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Echangeur thermique.
L'invention concerne une nouvelle construction d'échangeurs thermiques tubulaires, particulièrement pour pressions relativement élevées, qui permet d'éviter les pertes de chaleur, de réaliser une meilleure transmission de chaleur et d'utiliser le faisceau tubulaire sur toute sa longueur pour l'échange thermique.
Jusqu'à présent il était d'usage de munir les échangeurs thermiques, avec ou sans possibilité de compensation de la différence de la dilatation thermique du faisceau tubulaire et de l'enveloppe, de tôles formant chicanes, disposées à une certaine distance - aussi faible que possible - de l'enveloppe et maintenues en place par des tubes d'ancrage ou par des boulons d'espacement ou entretoises, ou par soudure au faisceau tubulaire, ou d'une autre manière convenable.
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La figure I des dessins annexés représente une forme d'exécution de cette construction connue.
Ces types de construction présentent, surtout pour les échan- geurs travaillansous pression qui doivent être recuits après le soudage, le désavantage que la distance entre les chicanes et l'en- veloppe extérieure devient relativement grande, parce qu'on ne par- vient pas à donner aux enveloppes extérieures une forme parfaitement circulaire lorsqu'on ne les travaille pas intérieurement au tour. Par conséquent l'effet des chicanes, destinées à conduire le fluide,cou- lant autour des tubes, continuellement à travers le faisceau tubu- laire, devient pratiquement insuffisant, parce qu'une grande partie du courant gazeux s'écoule directement le long de la paroi extérieure des tubes.
Si l'on supprimait les chicanes, la distance entre les tubes extérieurs du faisceau tubulaire 'et la paroi extérieure de- viendrait encore plus grande, d'où il s'ensuivrait que le courant de fluide passerait pratiquement seulement entre la paroi du récipient et les tubes extérieurs et ne subirait presqu'aucun chauffage, voir figure II.
Or, si l'on donnait à l'une des deux ouvertures de 1'enveloppe servant au passage du fluide circulant autour des tubes, une telle grandeur qu'un homme puisse y passer, ou si l'on disposait un trou d'homme à la hauteur de l'une des ouvertures, il serait possible, après la mise en place de toutes les chicanes et la mise en place de quelques tubes, peu nombreux, pour le dressage des chicanes,de souder les chicanes à la distance prévue de l'enveloppe, à la condi- tion que l'échangeur thermique soit suffisamment grand, mais dans ce cas le faisceau tubulaire ne peut plus être exécuté sous une forme amovible,ce qui est le plus souvent très indésirable.
Suivant l'invention le faisceau tubulaire, qui est utilement amovible en soi et qui peut être exécuté avec ou sans chicanes, est entouré d'une enveloppe qui peut être en une ou plusieurs pié- ces, utilement en deux pièces, et qui entoure le faisceau tubulaire
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d'aussi près que possible et est reliée d'une manière étanche aux gaz à au moins une plaque à tubes.
Cette enveloppe présente, utilement aussi près que possible de la plaque à tubes, à laquelle elle est reliée de manière étanche aux gaz, une ouverture raccordée d'une manière étanche aux gaz, par exemple au moyen d'une tubulure, à une ouverture correspondante pré- vue dans une autre enveloppe qui entoure le faisceau tubulaire et l'enveloppe décrite en premier lieu..
La figure III représente une forme d'exécution de l'invention: les flèches indiquent le sens d'écoulement des deux fluides. Le fais- ceau tubulaire est amovible et l'enveloppe intérieure est reliée de manière fixe à la plaque à tubes supérieure. En bas il n'y a pas de liaison,de .sorte qu'il en résulte une ouverture annulaire par la- quelle l'un des fluides peut passer. A la partie supérieure est pré- vue le raccordément étanche aux gaz entre la chambre renfermant le faisceau tubulaire et l'ouverture de l'enveloppe extérieure. La pla- que à tubes inférieure est reliée de manière rigide à l'enveloppe extérieure ; par conséquent les différences' des dilatations thermiques sont supportées par le matériau constitutif même de l'échangeur.
La figure IV représente cet appareil avec dispositif compensa- teur des dilatations thermiques, tel que le faisceau tubulaire puisse se dilater librement vers le bas. Dans ce cas le raccordement de l'en- veloppe intérieure à la tubulure correspondante de l'enveloppe exté- rieure a également une construction mobile, comme il ressort claire- ment de la figure IV. A cet'effet on emploie utilement des tubes de raccordement qui présentent en coupe longitudinale une forme plissée, par exemple ondulée ou en zigzag, (par exemple des soufflets métalli- ques flexibles).
Suivant les formes d'exécution représentées dans les figures
III et IV le faisceau tubulaire U n'est pas utilisé sur toute sa lon- gueur, parce que pour le raccordement de l'enveloppe intérieure à la tubulure correspondante de l'enveloppe extérieure il faut disposer
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d'un certain plafond, ou hauteur de construction, c'est-à-dire, d'une certaine distance en dessous de la plaque à tubes supérieure.
Ce plafond devient particulièrement important lorsqu'on prévoit en- tre l'enveloppe intérieure et l'ouverture de l'enveloppe extérieure le raccordement mobile ou souple indiqué dans la figure 4. Or, cette perte de surface peut être évitée suivant une autre caractéristique de l'invention en entourant l'enveloppe intérieure, à son extrémité supérieure, d'un espace ou chambre annulaire s'étendant jusqu'au- dessous de l'ouverture supérieure de l'enveloppe extérieure et rac- cordé directement à l'ouverture de l'enveloppe extérieure, connue représenté sur la figure V (comparer sur cette dernière l'espace annulaire b).
Dans(cette disposition la paroi de l'espace ou de la chambre annulaire est reliée de manière étanche aux gaz à l'une des plaques à tubes, alors que l'enveloppe intérieure se trouve à ses deux extrémités à une faible distance des plaques à tubes; du fait le faisceau tubulaire est utilisé sur toute sa longueur à l'échange thermique.
Outre le raccordement unique avec l'extérieur de la partie su- périeure de la chambre du faisceau tubulaire on peut disposer encore d'autres raccordements de l'espèce. Dans la forme d'exécution suivant la figure V on a prévu à peu près au milieu encore un second raccor- dement de ce genre et ceci dans le but d'une addition d'un autre fluide ou du même fluide possédant une autre température et devant être introduit par conséquent à un endroit qui correspond à sa tem- pérature. A cet endroit on peut également disposer un espace ou une chambre annulaire comme celui décrit plus haut. Les raccordements en- tre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure peuvent être rigides, ou mieux encore élastiques; suivant la figure V les deux sont élastiques, afin de tenir compte des dilatations thermiques sous tous les rapports.
En effet, l'enveloppe intérieure se dilate longi- tudinalement autrement que l'enveloppe extérieure, et le faisceau tubulaire à son tour autrement que l'enveloppe intérieure. Or, avec
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la disposition représentée, sont compensées également les diffé- rences des dilatations diamétrales provenant de ce que l'enveloppe intérieure se dilate plus fortement que l'enveloppe extérieure froide.
Si l'on veut que les faisceaux tubulaires soient amovibles, les raccords ou liaisons entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure doivent aussi être facilement détachables ou démontables.
Ceci peut être réalisé par exemple de la manière représentée sur la figure VI. L'enveloppe intérieure c, ou la chambre collectrice qui l'entoure, est garnie d'un collet d muni d'un filet de vis facilement dévissable. Dans ce filet est vissé une tubulure rigide B de lon- gueur convenable, entourée par un tube f facilement mobile ou souple (un soufflet métallique flexible) qui est, d'une part, soudé près du filet de vis, en g, à la tubulure rigide e, et se termine, d'autre part, en une bride plate h. Par le vissage de la tubulure rigide avec la pièce tubulaire souple ou mobile qui y est fixée, une ron- delle d'étanchéité n est serrée au fond du filet pour empêcher une fuite de gaz ou de liquide vers l'extérieur, ou inversement.
Le serrage étanche de la bride plate h du tube mobile entre la bride i de la tubulure s de l'enveloppe extérieure et la bride m de la tuyauterie k y raccordée, empêche d'autre part, les fuites hors de l'espace se trouvant à l'extérieur de l'enveloppe intérieure, respectivement à l'extérieur de l'espace ou de la chambre annulaire, vers l'extérieur et partant simultanément les fuites vers l'inté- rieur de la tubulure.
Le cdlet intérieurement fileté d fixé à l'enveloppe inté- rieure c, ou à l'enveloppe de la chambre annulaire, peut être' exécuté au:Si en deux pièces, ce qui est nécessaire dans le cas où l'espace entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure doit être aussi étroit que possible.
Le raccordement à vis peut aussi être remplace par une autre fermeture ou un autre raccordement, par exemple à baïonnette, ou
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genre boite à bourrage, ou par un autre raccordement facilement détachable. Cependant, comparativement au raccordement à vis re- présenté, ceux à boîte à bourrage par exemple ont le désavantage d'être moins élastiques, et de ne pas être étanches lorsqu'on veut les rendre un peu plus mobiles ou plus souples en les serrant moins fort.
Le nouvel échangeur thermique peut servir aux buts les plus différents, par exemple à la récupération ou à l'évacuation de la chaleur sensible, par exemple de la chaleur de réaction dans les processus chimiques, ou à la récupération ou l'évacuation du froid sensible, par la cession de cette chaleur ou de ce froid à un autre fluide ou milieu, par exemple dans le but d'un accroissement ou d'une diminution de la température de ce fluide ou milieu.
REVENDICATIONS.
1. Echangeur thermique, particulièrement pour pressions relativement élevées, utilement avec faisceau tubulaire amovible, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire est entouré par deux enveloppes, dont l'enveloppe intérieure entoure le faisceau tubu- laire à une distance aussi faible que possible et possède une ou- verture qui est raccordée à une ouverture correspondante dans l'en- veloppe extérieure.