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Dispositif distributeur du liquide d'échange thermique dans un échangeur de chaleur.
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et plus particulièrement un dispositif perfectionné pour distribuer un liquide d'échange de chaleur en goutte. lettes séparées sur des tubes d'échange de chaleur.
Les bute de l'invention sont principalement les .., suivants :
Réaliser un dispositif distributeur de liquide distribuant le liquide en gouttelettes étroitement espacées sur le tube d'échange de chaleur, de façon à établir une pellicule mince de liquide pratiquement sur toute la sur- face du tube ;
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Réaliser un dispositif distributeur de liquide distribuant pratiquement tout le liquide sous la forme de gouttelettes séparées, sans perte de liquide, par exemple par , une pulvérisation indésirable ou par des courants continus résultant de la pesanteur, également indésirables ;
Réaliser un dispositif distributeur de liquide com 'portant un mécanisme contenu dans le dispositif lui-même pour maintenir sur le liquide une pression réglée pendant sa distribution, de facon à assurer un écoulement régulier du liquide;
Réaliser un dispositif distributeur de liquide mouil- lant régulièrement toute la surface de chaque tube d'échange de chaleur ;
Réaliser un dispositif distributeur de liquide com- prenant des tubes.circulaires peu coûteux ;
Réaliser un dispositif distributeur de liquide ne nécessitant pas de mécanisme capillaires, tels que des rideaux, des écrans,, des mèches ou des éléments équivalente ;
Réaliser un dispositif distributeur de liquide à l'abri de l'engorgement et pouvant fonctionner pendant une durée de service relativement longue.
D'autres buts encore de l'invention ressortiront de l'exemple décrit ci-après en se référant au dessin annexé, sur lequel :
Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur réalisé suivant un mode de mise en oeuvre de l'in-' vention,
Fiog. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la
Fig. 1
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Fig est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1,
Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig 3 et
Fig. 5 est une.vue en plan de la partie représentée sur la Fig. 4.
Avant la description détaillée de l'invention, il doit être précisé que l'invention n'est pas limitée aux détails de construotion et d'arrangement représentés sur les figures, et qu'elle peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes. De même, il doit être entendu que la phraséologie ou la terminologie utilisée ne doit pas être considérée comme limitant l'invention.
L'échangeur de chaleur représenté sur la Fig. 1 comprend une evneloppe cylindirque 10 aved des parois d'extre mités ou plaques à tubes 12 et 14. Des tubes d'échange de chaleur 16 à surface lisse sont disposés entre les plaques à tubes en huit rangées verticales. Des collecteurs oonve- nables 18 et 20 sont fixés aux extrémités pour l'entrée et la sortie du liquide d'échange de chaleur passant dans les tubes 16, d'une façon classique.
Le grou: d'échange thermique représenté d'une façon générale sur les figures peut être utilisé dans diffé rents milieux environnants, par exemple pour constituer le générateur, l'absorbeur ou l'évaporateur dans un système de réfrigération du type à absorption. Dans la pratique, l'appareil peut avoir différentes longueurs, par exemple 4,5 m, et il peut contenir un nombre variable de tubes d'échange thermique, par exemple 200. Les tubes peuvent
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avoir une surface lisse ou être munis d'ailettes.
La présente invention concerne particulièrement la distribution du liquide d'échange thermique sur la surface extérieure des tubes d'échange thermique 16. Dans l'appareil représenté sur la Fig. 1, le distributeur comprend un conduit' horizontal 22 d'alimentation en liquide comportant une exté mité ouverte 24 pour recevoir le.liquide et une extrémité fermée ou bouchée 26 de façon que le liquide passe à travers les différentes ouvertures 28, 30 et 32. Chaque ouverture est située au-dessus d'une chambre en forme de gouttière 34, 36 ou 38. Comme le montre la Fig 2, ces gouttières sont ouvertures à la partie supérieure de façon que le liqui- de contenu dans les gouttières soit à la pression régnant dans l'espace compris entre les plaques à tubes 12 et 14.
La profondeur de la gouttière détermine'ainsi la pression maximale du liquide qu'elle contient.
Les tubes égoutteurs 40 sont disposés horizontalement' entre les gouttières 34, 36 et 38. Chaque tube égoutteur communique par ses extrémités aveo l'intérieur des gouttières de façon que le liquide passe de deux gouttières dans chaque tube. Comme il ressort des Fige. 1 et 4 ,chaque tube égoutteur 40 comporte, dans sa surface supérieure, des ouvertures d'écoulement espacées 42. Pendant le fonctionne- ment, le liquide remplit complètement les tubes 40 et suinte vers le haut à travers les ouvertures. Le liquide s'écoule ensuite vers le bas autour de la surface extérieure de chaque tube égoutteur ou distributeur et tombe goutte à goutte de la surface intérieure du tube sur le tube échangeur de chaleur supérieure de la rangée verticale de tubes 16
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située en'dessous.
Le liquide s'écoule alors vers le bas autour de ce premier tube et tombe goutte à goutte sur le tube immédiatement inférieur, ce fonctionnement ee répétant jusqu'à ce que le liquide soit évaporé ou atteigne le fond de l'enveloppe 10, d'après l'utilisation de l'éohangeur de chaleur., Dans loue les cas, quand le liquide s'écoule par gravité autour des tubes 16, un échange de chaleur se produit' entre le liquide et le fluide circulant dans les tubes. les ouvertures 42 sont très rapporchées par exemple d'environ 12,7 mm de aorte que les gouttelettes mont suffisamment rapprochées les unes des autres pour mouiller dee surfaces substantielles des tubes 16.
Ce mouillage est facilité par le fait que les gouttelettes s'étalent pour former une pellicule mince lorsqu'elle frappe la surface supérieure de chaque tube 16. Les ouvertures d'écoulement des tubes distributeurs 40 sont, de préférence, formées par des opérations de perçage ou de poinçonnage peu coûteuses produisant des emboutis ou des crevés sur la surface du tube, comme il ressort de la Fig. 4.
La profon- deur d'emboutissage est réglée pour obtenir des ouvertures ayant des dimensions dsirées De préférence, la dimension de l'ouverture est choisie par rapport à la pression statique du liquide dans les tubes 40 (déterminée par la profondeur des gouttières 34 36 et 38) de façon que le liquide suinte seulement à travers les ouvertures 42 au lieu de sortir sous la forme d'une pulvérisation* Les ouvertures
42 peuvent être formées par des trous circulaires, par exemple par poinçonnage et perçage sans nuire au fonctionne ment.
Toutefois, la formation des crevés par emboutissage
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est le procédé préférable du point de vue du prix de raient.'
11 aéra' noté que les ouvertures.42 août alternative- ment situées sur les côtés opposée du plavertical passant par le centre du tube distributeur. Cette dispotion évite que des courut déparée de liquide se rejcignent après la sortie par les ouvertures Dans certaines dnstructinw expérimentales$ les ouverture$ 42 on% été placées le long de la génératrice supérieure du tube,
mais il a été constaté que certans des courante mortan de ces ouvrture se com- binatient pour former des couants plus large@. Les coufants les plue larges pompaient le liquide de certaines tonte du tube 40, de aorte que le liquide s'écoulant goutte à goutte formait une série de gouttlettes relativement grosses large- ment espacées Des coutelettes rapprochées plus petites sont gréférables parce qu'elles forment une pellicule plue uniforme sur les tubes 16.
Une caractéristique intéressante du distributeur de liquide représenté est la disposition des gouttières 34 36 et 38 pour l'alimentation de chaque tube'distributeur ou égoutteur 40 à travers chaque extrémité du tube, Cette disposition assure que chacune des ouvertures 42 soit convenablement alimentée en liquide.
Des tubes égoutteurs antérieurs ont été alimentés en liquide par une seule des extrémités dutube. Avec cette disposition, les ouvertures d'écoulement voisines de l'extrémité d'entrée du tube reçoivent une alimentation plus que suffisante de liquide, tandis que les ouvertures d'écoulement de l'autre extrémité ; du tube sont privées de liquide*
Pour que le distributeur 4 représenté fonctionne de la
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façon la plus avantageuse, il est préférable que les diffé rentes gouttières 34, 36 et 38 fournissent cacune à peu près la même quantité de liquide aux tubes 40.
Dans ce but, le débit de liquide provenant du conduit 24 est réglé en déter- minant soigneusement les dimensions des trous 28, 30 et 32.
De préférence, le trou 28 est plus petit que le trou 30 et le trou 30 plus petit que le trou 32 Par exemple, quand le conduit 22 a un diamètre d'environ 32 mm, le trou 28 peut avoir un diamètre de 7,35 mm le trou 30 un diamètre de 8 mm et le trou 32 un diamètre de 9,5 mm. Dans ces conditi- one, le trou 32 ne sera pas pri ' de liquide par les trous 28 et 30
Il est possible de distribuer le liquide aux gout- tières 3 36 et 38 en envoyant le liquide dans le conduit 24 au milieu de celui-ci au lieu de le faire par l'extrémité de droite de la façon représentée.
Cependant, dans certaine cas il est préférable d'envoyer le liquide par une extrémité de l'échangeur de chaleur plutôt que par un point situé au milieu. Dans ce cas, l'utilisation de trous de dimensions progressives 28,30 et 32 est un procédé utile pour assurer le remplissage convenable des gouttières* Pendant ) fonctionnement, la sortie de liquide à travers les ouvrtures 42 doit équilibrer le débit de liqude arrivant dans le conduit 24, de façon que les gouttières 34 36 et 38 ne débordent pas.
Cependant, un débordement accidentel ne peut pas endommager l'appareil, il est seule- ment désavantageux parce que du liquide peut passer à coté des tubes d'échange thermique ce qui entraîne un moine bon rendement d'échange thermique.
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Pendant que le conduit 24 ne reçoit pas de liquide, il est préférable que les tubes 40 ne contiennent pas de liquide, car les particules solides pouvant être en suspen sion dans le liquide stagnant dans ces tubes euront tendance à se déposer dans les ouvertures d'écoulement 42. Pour faciliter la vidange, une ou plusieurs des gouttières 34 36 et 38 peuvent comporter un petit orifice de vidange 44.
Sur la Fig 1 les gouttières 34 et 38 comportent ces orifices mais la gouttière 36 n'on comporte pas. Pendant les périodes de fonctionnement, un faible débit de liqiuide sort à travers chaque orifice de vidange 4 mais le$ dimensions des orifi- ces sont telles que le débit ne soit pas exagéré Le débit à travers les orifices 44 établit bien entendu une dériva tion par rapport aux tubes 40, de sorte que les trous 28 30 et 32 doivent être déterminés pour en tenir compte.
Les caractéristiques principales de l'invention sont le'décalage alterné des ouvertures 42 sur les côtés opposés de la génératrice supérieure de chaque tube distributeur ou égoutteur, l'utilisation de chambres du de gouttières pour alimenter chaque tube distributeur par les deux extrémités sous une pression réglée, et l'arrangement du conduit d'ali- mentation 24 pour obtenir sensiblement la même hauteur de liquide dans chaque gouttière.