Brevet FR3132567A1 — publié le 20230811

Echangeur thermique (1) à faisceau de tubes comprenant : une calandre (2) qui définit un volume intérieur (3) ; un faisceau de tubes s’étendant dans le volume intérieur selon un premier axe (O1), la calandre (2) comprenant : un port d’entrée (4) d’un fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement pénètre le volume intérieur selon un deuxième axe (O2), un port de sortie (7) du fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement quitte le volume intérieur selon un troisième axe, le premier axe (O1) et le deuxième axe (O2) et/ou le premier axe (O1) et le troisième axe (O3) sont non coplanaires. FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 1] Echangeur thermique à compacité améliorée DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des échangeurs thermiques, et plus particulièrement le domaine des échangeurs thermiques à faisceau de tubes. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Classiquement, un échangeur thermique à faisceau de tubes comprend une calandre qui définit un volume intérieur à l’intérieur duquel un faisceau de tubes s’étend selon une première direction longitudinale. Un fluide à refroidir circule dans les tubes du faisceau selon un premier sens de la première direction. La calandre comprend un port d’entrée d’un fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement pénètre le volume intérieur selon un deuxième sens d’une deuxième direction et un port de sortie du fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement quitte le volume intérieur selon un troisième sens d’une troisième direction. Les échangeurs thermique réalisés selon les standards TEMA pour « Tubular Exchanger Manufacturers Association » définissent que la deuxième direction et la troisième direction sont situées dans un même plan et que le deuxième sens et le troisième sens sont identiques ou opposés. Lorsqu’un refroidissement important est souhaité, par exemple dans des applications à un cycle cryogénique, il est fréquent de connecter en parallèle plusieurs échangeurs thermiques, c’est-à-dire que le débit de fluide de refroidissement fourni est partagé entre les différents échangeurs. Ceci requiert la mise en œuvre d’un volume important de tuyauteries de distribution du fluide de refroidissement entre les différents échangeurs et donc un encombrement important du dispositif de refroidissement ainsi constitué. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de réduire l’encombrement d’un dispositif de refroidissement comprenant plusieurs échangeurs thermiques à faisceaux de tubes. A cet effet, on prévoit un échangeur thermique à faisceau de tubes comprenant une calandre qui définit un volume intérieur et un faisceau de tubes ayant un premier axe s’étendant dans le volume intérieur selon une première direction. La calandre comprend un port d’entrée d’un fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement pénètre le volume intérieur selon un deuxième axe disposé selon une deuxième direction et un port de sortie du fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement quitte le volume intérieur selon un troisième axe disposé selon une troisième direction. Selon l’invention, le premier axe et le deuxième axe sont non coplanaires et/ou le premier axe et le troisième axe sont non coplanaires. Une telle configuration facilite la liaison fluidique d’échangeurs et améliore la compacité d’un dispositif de refroidissement comprenant un tel échangeur. Avantageusement, la deuxième direction et/ou la troisième direction sont sensiblement orthogonales à la première direction. Avantageusement encore, le deuxième axe et un premier plan comprenant le premier axe et parallèle à la deuxième direction sont séparés d’une première distance comprise entre dix pourcents et quarante pourcents du diamètre de la calandre, et de préférence entre vingt pourcents et trente pourcents. Par exemple, pour une calandre de diamètre cinq cent millimètres, cette distance est de préférence comprise entre cinquante millimètres et deux cent millimètres, par exemple cent-vingt-cinq millimètres. Selon un mode de réalisation préféré, la deuxième direction et la troisième direction forment un premier angle égal à quatre-vingt-dix degrés environ. Les turbulences et l’usure de l’échangeur sont réduites lorsque l’échangeur est de type No Tube In Window (à absence de tube dans la zone de collection et/ou de distribution de fluide), et dans lequel le faisceau de tubes comprend une première rangée de tubes délimitant, avec une face intérieure de la calandre, une portion libre du volume intérieur qui est dépourvue de tube, la première rangée de tubes étant agencée de manière à ce qu’une première droite tangente à au moins deux tubes de la première rangée forme un deuxième angle avec la deuxième direction et/ou la troisième direction, le deuxième angle étant compris entre vingt et soixante-dix degrés, et préférentiellement égal à quarante-cinq degrés. L’invention concerne également un dispositif de refroidissement comprenant un premier échangeur thermique et un deuxième échangeur thermique reliés entre eux de manière à ce qu’un premier port de sortie du premier échangeur soit en lien fluidique avec un deuxième port d’entrée du deuxième échangeur, le premier échangeur et le deuxième échangeur étant du type précédemment exposé. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de refroidissement peut comprendre un troisième échangeur thermique à faisceau de tubes comprenant un troisième port d’entrée relié fluidiquement au premier port de sortie et un troisième port de sortie relié fluidiquement au deuxième port d’entrée. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une représentation schématique en perspective d’un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique en coupe selon un plan II-II de l’échangeur de la ; la est une représentation schématique en coupe selon un plan III-III de l’échangeur de la ; la est une représentation schématique en vue de face l’échangeur de la ; la est une représentation schématique en perspective d’un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique en coupe selon un plan VI-VI de l’échangeur de la ; la est une représentation schématique en perspective d’un troisième mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique en perspective d’un quatrième mode de réalisation de l’invention. Echangeur thermique (1, 101) à faisceau (20) de tubes (21) comprenant : une calandre (2, 102) qui définit un volume intérieur (3) ; un faisceau (20) de tubes (21) s’étendant dans le volume intérieur (3) selon un premier axe (O1), la calandre (2) comprenant : un port d’entrée (4, 104) d’un fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement pénètre le volume intérieur (3) selon un deuxième axe(O2), un port de sortie (7, 107) du fluide de refroidissement agencé de manière à ce que le fluide de refroidissement quitte le volume intérieur (2) selon un troisième axe (O3), caractérisé en ce que le premier axe(O1) et le deuxième axe (O2) sont non coplanaires et/ou le premier axe (O1) et le troisième axe (O3) sont non coplanaires. Echangeur thermique (1, 101) selon la revendication 1, dans lequel le deuxième axe (O2) et/ou le troisième axe (O3) sont sensiblement orthogona au premier axe(O1). Echangeur thermique (1, 101) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième axe (O2) et un premier plan (P1) comprenant le premier axe (O1) et parallèle au deuxième axe (O2) sont séparés d’une première distance (d1) comprise entre dix pourcents et quarante pourcents d’un diamètre de la calandre, préférentiellement vingt pourcents et trente pourcents. Echangeur thermique (1, 101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième axe (O2) et le troisième axe (O3) forment un premier angle (α) égal à quatre-vingt-dix degrés environ. Echangeur thermique (1, 101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur thermique (1, 101) est de type No Tube In Window, et dans lequel le faisceau (20) de tubes (21) comprend une première rangée (22, 23) de tubes délimitant, avec une face intérieure (14) de la calandre (2), une portion libre (12, 13) du volume intérieur (3) qui est dépourvue de tube (21), la première rangée (22, 23) de tubes étant agencée de manière à ce qu’une première droite (D1) tangente à au moins deux tubes (21) de la première rangée (22) forme un deuxième angle (β) avec la deuxième direction (O2) et/ou la troisième direction (O3), le deuxième angle (β) étant compris entre vingt degrés et soixante-dix degrés, et préférentiellement égal à quarante-cinq degrés. Dispositif de refroidissement (50) comprenant un premier échangeur thermique (1) et un deuxième échangeur thermique (101) reliés entre eux de manière à ce qu’un premier port de sortie (7) du premier échangeur (1) soit en lien fluidique avec un deuxième port d’entrée (104) du deuxième échangeur (101), le premier échangeur (1) et le deuxième échangeur (101) étant conformes à l’une quelconque des revendications précédentes. Dispositif de refroidissement (50) selon la revendication 6, comprenant un troisième échangeur thermique (201) à faisceau de tubes comprenant un troisième port d’entrée (204, 304) relié fluidiquement au premier port de sortie (7) et un troisième port de sortie (207, 307) relié fluidiquement au deuxième port d’entrée (104, 404).