Brevet FR2780493A1 — publié le 19991231

ECHANGEUR DE CHALEUR A PLAQUES ASSURANT LA FONCTION DE CONDENSEUR L'invention se rattache au secteur technique des appareils échangeurs de chaleur à plaques soudés en utilisation condenseur. On connaît les échangeurs à tubes et calandres (virole) ou dénommés " shell and tubes ". On connaît l'utilisation d'échangeurs à plaques soudées du type compact dans une configuration parallélépipédique réalisant à la fois la surface d'échange et la calandre, décrit dans le Brevet EP 0186592. Ces échangeurs forment de par leur conception même la calandre. On connaît également, par le brevet VICARB, l'empilage de plaques embouties tenues entre elles par les angles chantournés, soudées sur quatre montants constituant un parallélépipède dont le sommet et le fond sont soudés, et dont les quatre côtés sont amovibles. On connaît également une autre solution FERNANDEZ-KAPP FRANCE utilisant des plaques planes agencées avec des moyens évitant les effets de fond. Dans ces différents échangeurs à plaques soudées, il est nécessaire de les agencer avec des portes d'accès pour permettre un contrôle et un nettoyage interne de la surface d'échange, ce qui entraîne des difficultés d'entretien, et des risques de corrosion du fait de l'existence de nombreuses zones de rétention à l'endroit des soudures et des angles non accessibles. Par ailleurs, de par leur conception sans calandre, leur surface d'échange est soumise à des 2 2780493 efforts et des contraintes élevées qui à terme réduisent la durée de vie de l'appareil. L'objet de l'invention vise la conception d'un échangeur de chaleur à plaques soudées, assurant la fonction de condenseur. Les plaques ou faisceau sont agencés de manière à permettre: a) Une haute efficacité thermique, particulièrement en fonctionnement " condensation diphasique ">. b) De recevoir simultanément plusieurs fluides de refroidissement à des niveaux thermiques différents, sans interaction entre eux (exemple: le gel...). c) De supprimer les contraintes dues aux dilatations différentielles que supportent les plaques constituant le faisceau bridé, par le fait d'une conception flottante du faisceau " type tube en U >>. d) Par le fait d'un démontage aisé du faisceau, d'accéder à la totalité de la surface d'échange pour assurer l'entretien de celle-ci et de contrôler visuellement toutes les parties soudées... e) De réduire au maximum les zones de rétention de produit, côté condensation. Ces buts et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Selon une première caractéristique, l'échangeur de chaleur est remarquable en ce qu'il comprend une structure à plaques parallèles de configuration parallélépipédique, ladite structure étant intégrée et montée flottante à 3 2780493 l'intérieur d'une virole cylindrique, ladite structure à plaques étant aménagée avec une pluralité de plaques planes longitudinales verticales disposées entre des plaques transversales de part et d'autre, profilées, agencées avec boîtes et dimensionnées pour définir au moins deux passes à l'intérieur de cette virole. Le faisceau est agencé pour recevoir un ou plusieurs fluides de refroidissement, et fixé à une bride montée démontable et susceptible de venir se positionner par rapport à la structure à plaques. Selon une autre caractéristique, l'échangeur est remarquable en ce que la structure à plaques est agencée en définissant deux passes de circulation de la vapeur en vue de sa condensation et évacuation, dans une virole cylindrique. Selon une autre caractéristique, l'échangeur est remarquable en ce que la structure à plaques est agencée en définissant trois passes de circulation de la vapeur en vue de sa condensation et évacuation, dans une virole cylindrique. Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative aux figures des dessins o: * La figure 1 est une vue d'un échangeur de chaleur assurant la fonction de condenseur avec une structure à plaques comprenant trois passes dans une première mise en oeuvre et en vue de côté, et selon une coupe longitudinale A-A de la figure 2. * La figure 2 est une vue de l'échangeur en coupe transversale, selon la ligne C-C de la figure 1. * La figure 3 est une vue de l'échangeur en coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 2. * La figure 4 est une vue de l'échangeur en coupe transversale selon la ligne D-D de la figure 3. 4 2780493 * La figure 5 est une vue à caractère schématique illustrant la structure à plaques à trois passes, prise en elle-même. * La figure 6 est une vue en variante d'un échangeur de chaleur assurant la fonction de condenseur avec une structure à plaques comprenant deux passes selon la coupe transversale A-A de la figure 7. * La figure 7 est une vue de l'échangeur de côté selon la figure 6. * La figure 8 est une vue de l'échangeur en coupe selon la ligne B-B de la figure 7. * La figure 9 est une vue à caractère schématique illustrant la structure à 1 0 plaques à deux passes, prise en elle-même. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. L'échangeur de chaleur assurant la fonction de condenseur est référencé dans son ensemble par (E). Il comprend une structure parallélépipédique en tôles (S), intégrée dans une calandre composée: d'une virole (1), d'un fond bombé (4à, d'une tubulure d'entrée (5), d'une bride (6), d'un disque soudé (3). La structure (S) sera liée à la calandre (C) par l'intermédiaire du disque (3). Le faisceau (2) est assemblé à la bride (6'). La liaison faisceau calandre sera faite par l'ensemble des brides (6) et (6'). Les circuits de passage des fluides réfrigérants ne sont pas directement représentés, n'étant pas l'essence même de l'invention. L'homme de métier étant en mesure d'inclure l'objet de l'invention avec de telles dispositions connues en elles mêmes. Le faisceau (2) est constitué de chambres, 2780493 rectangulaires constituant la section de passage côté vapeur. Les chambres sont assemblées entre elles par une de leurs deux extrémités, et plus précisément du côté ouvert de ces dites chambres. Ainsi, on constitue un faisceau flottant ou chaque chambre peut recevoir le fluide de refroidissement, qui rentre et sort d'un même côté. Ledit faisceau est monté démontable et il est susceptible de venir se positionner par rapport à la structure parallélépipèdique (S) qui est fixe. Ladite structure parallélépipèdique est aménagée avec une pluralité de plaques planes longitudinales verticales disposées entre des plaques transversales de part et d'autre profilées, agencées avec boites et 1 0 dimensionnées pour définir au moins deux passes à l'intérieur des la virole. On décrit maintenant une mise en oeuvre particulière o la structure est aménagée avec trois passes. La structure (S) parallélépipédique, figure 5 pour le trois passes, est constituée par un ensemble de plaques planes verticales (7, 1 5 8, 9, 10) et horizontales (12, 13, 16, 19). Les plaques intérieures (7, 9, 12, 13) disposées dans le sens axial de l'échangeur, et soudées sur le disque (3) forment un caisson. Une ouverture (eO) pratiquée dans le disque (3) est définie extérieurement par ces quatre plaques (7, 9, 12, 13), et permet l'entrée de la vapeur dans la première partie du faisceau. On définit la première passe (P1) entre les plaques (7) et (9). Les plaques verticales (7) et (9) vont jusqu'au bout de la calandre et en servent le faisceau. Une ouverture (el) dans la plaque (13), bordée par les secteurs de tôles (20, 21) définit une zone de passage. Cette zone de collecte par laquelle les vapeurs non condensées par la première passe iront se condenser dans la passe suivante en entrant par l'ouverture (e2) dans la tôle (13). Les vapeurs entrant dans la passe (P2) circulent de l'arrière vers l'avant jusqu'au disque (3). Les chambres des passes (P2) et (P3) étant plus courtes 6 2780493 que celles de (Pi) l'espace (S2) subsistant entre ces chambres, le disque (3) et les tôles (8, 9, 12, 13, 16, 19) permet la communication entre les passes (P2) et (P3). On a ainsi défini trois passes (P1, P2, P3) entre respectivement les plaques (7) et (9), (9) et (10), (10) et (8). Une découpe dans la tôle de dessous (12) bordée par les tôles verticales (7, 9, 10) définit les espaces (el') et (e2') qui permettent l'évacuation des condensats des trois passes à l'aide d'une sortie (23) hors de l'échangeur. Par ailleurs, et selon une disposition importante de l'invention, la structure parallélépipèdique (S) composée de plaques planes ainsi constituée, présente dans sa partie supérieure une zone de collectage entre (P1) et (P2), définissant une boite curviligne bordée par des secteurs plats (20), (21) et le tôle cintrée (17). Ce premier collecteur entre les passes (P1) et (P2) qui définit les ouvertures (el) et (e2) présente une section de passage (S1). Pour relier la troisième passe (P3) à la tubulure de sortie (11) de manière étanche, évitant tout fuite interne, sur les secteur plats (20) et (21) existant, on juxtapose la tôle cintrée (22) qui définit une deuxième boite curviligne d'une section de passage (S3). Cette seconde boite superposée à la première est en communication avec un conduit d'aspiration (11) de la vapeur vers l'extérieur, ledit conduit étant agencé pour recevoir une pompe à vide ou équivalent. On se réfère maintenant aux figures 6 à 9 des dessins à une autre variante de la structure à deux passes. La structure deux passes est constituée par un ensemble de plaques planes verticales (30, 31, 32, 33) et horizontales (34, 35). Les plaques (30) et (33), ainsi que (31) et (32) définissent deux caissons. 7 2780493 Deux ouvertures (eO) pratiquées dans le disque (3) permettent l'entrée de la vapeur dans ces deux caissons réalisant ainsi la première passe (P1) d'avant en arrière. Les plaques (30, 31, 32, 33) s'arrêtent avant l'extrémité des chambres du faisceau (2) côté boite, de cette manière la vapeur non condensée dans la première passe, pénètre par la haut de (el) vers (e2) dans le deuxième caisson, voir section de passage (Si) dans la figure 6. Ce deuxième caisson est constitué par les tôles verticales (32), (33) et horizontales (34), (35), il constitue la deuxième passe du condenseur o la vapeur venant de la première passe circule de l'arrière vers l'avant en se condensant. Dans la partie basse, la tôle (34) s'arrête un peu plus loin que les tôles (30, 31, 32, 33, 35), mais avant la boite du faisceau. Elles forment une gouttière pour les condensats des deux passes, qui s'écoulent par (e') ou (S') figures 6 et 9. Une sortie (39) permet l'évacuation des condensats. Dans la partie avant de la deuxième passe, une boite curviligne définie par le disque (3), le secteur de tôle (36), la tôle cintrée (37) surmonte l'espace (e3) figure 9. Cette boite de section (S2) collecte la deuxième passe vers la tubulure de sortie (38). Les avantages ressortent bien de l'invention et on se réfèere en particulier à ceux énoncés relatifs à l'objet de l'invention. 8 2780493 REVENDICATIONS -1- Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une structure à plaques (2) parallèles de configuration parallélépipédique, ladite structure étant intégrée et montée flottante à l'intérieur d'une virole cylindrique, et en ce que ladite structure à plaques est aménagée avec une pluralité de plaques planes (7, 8, 9, 10) (30, 31, 32, 33) longitudinales verticales disposées entre des plaques transversales (12, 13) (34, 35) de part et d'autre, profilées agencées avec boites 1 0 dimensionnées pour définir au moins deux passes à l'intérieur de la virole. -2- Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure à plaques (30, 31, 32, 33) est agencée en définissant deux passes (P4, P5) de circulation de la vapeur en vue de sa condensation et évacuation, dans une virole cylindrique. -3- Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure à plaques (7, 8, 9, 10) est agencée en définissant trois passes (P1, P2, P3) de circulation de la vapeur en vue de sa condensation et évacuation, dans une virole cylindrique. -4- Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure parallélépipédique est aménagée avec trois passes, et constituée par un ensemble de plaques planes verticales (7, 8, 9, 10) et horizontales (12, 13, 16, 19), les plaques intérieures (7, 9, 12, 13) étant disposées dans le sens axial de l'échangeur, et soudées sur le disque (3) forment un caisson, et en ce qu'une ouverture (eO) est pratiquée dans le disque (3) et définie extérieurement par ces quatre plaques (7, 9, 12, 13), et permet l'entrée de la vapeur dans la première partie du faisceau, en définissant la première passe (Pi) entre les plaques (7) et (9), lesdites (7) et (9) allant jusqu'au bout de la calandre. 9 2780493 -5- Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une ouverture (el) dans la plaque (13), bordée par les secteurs de tôles (20, 21) définit une zone de passage et de collecte par laquelle les vapeurs non condensées par la première passe iront se condenser dans la passe suivante en entrant par une ouverture (e2) dans la tôle (13). -6- Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les vapeurs entrant dans la passe (P2) circulent de l'arrière vers l'avant jusqu'au disque (3), et en ce que les chambres des passes (P2) et (P3) sont plus courtes que celles de (P1) l'espace (S2) subsistant entre ces chambres, le disque (3) et les tôles (8, 9, 12, 13, 16, 19) permettant la communication entre les passes (P2) et (P3). -7- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6, caractérisé en ce que les trois passes (P1, P2, P3) sont définies entre respectivement les plaques (7) et (9), (9) et (10), (10) et (8), en ce qu'une découpe dans la tôle de dessous (12) bordée par les tôles verticales (7, 9, 10) définit les espaces (el') et (e2') qui permettent l'évacuation des condensats des trois passes à l'aide d'une sortie (23) hors de l'échangeur. -8- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la structure parallélépipèdique (S) composée de plaques planes ainsi constituée, présente dans sa partie supérieure une zone de collectage entre (P1) et (P2), définissant une boite curviligne bordée par des secteurs plats (20), (21) et le tôle cintrée (17), et en ce que le premier collecteur entre les passes (P1) et (P2) qui définit les ouvertures (el) et (e2) présente une section de passage (S1), et en ce que pour relier la troisième passe (P3) à la tubulure de sortie (11) de manière étanche, évitant tout fuite interne, sur les secteur plats (20) et (21) existant, on juxtapose la tôle cintrée (22) qui définit une deuxième boite curviligne d'une section de passage (S3), cette seconde boite superposée à la 2780493 première étant en communication avec un conduit d'aspiration (11) de la vapeur vers l'extérieur, ledit conduit étant agencé pour recevoir une pompe à vide ou équivalent. -9- Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure à deux passes est constituée par un ensemble de plaques planes verticales (30, 31, 32, 33) et horizontales (34, 35), les plaques (30) et (33), ainsi que (31) et (32) définissant deux caissons, et en ce que deux ouvertures (eO) pratiquées dans le disque (3) permettent l'entrée de la vapeur dans ces deux caissons réalisant ainsi la première passe (P1) d'avant en arrière, en ce que les plaques (30, 31, 32, 33) s'arrêtent avant l'extrémité des chambres du faisceau (2) côté boite, de sorte que la vapeur non condensée dans la première passe, pénètre par la haut de (el) vers (e2) dans le deuxième caisson, et en ce que ce deuxième caisson est constitué par les tôles verticales (32), (33) et horizontales (34), (35), en constituant la deuxième passe du condenseur o la vapeur venant de la première passe circule de l'arrière vers l'avant en se condensant. -10- Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans la partie basse, la tôle (34) s'arrête un peu plus loin que les tôles (30, 31, 32, 33, 35), mais avant la boite du faisceau, et en ce qu'elles forment une gouttière pour les condensats des deux passes, qui s'écoulent par (e') ou (S'), une sortie (39) permettant l'évacuation des condensats. -11- Echangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans la partie avant de la deuxième passe, une boite curviligne définie par le disque (3), le secteur de tôle (36), la tôle cintrée (37) surmonte l'espace (e3), cette boite de section (S2) collecte la deuxième passe vers la tubulure de sortie (38).