Brevet FR2816043A1 — publié le 20020503

La présente invention concerne les moyens techniques mis en oeuvre pour améliorer la circulation d'un fluide d'échange de chaleur ou de matière dans une enceinte à l'intérieur de laquelle est déposée un élément vis-à-vis duquel l'échange doit intervenir. Le domaine technique concerné englobe donc les échangeurs du type à un seul fluide, ainsi que ceux mis en oeuvre pour établir un échange entre deux fluides différents, dont un au moins est avantageusement liquide et qui doivent impérativement circuler dans des circuits indépendants et étanches. Dans cette dernière application, notamment, les appareils proposés doivent, le plus souvent, répondre à des exigences de contraintes d'encombrement géométrique. Afin de conserver les caractéristiques du fluide qui circule dans un appareil d'encombrement réduit, des dispositifs de changement de passe (chicanes) sont installés pour permettre au fluide de parcourir le nombre d'aller et retour correspondant à la circulation dans un appareil non contraint. Un tel fluide circule dans l'espace qui est délimité entre l'enveloppe de l'appareil et l'élément interne que cette enveloppe entoure que l'élément interne soit constitué indifféremment par un corps indépendant qu'il convient de refroidir ou de réchauffer ou par un corps d'échange, par exemple du type à plaques, faisant structurellement parlant, partie intégrante de l'appareil et qui est parcouru par un second fluide notamment liquide. Dans un tel cas, le système de changement de passe se situe dans l'espace libre entre l'enveloppe et l'élément interne et comporte des chicanes qui induisent le changement de passe de circulation mais qui ont pour conséquence de faire naître des zones de stagnation responsables d'inconvénients, tels que corrosion, encrassement, dilatation différentielle. Le besoin se fait donc sentir de pouvoir contrôler la circulation du fluide dans l'intervalle, entre l'enveloppe et l'élément interne, en même temps que l'inversion de circulation du fluide dans le changement de passe. C'est justement l'objet de l'invention que de proposer une nouvelle structure d'échangeurs qui permette d'atteindre ces résultats en permettant de répondre aux besoins de changement de passe dans l'appareil et de circulation entre l'enveloppe et l'élément interne. Selon l'invention, le procédé d'échange de chaleur ou de matière, au sein d'un échangeur ou d'un réacteur chimique comprenant un élément devant être refroidi, réchauffé ou régulé en température et incorporé à une enveloppe ou calandre définissant, avec l'élément un circuit d'échange emprunté par un fluide, est caractérisé - en ce qu'on organise l'élément au sein de la calandre de manière à délimiter des étages séparés définissant des intervalles réservant tous un même sens de circulation entre une entrée et une sortie que chacun possède, - et en ce qu'on fait circuler ledit fluide en reliant : . l'entrée du premier intervalle à une tubulure d'admission audit fluide, 'la sortie de chaque intervalle avec l'entrée du suivant, 'et la sortie du dernier intervalle à une tubulure d'évacuation dudit fluide. L'invention a encore pour objet un échangeur ou un réacteur chimique dont la structure est caractérisée en ce que : - l'élément délimite des intervalles possédant des entrées et des sorties et autorisant tous une circulation du fluide dans le même sens, - le premier intervalle est relié par son entrée directement à une tubulure d'admission du fluide, - le dernier intervalle est relié par sa sortie directement à une tubulure d'évacuation dudit fluide - et les étages sont réunis à la calandre par des chicanes mettant en relation la sortie de chaque intervalle, hormis celle du dernier, avec l'entrée du suivant. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation, en partie arrachée, d'un échangeur conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale prise selon la ligne n-n de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe prise selon la ligne m-m de la fig. 1. La fig. 4 est une perspective partielle en partie arrachée montrant plus en détail une caractéristique constructive de l'échangeur. La fig. 5 est une perpective partielle mettant en évidence une caractéristique constructive de l'échangeur. La fig. 1 montre, à titre d'exemple, un échangeur, notamment de chaleur, conforme à l'invention. Un tel échangeur, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend un premier élément 2 qui peut être constitué par un produit fini qu'il convient de soumettre à un refroidissement ou à un réchauffement ou encore par un corps d'échange constitué par un faisceau définissant des chambres successives intercommunicantes. Dans un exemple d'application, le faisceau est avantageusement formé d'une pluralité de plaques doubles qui sont organisées pour délimiter des chambres successives 3, 31,...... 3n Chaque chambre 3 est constituée par l'association de deux plaques 4 et 5 préconformées et assemblées périmétriquement de façon étanche. Les différentes chambres, disposées en parallèle, sont en communication les unes avec les autres par des tubulures de raccordement 6 et 7. Dans l'exemple, le faisceau est, par ailleurs, raccordé, par l'une des chambres extrêmes, telles que la chambre 3, à deux tubulures 8 et 9, respectivement d'admission et de sortie d'un premier fluide, de préférence liquide, pour lequel le corps d'échange 2 constitue un premier circuit de circulation. L'élément 2 est incorporé à une enveloppe ou calandre 10 avec laquelle il délimite un corps d'échange 11. La calandre 10 peut être réalisée de plusieurs façons convenables et, par exemple, sous la forme d'une virole qui est raccordée à deux tubulures 12 et 13, respectivement, d'admission et d'évacuation d'un fluide chargé d'assurer un échange thermique avec l'élément 2 et dans le cas présent avec l'élément 2 avec le fluide traversant ou circulant à l'intérieur du corps 2. Dans l'exemple d'application, il est prévu d'organiser le faisceau 2 de telle manière que les paires de plaques 4 et 5 soient organisées en étages séparés délimitant entre eux à chaque fois un intervalle 15 possédant une section ouverte dite d'entrée 16 et une section ouverte dite de sortie 17. L'organisation en étages séparés est prévue aussi de telle manière que les intervalles 15 s'étendent parallèlement les uns aux autres et que les sections ouvertes 16 et 17 soient placées de la même façon pour établir une circulation possible dans chaque intervalle dans le même sens figuré par la flèche fi. Selon une autre disposition constructive, le premier intervalle 15, correspondant à celui qui peut être apprécié comme étant en relation avec la tubulure d'admission 12, est mis en relation par sa section de sortie avec la section d'entrée de l'intervalle suivant qui fait l'objet d'une même mise en relation avec l'intervalle encore suivant, une même disposition étant retenue jusqu'au dernier intervalle 15 dont la section ouverte de sortie 17 est en relation avec la tubulure 13. Cette organisation définit un circuit de circulation en chicanes ou en zigzag jusqu'au dernier intervalle 15 en obligeant le second fluide à traverser chaque intervalle dans le même sens. Pour atteindre un tel résultat, selon la structure de l'invention, les intervalles successifs 15 sont délimités entre les sections d'entrée et de sortie 16 et 17 par des parois 20 s'étendant entre les étages successifs et se situant à distance de la périphérie interne de la calandre 10. De cette manière, comme cela apparaît aux fig. 2 à 4, les parois 20 délimitent, à l'intérieur de la calandre, un ou des couloirs latéraux 21-qui sont occupés par des cloisons inclinées 22 reliant une chambre 3, au niveau de la section de sortie de l'intervalle 15 correspondant à la chambre 3 suivante, mais au niveau de la section d'entrée de l'intervalle que cette chambre délimite avec la précédente. Les cloisons 22 constituent des chicanes liées ou réunies de façon étanche à la paroi périphérique de la calandre 10 aux parois 20 de même qu'aux bords de chaque chambre 3. Comme cela ressort de la fig. 1, le second fluide emprunte la tubulure 12 dans le sens de la flèche f2 pour traverser le premier intervalle 15 et être conduit vers la section ouverte de sortie 17 au droit de laquelle il est infléchi par la calandre en deux sous-veines orientées vers les couloirs latéraux 21 qui conduisent ces sous-veines au droit de la section d'entrée de l'intervalle 15 suivant dans lequel elle se reconstituent sous la forme de la veine élémentaire initiale. Le fluide poursuit sa circulation de la même manière pour tous les étages successifs jusqu'au dernier intervalle 15 dont la section de sortie ouverte 17 établit une communication directe avec la tubulure d'évacuation 13. Comme cela apparaît à la fig. 1, l'obligation de parcourir chaque intervalle dans le même sens avec, entre deux intervalles, la division de la veine élémentaire en deux sous veines infléchies et circulant à contre-courant permet l'établissement d'une circulation homogène à l'intérieur du second corps d'échange 11 et favorisant la réduction sinon l'élimination des zones de moindre circulation qui sont préjudiciables à un rapport d'échange optimal entre le second fluide circulant dans le corps d'échange 11 et le premier fluide traversant le corps d'échange 2 par l'intermédiaire des différentes chambres successives 3, 31,.... 3n. Les fig. 1 à 4 montrent un exemple de réalisation faisant intervenir une virole ou calandre 10 de forme cylindrique et la présence de parois 20 en forme de secteur de parois cylindriques. La fig. 5 montre qu'il est possible d'adopter une architecture différente en ayant recours à des plaques 4 et 5 de forme rectangulaire, convenablement liées de façon étanche pour définir les étages ou chambres successives 3 et associées à des parois 20 planes de manière que le premier corps d'échange 2 ainsi constitué puisse être inséré à l'intérieur d'une calandre offrant une section polygonale complémentaire. Il doit être considéré que la représentation donnée par la fig. 1 est donnée à titre d'exemple pour ce qui concerne l'orientation conférée à l'échangeur. En effet, selon l'invention, il est indifférent que la circulation du premier fluide selon la flèche f s'établisse horizontalement ou verticalement. De même, dans une orientation du type de la fig. 1, il est envisageable de faire pénétrer le fluide dans la calandre 10 par la tubulure basse 13 et d'en assurer la sortie par la tubulure haute 12. Il doit être compris, au sens de l'invnetion, que l'échangeur 1 pourrait être un réacteur chimique. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Procédé d'échange au sein d'un échangeur ou réacteur chimique comprenant un élément devant être refroidi, réchauffé ou régulé en température ou être le siège d'une réaction chimique et incorporé à une enveloppe ou calandre définissant, avec l'élément, un circuit d'échange emprunté par un fluide, caractérisé : - en ce qu'on organise l'élément au sein de la calandre de manière à délimiter des étages séparés définissant des intervalles réservant tous un même sens de circulation entre une entrée et une sortie que chacun possède, - et en ce qu'on fait circuler ledit fluide en reliant : . l'entrée du premier intervalle à une tubulure d'admission audit fluide, . la sortie de chaque intervalle avec l'entrée du suivant, 'et la sortie du dernier intervalle à une tubulure d'évacuation dudit fluide. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait circuler le fluide sous la forme d'une veine dans chaque intervalle et en ce qu'on subdivise cette veine en deux sous veines latérales, entre la sortie de chaque intervalle et l'entrée du suivant, hormis pour ce qui concerne le dernier intervalle dont la sortie est reliée directement à la tubulure d'évacuation dudit second fluide. 3-Echangeur de chaleur ou réacteur chimique comprenant un élément à refroidir ou réchauffer, incorporé à une calandre (1) pour définir avec cette dernière des intervalles (15) délimitant un circuit de circulation pour un fluide d'échange, caractérisé en ce que : - l'élément délimite des intervalles (15) possédant des entrées (16) et des sorties (17) et autorisant tous une circulation du fluide dans le même sens, - le premier intervalle (15) est relié par son entrée directement à une tubulure (12) d'admission du fluide, - le dernier intervalle (15) est relié par sa sortie directement à une tubulure (13) d'évacuation dudit fluide - et les étages sont réunis à la calandre par des chicanes (22) mettant en relation la sortie de chaque intervalle, hormis celle du dernier, avec l'entrée du suivant. 4-Echangeur ou réacteur chimique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les intervalles (15) sont délimités entre les entrées et les sorties par des parois (20) reliant les étages et se situant à distance de la calandre (10) pour définir au moins un couloir (21) occupé par une cloison (22). 5-Echangeur ou réacteur chimique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parois (20) définissent entre la calandre et l'élément deux couloir latéraux (21). 6-Echangeur ou réacteur chimique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les chicanes sont constituées pour chaque étage, hormis le dernier, par au moins une cloison (22) qui est raccordée : e à la partie des étages, définissant la sortie (17) d'un intervalle (15), * à la partie des étages définissant l'entrée (16) de l'intervalle (15) suivant, * à la paroi (20) liant deux étages successifs, * et à la calandre (10).