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PERFECTIONNEMENTS AVORTES AUX ECHANGEURS DE CHALEUR.
L'objet de la présente invention est d'augmenter le coeffi- cient total de transmission de la chaleur entre les fluides coulant, l'un à l'extérieur, l'autre à l'intérieur d'un faisceau tubulaire, notamment dans les échangeurs de type dit "tunnel".
Selon l'invention, des moyens appropriés sont mis en oeuvre, d'une part pour obliger le liquide extérieur à s'écouler pratiquement perpen- diculairement aux tubes, d'autre part pour supprimer les zones de tourbil- lonnement sur place de ce liquide, telles qu'elles se forment à la faveur des déflecteurs ou chicanes actuellement employées, d'autre part enfin pour que la vitesse du fluide à réchauffer croisse entre l'entrée de celui-ci dans l'échangeur et sa sortie.
Pour la description ci-dessous on a choisi l'exemple d'un ré- chauffeur-tunnel pour fuel oil, actionné par la vapeur se condenaant dans le faisceau.
Les figures schématiques représentent respectivement :la fi- gure 1 une coupe verticale médiane longitudinale, la figure 2 une coupe transversale selon AB, la figure 3 une coupe transversale selon CD, la fi- gure 4 une coupe transversale selon EF, la figure 5 une coupe transversale analogue d'une variante et la figure 6 montre à échelle réduite un tel ré- chauffeur monté à la partie inférieure d'un grand réservoir de stockage.
1 désigne l'enveloppe métallique cylindrique du réchauffeur, 2 les tubes du faisceau chauffant, 3 l'extrémité avant et 4 l'extrémité ar- rière du réchauffeur. L'entrée de la vapeur a lieu en 5, la sortie de l'eau condensée par 6, l'entrée dufuel froid par des orifices 7 aménagés dans 1' enveloppe 1 à sa partie inférieure, le long du réchauffeur. La sortie du fu-
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el chaud se fait par le tube 8. L'intérieur de l'extrémité bombée 3 est di- visée en deux par une plaque horizontale 9 qui est appuyée contre la plaque verticale 10, à laquelle sont fixées les têtes des tubes du faisceau qui la traversent. Au-dessus de la plaque 9 la vapeur pénètre dans ces tubes; au-dessous de ladite plaque l'eau condensée s'écoule des tubes.
L'extrémité bombée 4 est fixée par sa périphérie à celle d'une plaque perforée verti- cale 11 à travers les orifices de laquelle les extrémités flottantes des tubes 2 coulissent lors de leur dilatation par la chaleur. Ce dispositif de circulation de la vapeur et de l'eau condensée (ou tout autre actuelle- ment utilisé dans les réchauffeurs-tunnel) ne comporte aucune originalité et correspond à la technique usuelle.
Une cloison verticale 13.si (figure 5) disposé au voisinage de l'extrémité avant 3 de l'échangeur limite un espace dans lequel le fuel à réchauffer ne peut pénétrer qu'en se déversant par dessus le bord supérieur horizontal de ladite cloison. Comme la même pression règne sur toute la sur- face libre du fuel à l'intérieur du réchauffeur, au-delà de cette cloison 13, le fuel a en principe un mouvement vertical, normal aux tubes 2; toute- fois, si l'échangeur a une grande longueur, le mouvement du fuel peut avoir tendance à s'incliner,et, pour éviter cet inconvénient, il est préférable d'utiliser une cloison formant déversoir longitudinale, telle qu'il est dé- crit ci-dessous par exemple, en référence aux figures 1 à 4.
Une auge en tôle 12, en contact étanche à son extrémité arriè- re avec la plaque 11 et ouverte à son extrémité avant, à l'endroit de la coupe CD, forme collecteur du fuel pénétrant dans le réchauffeur par les ori- fices 7 et assure son écoulement longitudinal de l'arrière vers l'avant. Les bords de l'extrémité avant de l'auge 12 sont en contact étanche avec ceux d' une plaque verticale perforée 13, représentée en hachuré sur la figure 3, qui est traversée par les tubes du faisceau, et est elle-même à sa périphérie en contact étanche avec l'enveloppe 1, de manière à ne laisser de passage libre au fuel réchauffé qu'à travers une fenêtre dont la forme correspond à la section droite de l'auge.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant.
Le réchauffeur se trouvant fixé à l'intérieur et à la base d' un réservoir par une bride se trouvant à l'endroit de la coupe CD et le ré- servoir contenant du fuel dont le niveau dépasse les orifices 7, ce fuel pé- nètre par ces orifices dans le réchauffeur jusqu'à un niveau qui dépend de la hauteur du fuel dans le réservoir et de sa viscosité. Il comprime l'air dans la partie supérieure de l'enveloppe 1. Lors de la mise en marche par ad- mission de la vapeur dans le faisceau, puis par l'aspiration de la pompe de soutirage branchée sur le tube 8, on règle le niveau du fuel dans le réchauf- feur à l'aide d'une ventouse 13 qui permet de laisser de l'air s'échapper sous l'effet de la pression hydrostatique du fuel, ou de laisser de l'air entrer sous l'effet de l'aspiration de la pompe.
Une fois le régime établi, le niveau du fuel se stabilise au-dessous d'une région libre 14 dans l'espa- ce cylindrique délimité par les plaques 13 et 10 et peut être contrôlé à l' aide d'un niveau 16 ou d'un dispositif équivalent. Le fait que la dépression dans la zone 14 est la même sur toute la longueur du réchauffeur assure une aspiration égale de fuel à travers les orifices 7 indépendamment de leurs dis- tances respectives de la partie avant du réchauffeur . Le mouvement du fuel a donc lieu partout selon une direction sensiblement perpendiculaire aux tu- bes du faisceau. Le fuel s'écoule par gravité par dessus les bords horizon- taux de l'auge 12 et le long de celle-ci vers la chambre collectrice compri- se entre les plaques 13 et 10, et de là vers la sortie 8. Par construction, il n'y a pas de zones de tourbillonnement sur place.
D'autre part, la somme des sections des orifices 7 d'entrée étant un multiple de la section de sor- tie 8, et la section de passage entre, les tubes du faisceau, délimitée par la paroi 1 et les parois latérales de l'auge 12, allant en diminuant du bas vers le haut, le mouvement du fuel est accéléré à mesure de la hausse de sa
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température, c'est-à-dire de l'abaissement de sa viscosité.
Quel que soit le type de réchauffeur d'aspiration employé, in- térieur au réservoir, il est usuel de faciliter l'accès du fuel vers le réchauffeur par l'action d'un serpentin de préchauffage 17 placé sur le fond du réservoir (figure 6).
Dans le cadre de l'invention, on emploiera de préférence une plaque métallique horizontale 18 empêchant le fuel préchauffé de monter vers le haut et d'échapper ainsi à l'aspiration exercée par l'échangeur 19.
On remarque que l'invention, à part l'augmentation du coeffi- cient de transmission de la chaleur, présente encore l'avantage de rendre possible le réglageoptimum du rapport entre les débits de la vapeur et du fuel. En effet, si, pour un apport de calories donné, l'aspiration du fuel par la pompe est trop puissante, le niveau du fuel dans la zone 14 baissera et il y aura lieu d'augmenter le débit de la vapeur. Inversement, si l'ap- port de calories est trop puissant pour le débit d'aspiration de la pompe, ledit niveau montera et il y aura lieu de diminuer le débit de la vapeur (ou d'augmenter l'aspiration si la pompe est à débit variable).
Il est loisible d'utiliser l'échangeur selon l'invention com- me réfrigérant en faisant circuler dans le faisceau le fluide froid et dans l'enveloppe le liquide à refroidir. Il sera également loisible d'utiliser l'échangeur selon l'invention comme condenseur en faisant circuler la va- peur à condenser dans le faisceau et le liquide froid dans l'enveloppe.
Il va de soi que l'on pourrait ne pas conserver le libre espa- ce 14 sans pour cela sortir du cadre de l'invention, mais ce serait au dé- triment du rendement.
L'exemple d'application de l'invention choisi ci-dessus pour en faciliter la description n'est pas limitatif. D'autres applications sont possibles en faisant varier selon les convenances, la disposition des orifi- ces d'entrée du fluide à réchauffer ou à refroidir, la forme de l'enveloppe de l'échangeur, la forme et la disposition de la paroi déflectrice détermi- nant le trajet du fluide extérieur au faisceau vers une auge ou un caniveau, la disposition et les moyens de contrôle de la zone supérieure libre de li- quide, etc...
REVENDICATIONS.
1. Un échangeur de chaleur constitué par un cylindre horizon- tal dans lequel sont logés des tubes longitudinaux à travers lesquels circu- le l'un des fluides participant à l'échange de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte à sa partie inférieure des ouvertures réparties sur toute sa longueur pour la pénétration du deuxième fluide participant à l'échange de chaleur, une cloison séparant un espace dans lequel le second fluide ne peut pas pénétrer directement mais seulement en se déversant par dessus le bord supérieur horizontal de cette cloison, et un orifice à la partie infé- rieure de cet espace pour l'aspiration du second fluide.