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G. ILUNE, résidant à PARIS.
APPAREIL ECHANGEUR-VAPORISEUR.
La présente invention est relative à un appareil échangeur-va- poriseur, c'est-à-dire à un appareil destiné à produire de la vapeur d'eau, ou d'un autre liquide, au moyen d'un fluide chauffant (fluide intermédiai- re) arrivant d'un générateur quelconque de chaleur.
L'invention a pour objet la réalisation d'un appareil échangeur- vaporiseur caractérisé par le fait que le fluide à vaporiser (eau ordinai- rement) se déplace, à l'intérieur de l'appareil, à une grande vitesse le long de tubes (ou en les croisant) dans lesquels circule le fluide intermé- diaire (fluide chauffant), et ceci sans qu'aucune force extérieure ou oné- reuse soit nécessaire pour engendrer ce déplacement du fluide à vaporiser.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un appareil échan- geur-vaporiseur dans lequel l'échange de chaleur entre le fluide chauffant et le fluide à vaporiser est d'une régularité absolue, cet appareil permet- tant d'obtenir de la vapeur sèche à haute pression, avec le débit variable instantanément.
Un autre objet de l'invention est encore la réalisation d'un appareil échangeur-vaporiseur dont tous les éléments extérieurs peuvent être démontés afin de mettre à nu les tubes de circulation du fluide chauf- fant en vue de leur nettoyage, leur réparation, etc.
L'appareil échangeur-vaporiseur selon l'invention, qui est du genre de ceux dans lesquels le fluide à vaporiser et le fluide chauffant se déplacent en contre-courant, est caractérisé en ce que la vaporisation du fluide à vaporiser commence à la partie basse d'un faisceau tubulaire ver- tical dans lequel circule le fluide chauffant de façon que les bulles de va- peur produites sur les parois extérieures de ces tubes se décollent de ces
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parois et remontent, provoquant par entraînement un mouvement ascendant du fluide à vaporiser le long des parois des tubes dudit faisceau.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: la fige 1 est une vue schématique en élévation, partie en cou- pe, illustrant le principe du fonctionnement de l'échangeur-vaporiseur. la figo 2 est une vue en coupe suivant II-II de la fige 1. la fige 3 est une vue en élévation coupe illustrant une forme de réalisation de l'échangeur-vaporiseur. la fige 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la fige 3.
Sur les fige 1 et 2, désigne le corps principal de l'appa- reil qui est constitué par un tube cylindrique vertical obturé, à chacune de ses extrémités supérieure et inférieure par une bride pleine. A l'inté- rieur de ce corps est monté un faisceau tubulaire constitué par des tubes a paroi mince maintenus, à leur extrémité supérieure, par deux collecteurs e et f, à leur extrémité inférieure, par un collecteur g. Si, à leur extré- mité inférieure, tous les tubes du faisceau tubulaire débouchent dans le collecteur ± par contre, à leur extrémité supérieure, certains de ces tu- bes , tels que h, débouchent dans le collecteur ,e, tandis que les autres tubes tels que!, débouchent dans le collecteur f.
Dans le collecteur débouche un tube b pour l'admission du fluide chauffant dans l'appareil, ce fluide chauffant étant distribué par le collecteur e aux tubes h, de façon que ce fluide chauffant descende jus- qu'au collecteur pour remonter par les tubes i jusqu'au collecteur f d'où il est évacuépar le tube de sortie c.
En ce qui concerne le fluide à vaporiser (de l'eau par exemple), il arrive par un tube p, provenant d'un collecteur général d'alimentation z, ledit fluide descendant dans le corps principal dans l'espace annulai- re y délimité par ledit corps tubulaire et une cloison intermédiaire cy- lindrique q.
A son extrémité inférieure la cloison intermédiaire q est per- cée d'orifices r par lesquels le fluide à vaporiser descendant dans l'espa- ce annulaire v peut passer, pour remonter dans les intervalles w séparant les tubes h et 1 du faisceau tubulaire jusqu'au niveau constant, le niveau de séparation de la vapeur du fluide liquide à vaporiser se trouvant entre les tubes o reliés aux collecteurs généraux ± du niveau comportant un con- trôleur de ce niveau.
Avec la disposition indiquée, la formation des bulles de vapeur commence dans la partie inférieure des tubes h et.!. du faisceau tubulaire, ces bulles,en remontant vers le haut, entraînent le fluide à vaporiser.
Les dites bulles créent ainsi une circulation intense du fluide à vaporiser qui, dans sa phase liquide, sort par les ouvertures ± mettant en communica- tion les espaces w et v, descend dans l'espace annulaire v, passe par les ouvertures 1:. et remonte par les intervalles ± existant entre les tubes h et 1. du faisceau tubulaire. Il en résulte une augmentation considérable du coefficient de transmission calorifique entre le fluide chauffant et le fluide à vaporiser, ce qui se traduit par une amélioration du rendement de l'appareil.
La vapeur produite se sépare du fluide à vaporiser à la surface du niveau de ce fluide et remonte, en se séchant, le long des tubes chauds h et .!. jusqu'aux ouvertures n, pour passer dans la partie supérieure de l'espace annulaire.1: et venir traverser la paroi d'un filtre thermique k, dont la paroi est percée de petits trous m. Ce filtre thermique qui est constitué, par exemple, par un cylindre en métal épais, est soudé au collec- teur e qui est maintenu à une température plus haute que celle de la vapeur
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produite.
Les trous de petit diamètre ja constituent ainsi un véritable échangeur de chaleur, puisque le corps du filtre se trouve réchauffé à une plus grande température que la vapeur le traversant, et parce que le diamè- tre des trous m, par lesquels passe cette vapeur, est petit par rapport à l'épaisseur du métal du corps dudit filtre.
La vapeur sèche produite par l'appareil sort de celui-ci par un tube d plongeant à l'intérieur du filtre k et aboutissant à un collec- teur x.
Il est à remarquer que le faisceau tubulaire peut être fixé à demeure par rapport à la bride obturant l'extrémité supérieure du corps a, et qu'il peut être fixé à la bride inférieure par l'intermédiaire du tube de vidange du fluide chauffant, comportant un dispositif de dilatation ap- proprié. Dans le cas où le mode de fixation qui vient d'être indiqué est utilisé, l'étanchéité peut être assurée par un taraudage dans la bride et un filetage sur le tube, des joints et des écrous de blocage. Une purge- vidange, telle que u pouvant être ménagée dans la partie inférieure de l'ap- pareil.
Le principe du fonctionnement de l'échangeur-vaporiseur ressor- tant de la description qui précède, on trouvera ci-après la description d'une forme de réalisation pratique dudit échangeur-vaporiseur.
Selon l'exemple d'exécution représenté sur les fig. 3 et 4, l'é- changeur-vaporiseur comporte un tube central 1 vertical pour l'admission du fluide chauffant venant du générateur de chaleur, ce tube étant muni, à son extrémité d'entrée, d'un organe de raccordement tel qu'une bride 2 et
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obturé, son autre extrémité, par un fond.1 qui, bien qu'étant représenté obturé, son autre extrémité, par fond ± qui, bien qu'étant représenté comme étant bombé, pourrait être également réalisé sous une forme plate.
A l'intérieur de ce tube 1 sont montés plusieurs tubes à qui, à leur ex- trémité supérieure traversent le fond 3. auquel ils sont fixés à demeure et qui, à leur extrémité inférieure, traversent la paroi du tube 1 à laquelle ils sont fixés à demeure et débouchent dans une chambre de départ ± pour-
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vue d'une bride de raccordement ¯b. Du côté de leur extrémité inférieure, c'est-à-dire du côté de leur extrémité traversant la paroi du tube 1, les tubes sont coudés, comme indiqué en 7, pour former des dispositifs de di- latation.
Dans sa partie supérieure, le tube 1 est percé d'ouvertures $ auxquelles sont raccordés des tubes.2 venant déboucher, après avoir traver-
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sé une plaque-rondelle IDa dans une chambre "".1, dont la paroi est percée d'ouvertures 12 raccordées, par les collecteurs 13 au tuyau de retour 14 du fluide chauffant au générateur de chaleur.
La chambre 11 précitée est constituée par l'espace compris en-
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tre la plaque-rondelle 1Q., dans laquelle les extrémités inférieures des tu- bes , sont fixées par un moyen connu mais parfaitement étanche, et une pla- que démontable 15 boulonnée sur le rebord 16 d'une virole ;.7,,,rapportée sur une bride inférieure 1,8 reliée par des boulons à une bride supérieure solidaire d'une cloche 20 les deux brides J,8 et 12 maintenant entre el- les la plaque-rondelle 10. Il est à remarquer que la plaque démontable 1 est également boulonnée sur un rebord 21 solidaire d'une virole 22 entou- rant le tube ; sur lequel elle est soudée et qu'elle renforce à cet endroit.
Sur la cloche 20 sont prévues une prise de pression 23 et deux
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prises de niveau d'eau 2.. D'autres ouvertures pour la réception de divers appareils de contrôle peuvent également être prévues dans cette cloche.
Le fluide à vaporiser pénètre par un conduit 2 muni, à son ex- trémité d'entrée, d'un dispositif de raccordement 26. ce conduit ZZ passant à l'intérieur du tube 1 et débouchant, à l'extérieur de ce tube, immédia- tement au-dessus de la plaque-rondelle 1Q.. Ce conduit 2 débouche à l'in- térieur d'une cloche mobile 7o entourant les tubes .2 et d'une hauteur tel-
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le que., lorsqu'elle repose, par les bossages ou analogues 28. sur le couver- cle du tube 1 . elle laisse subsister,au-dessus de la plaque-rondelle 10,
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un espace 22 mettant en communication l'intérieur de la cloche Z:
1 avec l'es- pace annulaire 1 existant entre la cloche fixe 20 et ladite cloche mobile 2' Il y a lieu de remarquer, toutefois qu'en regard de l'ouverture de sor- tie du conduit 25,la cloche 27 présente une chicane 2 pour éviter une con- tre-pression créée par l'arrivée du fluide à vaporiser débité par ledit con-
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duit o A son extrémité supérieure, la cloche 7 est percée de trous d'égalisation de la pression de la vapeur sous les deux cloches 20 et 27.
L'intérieur de la cloche mobile 27 est, en outremis en commu-
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nication avec l'espace 31 par des trous 3l disposés juste au-dessous de la prise 24 la plus basse du niveau d'eau.
Pour le montage de l'appareil, la plaque-rondelle 10 peut com- porter des oreilles de fixation 35 faisant saillie par rapport aux brides
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18 et 12.
L'admission du fluide chauffant dans l'appareil se faisant par
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le tube 1 et celle du fluide (de l'eau) a vaporiser se faisant par le con- duit 25, le fonctionnement de l'appareil est le suivants
Le fluide chauffant monte dans le tube 19 sort de ce tube par
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les ouvertures 8 et est ramené par les tubes 2 dans la chambre I1y pour re- venir au générateur de chaleur en passant par les ouvertures 129 les collec- teurs 3. et le tuyau d'évacuation m
En ce qui concerne le fluide à vaporiser arrivant par le con- duit 25., il pénètre au-dessus de la plaque-rondelle 10. dans l'espace déli-
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mité par le tube 1 et la cloche mobile 2:
J., espace dans lequel sont logés les tubes ,9. Les bulles de la vapeur que forme le fluide à vaporiser en contact avec les tubes ± montent et entraînent ledit fluide vers le haut.. de façon que son niveau sous la cloche mobile 27 soit plus haut que sous la cloche extérieure 20. c'est à dire dans l'espace 31 délimité par ces deux cloches.
On crée ainsi une circulation du fluide à vaporiser qui se déplace vers le bas dans l'espace 31 et vers le haut dans la cloche 27. la circulation étant permise., d'une part grâce à la présence de l'espace 29
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et d'autre parts, grâce aux trous 3.. il est â remarquer que cette dispo- sition en augmentant la vitesse en contre-courant du fluide à vaporiser, a pour effet d'augmenter le coefficient d'échange thermique.
La vapeur séparée du fluide liquide à vaporiser au niveau su- périeur de ce fluide monte sous la cloche 27 en restant en contact avec le tube IL et les tubes plus chauds que cette vapeur ; redescend à travers les tubes entourés par un fluide chauffant plus chaud que la va- peur produite., pour passer ensuite dans la chambre de départ .2. et être di- rigée vers le lieu de son utilisation.
Pour limiter le soulèvement de la cloche mobile 27, la cloche fixe est pourvue d'un bossage 36 formant butée.
11 va de soi que l'échangeur-vaporiseur n'a été décrit et re-
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présenté qu.9à titre purement explicatif nullement limitatif et que diver- ses modifications de détails pourraient être apportées à la forme de réalisation indiquée sans qu'on sorte pour cela du domaine de l'invention.
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