudées comme représentées sur la figure 2 ou un agencement de suspens ion tel que décrit dans le brevet FR-2 622 963 peut être utilisé. Afin de rigidifier l'échangeur et d'en améliorer sa tenue mécanique, il est également possible de relier les tubes adjacents d'un même groupe 3A, 3B par une ailette continue 14, comme représenté sur la figure 3 (détail III de la figure 1). Chaque groupe 3A, 3B est alors constitué d'un panneau tubé en forme de ruban et conformé en hélice. L'échangeur conforme à l'invention est autoporteur et permet l'alimentation en circulation naturelle. Bien que décrit dans une installation de lit fluidisé externe, il peut être utilisé dans toute installation d'échange thermique, par exemple dans une chaudière de récupération en sortie d'incinérateur. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur comportant un collecteur d'entrée (6) d'un fluide et un collecteur de sortie (7) du fluide reliés par au moins deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe (3A) et second groupe (3B) et formant un panneau de tubes en épingle à cheveux, caractérisé en ce que chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes (4) reliés par des épingles à cheveux (5) et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe (3B) étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe (3A). 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150. 3) Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux hélices ont le même pas. 4) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux groupes (3A, 3B) comportent le même nombre de tubes parallèles. 5) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes adjacents d'un même groupe sont reliés par une ailette continue (14).