FR2816043A1 - Heat exchanger or chemical reactor has series of levels, one above other, over which fluid flows, always in same direction, each level being connected to one below by ramp which connects its outlet end with inlet end of lower level - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne les moyens techniques mis en oeuvre pour améliorer la circulation d'un fluide d'échange de chaleur ou de matière dans une enceinte à l'intérieur de laquelle est déposée un élément vis-à-vis duquel l'échange doit intervenir. The present invention relates to the technical means used to improve the circulation of a heat or material exchange fluid in an enclosure inside which an element is deposited vis-à-vis which the exchange must take place .
Le domaine technique concerné englobe donc les échangeurs du type à un seul fluide, ainsi que ceux mis en oeuvre pour établir un échange entre deux fluides différents, dont un au moins est avantageusement liquide et qui doivent impérativement circuler dans des circuits indépendants et étanches. The technical field concerned therefore includes exchangers of the type with a single fluid, as well as those used to establish an exchange between two different fluids, at least one of which is advantageously liquid and which must imperatively circulate in independent and sealed circuits.
Dans cette dernière application, notamment, les appareils proposés doivent, le plus souvent, répondre à des exigences de contraintes d'encombrement géométrique. In this latter application, in particular, the proposed devices must, most often, meet the requirements of geometric space constraints.
Afin de conserver les caractéristiques du fluide qui circule dans un appareil d'encombrement réduit, des dispositifs de changement de passe (chicanes) sont installés pour permettre au fluide de parcourir le nombre d'aller et retour correspondant à la circulation dans un appareil non contraint. In order to maintain the characteristics of the fluid which circulates in a device of reduced size, pass change devices (baffles) are installed to allow the fluid to traverse the number of round trips corresponding to the circulation in an unconstrained device. .
Un tel fluide circule dans l'espace qui est délimité entre l'enveloppe de l'appareil et l'élément interne que cette enveloppe entoure que l'élément interne soit constitué indifféremment par un corps indépendant qu'il convient de refroidir ou de réchauffer ou par un corps d'échange, par exemple du type à plaques, faisant structurellement parlant, partie intégrante de l'appareil et qui est parcouru par un second fluide notamment liquide. Dans un tel cas, le système de changement de passe se situe dans l'espace libre entre l'enveloppe et l'élément interne et comporte des chicanes qui induisent le changement de passe de circulation mais qui ont pour conséquence de faire naître des zones de stagnation responsables d'inconvénients, tels que corrosion, encrassement, dilatation différentielle. Such a fluid circulates in the space which is delimited between the envelope of the apparatus and the internal element that this envelope surrounds that the internal element is constituted indifferently by an independent body which it is advisable to cool or to heat or by an exchange body, for example of the plate type, structurally speaking, an integral part of the device and which is traversed by a second fluid, in particular liquid. In such a case, the pass change system is located in the free space between the envelope and the internal element and comprises baffles which induce the change of circulation pass but which have the consequence of giving rise to zones of stagnation responsible for disadvantages, such as corrosion, fouling, differential expansion.
Le besoin se fait donc sentir de pouvoir contrôler la circulation du fluide dans l'intervalle, entre l'enveloppe et l'élément interne, en même temps que l'inversion de circulation du fluide dans le changement de passe. There is therefore a need to be able to control the circulation of the fluid in the interval between the envelope and the internal element, at the same time as the reversal of circulation of the fluid in the change of pass.
C'est justement l'objet de l'invention que de proposer une nouvelle structure d'échangeurs qui permette d'atteindre ces résultats en permettant de répondre aux besoins de changement de passe dans l'appareil et de circulation entre l'enveloppe et l'élément interne. It is precisely the object of the invention to propose a new structure of exchangers which makes it possible to achieve these results while making it possible to meet the needs of change of pass in the apparatus and of circulation between the envelope and internal element.
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Selon l'invention, le procédé d'échange de chaleur ou de matière, au sein d'un échangeur ou d'un réacteur chimique comprenant un élément devant être refroidi, réchauffé ou régulé en température et incorporé à une enveloppe ou calandre définissant, avec l'élément un circuit d'échange emprunté par un fluide, est caractérisé - en ce qu'on organise l'élément au sein de la calandre de manière à délimiter des étages séparés définissant des intervalles réservant tous un même sens de circulation entre une entrée et une sortie que chacun possède, - et en ce qu'on fait circuler ledit fluide en reliant : . l'entrée du premier intervalle à une tubulure d'admission audit fluide,
'la sortie de chaque intervalle avec l'entrée du suivant, 'et la sortie du dernier intervalle à une tubulure d'évacuation dudit fluide. According to the invention, the heat or material exchange process, within an exchanger or a chemical reactor comprising an element to be cooled, reheated or regulated in temperature and incorporated into an envelope or calender defining, with the element an exchange circuit borrowed by a fluid, is characterized - in that the element is organized within the grille so as to delimit separate stages defining intervals all reserving the same direction of circulation between an entry and an outlet that each has, - and in that said fluid is circulated by connecting:. the entry of the first interval to an intake manifold for said fluid,
'the exit from each interval with the entry of the next,' and the exit from the last interval to a discharge pipe for said fluid.
L'invention a encore pour objet un échangeur ou un réacteur chimique dont la structure est caractérisée en ce que : - l'élément délimite des intervalles possédant des entrées et des sorties et autorisant tous une circulation du fluide dans le même sens, - le premier intervalle est relié par son entrée directement à une tubulure d'admission du fluide, - le dernier intervalle est relié par sa sortie directement à une tubulure d'évacuation dudit fluide - et les étages sont réunis à la calandre par des chicanes mettant en relation la sortie de chaque intervalle, hormis celle du dernier, avec l'entrée du suivant. The subject of the invention is also an exchanger or a chemical reactor, the structure of which is characterized in that: - the element delimits intervals having inlets and outlets and all allowing circulation of the fluid in the same direction, - the first interval is connected by its inlet directly to a fluid intake manifold, - the last interval is connected by its outlet directly to a fluid intake manifold - and the stages are joined to the grille by baffles connecting the exit of each interval, except that of the last one, with the entry of the next one.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. Various other characteristics will emerge from the description given below with reference to the appended drawings which show, by way of nonlimiting examples, embodiments and implementation of the subject of the invention.
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La fig. 1 est une coupe-élévation, en partie arrachée, d'un échangeur conforme à l'invention. Fig. 1 is a sectional elevation, partially cut away, of an exchanger according to the invention.
La fig. 2 est une coupe transversale prise selon la ligne n-n de la fig. 1. Fig. 2 is a cross section taken along line n-n of FIG. 1.
La fig. 3 est une coupe prise selon la ligne m-m de la fig. 1. Fig. 3 is a section taken along the line m-m of FIG. 1.
La fig. 4 est une perspective partielle en partie arrachée montrant plus en détail une caractéristique constructive de l'échangeur. Fig. 4 is a partially broken away partial perspective showing in more detail a constructive characteristic of the exchanger.
La fig. 5 est une perpective partielle mettant en évidence une caractéristique constructive de l'échangeur. Fig. 5 is a partial perspective showing a constructive characteristic of the exchanger.
La fig. 1 montre, à titre d'exemple, un échangeur, notamment de chaleur, conforme à l'invention. Un tel échangeur, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend un premier élément 2 qui peut être constitué par un produit fini qu'il convient de soumettre à un refroidissement ou à un réchauffement ou encore par un corps d'échange constitué par un faisceau définissant des chambres successives intercommunicantes. Fig. 1 shows, by way of example, an exchanger, in particular of heat, according to the invention. Such an exchanger, designated as a whole by the reference 1, comprises a first element 2 which may consist of a finished product which should be subjected to cooling or heating or else by an exchange body constituted by a beam defining successive intercommunicating chambers.
Dans un exemple d'application, le faisceau est avantageusement formé d'une pluralité de plaques doubles qui sont organisées pour délimiter des chambres successives 3, 31,...... 3n Chaque chambre 3 est constituée par l'association de deux plaques 4 et 5 préconformées et assemblées périmétriquement de façon étanche. Les différentes chambres, disposées en parallèle, sont en communication les unes avec les autres par des tubulures de raccordement 6 et 7. In an example of application, the bundle is advantageously formed of a plurality of double plates which are organized to delimit successive chambers 3, 31, ...... 3n Each chamber 3 is formed by the association of two plates 4 and 5 preformed and assembled perimeter tightly. The different chambers, arranged in parallel, are in communication with each other by connection pipes 6 and 7.
Dans l'exemple, le faisceau est, par ailleurs, raccordé, par l'une des chambres extrêmes, telles que la chambre 3, à deux tubulures 8 et 9, respectivement d'admission et de sortie d'un premier fluide, de préférence liquide, pour lequel le corps d'échange 2 constitue un premier circuit de circulation. In the example, the bundle is moreover connected, by one of the end chambers, such as chamber 3, to two pipes 8 and 9, respectively for inlet and outlet of a first fluid, preferably liquid, for which the exchange body 2 constitutes a first circulation circuit.
L'élément 2 est incorporé à une enveloppe ou calandre 10 avec laquelle il délimite un corps d'échange 11. La calandre 10 peut être réalisée de plusieurs façons convenables et, par exemple, sous la forme d'une virole qui est raccordée à deux tubulures 12 et 13, respectivement, d'admission et d'évacuation d'un fluide chargé d'assurer un échange thermique avec l'élément 2 et dans le cas présent avec l'élément 2 avec le fluide traversant ou circulant à l'intérieur du corps 2. The element 2 is incorporated in an envelope or calender 10 with which it delimits an exchange body 11. The calender 10 can be produced in several suitable ways and, for example, in the form of a ferrule which is connected to two pipes 12 and 13, respectively, for admission and discharge of a fluid responsible for ensuring a heat exchange with the element 2 and in this case with the element 2 with the fluid passing through or circulating inside body 2.
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Dans l'exemple d'application, il est prévu d'organiser le faisceau 2 de telle manière que les paires de plaques 4 et 5 soient organisées en étages séparés délimitant entre eux à chaque fois un intervalle 15 possédant une section ouverte dite d'entrée 16 et une section ouverte dite de sortie 17. L'organisation en étages séparés est prévue aussi de telle manière que les intervalles 15 s'étendent parallèlement les uns aux autres et que les sections ouvertes 16 et 17 soient placées de la même façon pour établir une circulation possible dans chaque intervalle dans le même sens figuré par la flèche fi. In the application example, provision is made to organize the bundle 2 in such a way that the pairs of plates 4 and 5 are organized in separate stages delimiting between them each time an interval 15 having an open section called the inlet 16 and an open section called exit 17. The organization in separate stages is also provided in such a way that the intervals 15 extend parallel to each other and that the open sections 16 and 17 are placed in the same way to establish a possible circulation in each interval in the same direction shown by the arrow fi.
Selon une autre disposition constructive, le premier intervalle 15, correspondant à celui qui peut être apprécié comme étant en relation avec la tubulure d'admission 12, est mis en relation par sa section de sortie avec la section d'entrée de l'intervalle suivant qui fait l'objet d'une même mise en relation avec l'intervalle encore suivant, une même disposition étant retenue jusqu'au dernier intervalle 15 dont la section ouverte de sortie 17 est en relation avec la tubulure 13. Cette organisation définit un circuit de circulation en chicanes ou en zigzag jusqu'au dernier intervalle 15 en obligeant le second fluide à traverser chaque intervalle dans le même sens. According to another constructive arrangement, the first interval 15, corresponding to that which can be appreciated as being in relation to the intake manifold 12, is connected by its outlet section with the inlet section of the following interval which is the subject of the same connection with the following interval, the same arrangement being retained until the last interval 15, the open outlet section 17 of which is in connection with the pipe 13. This organization defines a circuit circulation in baffles or zigzag to the last interval 15 by forcing the second fluid to pass through each interval in the same direction.
Pour atteindre un tel résultat, selon la structure de l'invention, les intervalles successifs 15 sont délimités entre les sections d'entrée et de sortie 16 et 17 par des parois 20 s'étendant entre les étages successifs et se situant à distance de la périphérie interne de la calandre 10. To achieve such a result, according to the structure of the invention, the successive intervals 15 are delimited between the inlet and outlet sections 16 and 17 by walls 20 extending between the successive stages and being located at a distance from the internal periphery of the grille 10.
De cette manière, comme cela apparaît aux fig. 2 à 4, les parois 20 délimitent, à l'intérieur de la calandre, un ou des couloirs latéraux 21-qui sont occupés par des cloisons inclinées 22 reliant une chambre 3, au niveau de la section de sortie de l'intervalle 15 correspondant à la chambre 3 suivante, mais au niveau de la section d'entrée de l'intervalle que cette chambre délimite avec la précédente. In this way, as shown in Figs. 2 to 4, the walls 20 delimit, inside the grille, one or more lateral corridors 21 which are occupied by inclined partitions 22 connecting a chamber 3, at the level of the outlet section of the corresponding interval 15 to the next room 3, but at the level of the entry section of the interval that this room delimits with the previous one.
Les cloisons 22 constituent des chicanes liées ou réunies de façon étanche à la paroi périphérique de la calandre 10 aux parois 20 de même qu'aux bords de chaque chambre 3. The partitions 22 constitute baffles linked or joined in a sealed manner to the peripheral wall of the grille 10 to the walls 20 as well as to the edges of each chamber 3.
Comme cela ressort de la fig. 1, le second fluide emprunte la tubulure 12 dans le sens de la flèche f2 pour traverser le premier intervalle 15 et être conduit vers la section ouverte de sortie 17 au droit de laquelle il est infléchi par la calandre en deux sous-veines orientées vers les couloirs latéraux 21 qui conduisent ces sous-veines au As shown in fig. 1, the second fluid borrows the tubing 12 in the direction of the arrow f2 to cross the first interval 15 and be led towards the open outlet section 17 to the right of which it is deflected by the calender into two sub-veins oriented towards the lateral corridors 21 which lead these sub-veins to the
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droit de la section d'entrée de l'intervalle 15 suivant dans lequel elle se reconstituent sous la forme de la veine élémentaire initiale. right of the entry section of the next interval 15 in which it is reconstituted in the form of the initial elementary vein.
Le fluide poursuit sa circulation de la même manière pour tous les étages successifs jusqu'au dernier intervalle 15 dont la section de sortie ouverte 17 établit une communication directe avec la tubulure d'évacuation 13. The fluid continues to circulate in the same way for all successive stages up to the last interval 15, the open outlet section 17 of which establishes direct communication with the discharge pipe 13.
Comme cela apparaît à la fig. 1, l'obligation de parcourir chaque intervalle dans le même sens avec, entre deux intervalles, la division de la veine élémentaire en deux sous veines infléchies et circulant à contre-courant permet l'établissement d'une circulation homogène à l'intérieur du second corps d'échange 11 et favorisant la réduction sinon l'élimination des zones de moindre circulation qui sont préjudiciables à un rapport d'échange optimal entre le second fluide circulant dans le corps d'échange 11 et le premier fluide traversant le corps d'échange 2 par l'intermédiaire des différentes chambres successives 3, 31,.... 3n. As shown in fig. 1, the obligation to traverse each interval in the same direction with, between two intervals, the division of the elementary vein into two sub veins inflected and circulating against the current allows the establishment of a homogeneous circulation inside the second exchange body 11 and promoting the reduction if not the elimination of the zones of least circulation which are detrimental to an optimal exchange ratio between the second fluid circulating in the exchange body 11 and the first fluid passing through the body exchange 2 through the different successive chambers 3, 31, .... 3n.
Les fig. 1 à 4 montrent un exemple de réalisation faisant intervenir une virole ou calandre 10 de forme cylindrique et la présence de parois 20 en forme de secteur de parois cylindriques. Figs. 1 to 4 show an exemplary embodiment involving a ferrule or grille 10 of cylindrical shape and the presence of walls 20 in the form of a sector of cylindrical walls.
La fig. 5 montre qu'il est possible d'adopter une architecture différente en ayant recours à des plaques 4 et 5 de forme rectangulaire, convenablement liées de façon étanche pour définir les étages ou chambres successives 3 et associées à des parois 20 planes de manière que le premier corps d'échange 2 ainsi constitué puisse être inséré à l'intérieur d'une calandre offrant une section polygonale complémentaire. Fig. 5 shows that it is possible to adopt a different architecture by using plates 4 and 5 of rectangular shape, suitably tightly linked to define the successive stages or chambers 3 and associated with planar walls 20 so that the first exchange body 2 thus formed can be inserted inside a grille offering a complementary polygonal section.
Il doit être considéré que la représentation donnée par la fig. 1 est donnée à titre d'exemple pour ce qui concerne l'orientation conférée à l'échangeur. En effet, selon l'invention, il est indifférent que la circulation du premier fluide selon la flèche f s'établisse horizontalement ou verticalement. De même, dans une orientation du type de la fig. 1, il est envisageable de faire pénétrer le fluide dans la calandre 10 par la tubulure basse 13 et d'en assurer la sortie par la tubulure haute 12. It should be considered that the representation given by fig. 1 is given by way of example as regards the orientation given to the exchanger. Indeed, according to the invention, it does not matter whether the circulation of the first fluid along the arrow f is established horizontally or vertically. Similarly, in an orientation of the type of FIG. 1, it is possible to make the fluid penetrate into the calender 10 through the low pipe 13 and ensure its exit through the high pipe 12.
Il doit être compris, au sens de l'invnetion, que l'échangeur 1 pourrait être un réacteur chimique. It should be understood, within the meaning of the invention, that the exchanger 1 could be a chemical reactor.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. The invention is not limited to the examples described and shown since various modifications can be made thereto without departing from its scope.
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