BE483433A

BE483433A -

Info

Publication number: BE483433A
Authority: BE

Description

Procédé et appareils de transmission calcrifique par surface.

La présente invention a pour objet un procédé et des appareils de transmission calorifique par surface, cette transmission intervenant dans des opérations telles que: condensation, évaporation, absorption, résorption, dégazage, déphlegmation, réchauffage et refroidissement de liquides, gaz et vapeurs.

On sait que deux facteurs principaux influent essen- tiellement sur le prix des appareils de transmission calori- fique; d'une part, le coefficient de transmission, d'autre part, le volume de ces appareils. En effet, la surface offerte au pas- sage de la chaleur peut être d'autant plus réduite que le coef- ficient de transmission est plus grand, et l'enveloppe cylin- drique, souvent soumise à une pression doit avoir @ une épaisseur proportionnelle à son diamètse.

@

La présente invention a pour but d'assurer un prix rela- tivement bas des appareils de transmission calorifique, grâce à des coefficients de tr ansmission élevés et à des volumes ré- duits d'appareils.

On sait que le principal obstacle au passage de la cha- leur, entre un fluide en mouvement et la paroi qu'il longe, est la couche limite d'écoulement laminaire qui se produit dans le voisinage immédiat de la paroi et dont l'existence ressort des travaux de ces dernières années sur l'écoulement des flui- des. L'épaisseur de la couche limite laminaire est d'autant plus réduite que la perte de charge admise pour l'écoulement est plus élevée.

Le procédé et les appareils suivant l'invention ont pour but d'utiliser cette perte de charge de la façon la plus ef- ficiente en vue d'obtenir un coefficient de transmission calo- rifique élevé.

A cet effet, ce procédé est caractérisé en ce que la sur- face de transmission calorifique est réalisée sous forme d'une double paroi à l'intérieur de laquelle circule un fluide-A et sur les faces externes de laquelle un liquide B ruisselle ver- ticalement sous l'action de la pesanteur.

Les dessins ci-joints montrent à titre purement exemplatif comment l'invention peut être réalisée en pratique.

La figure 1 est une vue schématique montrant le principe sur lequel est basé le procédé.

La figure 2 est une vue en coupe d'un appareil permettant la réalisation du procédé.

La figure 2A est relative à une variante d'exécution.

Les figures 3,4 et 5 sont des vues de détail.

Comme le montre la figure 1, dans le procédé suivant l'in- vention, un premier fluide A s'écoule entre deux parois verti- cales a et b, qui jouent le rôle de surfaces de transmission calorifique. Le fluide A est donc en contact avec les faces 1 et 2 des parois. Un liquide B s'écoule verticalement suivant les ;

faces 3 et 4 des parois ; cet écoulement a la forme d'un film liquide qui ruisselle vers le bas sous l'action de la pesan- teur. Quelle que soit l'épaisseur du film liquide en ruisselle- ment sur les faces 3 et 4, la perte de charge de ce liquide, en écoulement permanent de régime, est toujours égale à un mètre de colonne de ce liquide par mètre de hauteur de paroi.

Cette perte de charge élevée permet de réduire à une valeur très mi- nime l'épaisseur de la couche limite laminaire correspondante.

D'autre part, la section de passage offerte au fluide A entre le; faces 1 et 2, est fonction de la distance entre ces faces. En réduisant cette distance dans la mesure voulue, on peut obte- nir une couche limite laminaire très mince le long des faces 1 et 2, et par le fait même, un bon coefficient de transmission calorifique entre le fluide A et le liquide B.

La figure 2 représente schématiquement et d'une manière non limitative un appareil de transmission calorifique suivant l'invention qui réalise, outre le principe exposé à la figure 1, un volume réduit.

Les parois a et b de la figure 1 sont réalisées sous for- me de tubes cylindriques verticaux coaxiaux, fixés à leurs ex- trémités, soit par mandrinage, soit par des bourrages, les tu- bes b l'étant dans des plaques de forme circulaire 5 et 5 1 et les tubes a dans des plaques 6-61 également de forme circulai- re. Ces plaques sont assemblées par des moyens connus à diffé- rents éléments de l'enveloppe extérieure 7 et à des couver- cles 71 et 72.

On forme ainsi, à l'intérieur de l'enveloppe 7, cinq chambres distinctes I, I', II, II' et III. Le fluide A est in- troduit dans une des chambres II ou II' par une tubulure 8 et évacué par une tubulure 81 raccordée à l'autre chambre.

Dans l'exemple représenté, l'introduction se fait dans la chambre II et la sortie de la chambre II', mais l'entrée pourrait évidemment avoir lieu par II' et la sortie par II.

Une partie du liquide B est introduite en I par une tu- bulure 9 et est reprise dans la chambre I' en 91. L'autre par- tie du liquide B est introduite par une tubulure 10 dans le haut de la chambre III et est reprise en bas de celle-ci par la tubu- lure II.

Dans la chambre III est prévu un organe de distribution du film de liquide B le long de la surface extérieure des tubes a. Cet organe consiste simplement en une plaque distributrice 12 (fig. 3), percée de trous circulaires 13 d'un diamètre légè- rement supérieur au diamètre extérieur des tubes a. La diffé- rence de ces diamètres est calculée d'une manière connue de fa- çon à assurer le débit voulu du liquide B le long des tubes a pour une hauteur motrice arbitraire de ce liquide.

La figure 4 représente le détail des organes de distri- bution du film de liquide B le long de la surface intérieure des tubes b. Ces organes consistent en tronçons de tubes 14 ren- flés (en 15) à leur extrémité inférieure et percés de trous cy- lindriques 16. Les axes de ces trous 16 sont inclinés suivant un angle approprié par rapport au plan horizontal de façon que la vitesse du liquide qui les par cour t ait une composante diri- gée vers le bas ; d'autre part, la surface cylindrique de ces trous est tangente à la surface intérieure des tubes 14. Le nom- bre et le diamètre des trous 16 sont déterminés de manière à assurer le débit voulu de liquide B, pour une hauteur motrice arbitraire de ce liquide.

Les gaz ou les vapeurs, pouvant être produits (ou absor- bés) au sein du liquide B, peuvent être évacués (ou introduits) par une ouverture 17 pratiquée, dans l'exemple représenté, dans la chambre I mais pouvant l'être aussi dans l'une des chambres I' ou III. On peut aussi prévoir plusieurs de ces ouver tures.

Ces gaz ou vapeurs circulent avec le liquide B suivant le parcours b, I', 11, extérieur de a.

18 est une cheminée prévue dans la plaque 12 afin d'équi- librer les pressions de vapeur au-dessus du liquide dans le haut de III et en-dessous de la plaque 12.

Ces vapeurs ou ces gaz peuvent aussi être introduits avec le liquide B dans la chambre III (fig. 2A) et/ou être évacuas de celle-ci avec le liquide B.

Dans ce cas, l'entièreté du liquide B pénètre en I et l'on prévoit des tubulures de communication 11-111 entre les chambres III et I et/ou les chambres III et I1.

Lorsque la transmission calorifique entre le fluide A et le liquide B n'est accompagnée d'aucun phénomène d'évaporation, de résorption, de condensation ou d'absorption du côté du li- quide B, les chambres I, I' et III peuvent être remplies d'un gaz, autant que possible insoluble dans le liquide B, et sous une pression appropriée. En particulier, lorsqu'on peut crain- dre des effets thermiques secondaires nuisibles telsque l'éva- poration du liquide B dans une partie des chambres I, I' ou III, suivie de recondensation dans une autre partie de ces chambres, on peut réduire sensiblement ces phénomènes nuisibles en main- tenant les chambres I, I' et III sous pression d'un gaz neutre et dense quelconque.

Lorsqu'un appareil suivant l'invention sert d'évaporateur, l'épaisseur du film de liquide B peut être renforcé sensible- ment par l'augmentation du débit de liquide B; de ce fait, la transmission calorifique peut être améliorée. Dans ce but, on fait recirculer un débit convenable de liquide B en reprenant celui-ci au bas de l'appareil et en le renvoyant vers les or- ganes de distribution. On fait donc en sorte que l'appareil soit alimenté par un débit pondéral de liquide supérieur au débit pondéral de vapeur produite. Cette recirculation nécessite l'in- tervention d'un appareil élévateur de liquide qui pourra être une pompe ou une trompe à jet de vapeur ou de liquide.

La trom- pe à jet de liquide sera normalement utilisée dans les machines frigorifiques ou pompes de chaleur dont l'évaporateur est réali- sé suivant l'invention, le liquide moteur étant le liquide sous pression venant du condenseur.

Claims

Revendications.

1/ Procédé de transmission calorifique par surface, carac- térisé en ce que la surface de transmission calorifique est réa- lisée sous forme d'une double paroi à l'intérieur de laquelle circule un fluide A et sur les faces externes de laquelle un liquide D ruisselle verticalement sous l'action de la pesanteur.

2/ Appareil de transmission calorifique pour la mise en pratique du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la double paroi est réalisée par des tubes verticaux coa- xiaux, disposés en double faisceau tubulaire.

3/ Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liquide de ruissellement B circule sur la face externe des tubes extérieurs et à l'intérieur des tubes centraux et le fluide A dans l'espace compris entre les deux tubes coa- xiaux.

4/ Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la distribution du liquide B le long de la surface cylindri- que externe des tubes verticaux extérieurs est effectuée par une plaque percée de trous circulaires d'un diamètre un peu su- périeur au diamètre extérieur des tubes, la différence des dia- mètres étant calculée d'une manière connue, de façon à assurer le débit voulu de liquide B le long des tubes extérieurs pour une hauteur motrice arbitraire de ce liquideo 5/ Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la distribution du liquide B le long de la surface cylin- drique interne des tubes intérieurs se fait par un tronçon de tube renflé à sa partie inférieure et pouvant être muni d'ori- fices de passage pour le liquide, par exemple de trous cylin- driques à section circulaire,

obliques par rapport à l'axe de ces tubes et tangents à la surface cylindrique interne de ces tubes. <Desc/Clms Page number 7>

6/ Appareil suivant les revendications 2,3 et 4, caracté- risé en ce que la plaque perforée distributrice du liquide de ruissellement se trouve dans une chambre centrale pouvant être en communication respectivement avec une chambre supérieure d'in- troduction de ce liquide et avec une chambre inférieure d'éva- cuation.

7/ Evaporateur construit et fonctionnant suivant les don- nées des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est ali- menté par uh débit pondéral de liquide supérieur au débit pon- déral de vapeur produite, et ence que la recirculation du débit excédentaire est assurée par une pompe, par une trompe à jet de vapeur ou de liquide ou par tout autre moyen.

8/ Evaporateur pour machine frigorifique ou pompe de cha- leur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'éléva- teur du liquide de recirculation est une trompe à jet de liquide dont le liquide moteur est le liquide sous pression venant du condenseur de la machine frigorifique ou de la pompe de chaleur.