FR3096443A1 - Echangeur thermique permettant de traiter deux fluides a des debits eleves - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un échangeur thermique (1) comprenant un corps (12) formé d’au moins deux tôles (15, 16) enroulées autour d’un axe (X), les tôles (15, 16) incluant une première tôle (15) et une deuxième tôle (16) délimitant entre elles un premier conduit de circulation (19) d’un premier fluide et un deuxième conduit de circulation (20) d’un deuxième fluide, la première tôle (15) et de la deuxième tôle (16) présentant des bords définissant une première face (31) du corps (12) et une deuxième face (32) du corps (12), opposée à la première face (31), la première face (31) et la deuxième face (32) s’étendant transversalement à l’axe (X), dans lequel la première face (31) présente des premières ouvertures d’entrée (33) pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l’extérieur du corps (12) vers le premier conduit de circulation (19), et la deuxième face (32) présente des premières ouvertures de sortie (36) pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation (19) vers l’extérieur du corps (12). Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

Description Titre de l'invention : ECHANGEUR THERMIQUE PERMETTANT DE TRAITER DEUX FLUIDES A DES DEBITS ELEVES Domaine technique 100011 L'invention concerne un échangeur thermique permettant un échange de chaleur entre deux fluides présentant des températures différentes.

L'invention concerne notamment un échangeur thermique à spirales permettant de traiter des fluides contenant une phase eateuse.

Technique antérieure

[0002] Les échangeurs thermiques à spirales comprennent généralement une partie tubulaire centrale et un corps à spirales comprenant au moins deux tôles enroulées en spirale autour de la partie tubulaire centrale.

La partie tubulaire centrale peut être formée par une portion enroulée des deux tôles ou par une pièce tubulaire séparée sur laquelle sont soudées les deux tôles.

[0003] Les deux tôles enroulées en spirale autour de la partie tubulaire centrale définissent entre elles un premier canal de circulation en forme de spirale pour la circulation d'un premier fluide et un deuxième canal de circulation en forme de spirale pour la circulation d'un deuxième fluide.

[0004] Les échangeurs thermiques à spirales comprennent en outre un carter entourant le corps à spirale et des tubulures de raccordement fixées sur le carter.

Les tubulures de raccordement incluent généralement une première tubulure d'entrée propre à être raccordée à un premier conduit d'amenée du premier fluide, une première tubulure de sortie propre à être raccordée à un premier conduit d'extraction du premier fluide, une deuxième tubulure d'entrée propre à être raccordée à un deuxième conduit d'amenée du deuxième fluide et une deuxième tubulure de sortie propre à être raccordée à un deuxième conduit d'extraction du deuxième fluide.

[0005] Ces échangeurs thermiques présentent généralement deux configurations possibles,

[0006] Selon une première configuration, les tôles sont soudées entre elles de sorte que le premier fluide circule dans le premier canal dc circulation en suivant un premier trajet en forme de spirale (en anglais « spiral flow ») et le deuxième fluide circule dans le deuxième canal de circulation en suivant un deuxième trajet en forme de spirale.

Cette configuration procure un échange thermique efficace tout en limitant le volume occupé par l'échangeur thermique.

[0007] Toutefois, cette première configuration n'est pas adaptée pour traiter des fluides avec des débits élevés.

2 100081 Selon une deuxième configuration, les tôles sont soudées entre elles de sorte que le premier fluide circule dans le premier canal de circulation en suivant un premier trajet en forme de spirale (en anglais « spiral flow ») et le deuxième fluide circule dans le deuxième canal en suivant un deuxième trajet selon une direction parallèle à l'axe de la partie tubulaire centrale (en anglais « cross flow »).

Cette deuxième configuration est utilisée lorsque le deuxième fluide à traiter contient une phase gazeuse et/ou que le débit du deuxième fluide à traiter est élevé.

En effet, le passage du deuxième fluide à travers les deux faces transversales du corps permet d'accepter des débits élevés, et de générer une faible chute de pression.

[0009] Cependant, ces échangeurs ne permettent généralement pas de traiter deux fluides contenant chacun une phase gazeuse majoritaire, sous conditions de pression et de température élevées.

Ces échangeurs ne permettent pas non plus de traiter les deux fluides avec des débits élevés.

[0010] C'est pourquoi, pour traiter deux fluides présentant chacun des conditions de tem- pérature et de pression élevées, d'autres types d'échangeurs thermiques sont généralement utilisés, tels que des échangeurs thermiques à plaque soudées, comprenant de longues plaques métalliques corruguées ou de gros échangeurs tubulaires à long tube.

Résumé de l'invention

[0011] Un but de l'invention est dc proposer un échangeur thermique permettant de traiter deux fluides présentant chacun des conditions de température, de pression et/ou de débit élevées.

[0012] Cc problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un échangeur thermique comprenant un corps formé d'au moins dcux tôles enroulées autour d'un axe, les tôles incluant une première tôle et une deuxième tôle délimitant entre elles un premier conduit de circulation d'un premier fluide et un deuxième conduit de circulation d'un deuxième fluide, la première tôle et de la deuxième tôle présentant des bords définissant une première face du corps et une deuxième face du corps, opposée à la première face, la première face et la deuxième face s'étendant transversalement à

[0013] dans lequel la première face présente des premières ouvertures d'entrée pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps vers le premier conduit de circulation, et la deuxième face présente des premières ouvertures de sortie pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation vers l'extérieur du corps,

[0014] et dans lequel l'une de la première face et de la deuxième face présente des deuxième ouvertures d'entrée pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis l'extérieur du corps vers le deuxième conduit de circulation, et l'autre de la première 3 face et de la deuxième face présente des deuxième ouvertures de sortie pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis le deuxième conduit de circulation vers l'extérieur du corps.

[0015] Dans l'échangeur proposé, chacun des fluides peut circuler en « cross flow », ce qui permet de traiter un premier fluide et un deuxième fluide ayant chacun des débits élevés.

[0016] L'échangeur thermique proposé peut en outre présenter les caractéristiques suivantes :

[0017] - l'échangeur thermique comprend en outre un premier distributeur de fluide comprenant une première plaque cn contact avec la première face, la première plaque présentant une première zone d'interface présentant des orifices, les orifices de la première zone d'interface étant agencés pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps vers le premier conduit de circulation à travers les premières ouvertures d'entrée de la première face, et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxième ouvertures de sortie de la première face,

[0018] - la première plaque présente une deuxième zone d'interface présentant des orifices, les orifices de la deuxième zone d'interface étant agencés pour autoriser une circulation du deuxième fluide entre l'extérieur du corps et le deuxième conduit de circulation à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxièmes ouvertures de sortie de la première face, et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures d'entrée de la première face,

[0019] - l'image de chaque orifice de la première zone d'interface, par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice de la deuxième zone d'interface,

[0020] - l'échangeur thermique comprend en outre un deuxième distributeur de fluide comprenant une deuxième plaque en contact avec la deuxième face, la deuxième plaque présentant une troisième zone d'interface présentant des orifices, les orifices de la troisième zone d'interface étant agencés pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation vers l'extérieur du corps à travers les premières ouvertures de sortie de la deuxième face, et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxième ouvertures de sortie de la deuxième face,

[0021] - la deuxième plaque présente une quatrième zone d'interface présentant des orifices, les orifices de la quatrième zone d'interface étant agencés pour autoriser une circulation du deuxième fluide entre le deuxième conduit de circulation et l'extérieur du corps à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxièmes ouvertures de sortie de la deuxième face, et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures de sortie de la deuxième face,

[0022] - l'image de chaque orifice de la troisième zone d'interface, par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice de la quatrième zone d'interface,

[0023] - le premier distributeur et le deuxième distributeur sont identiques, le deuxième dis- tributeur étant décalé angulaircment par rapport au premier distributeur autour de l'axe du corps,

[0024] - le deuxième distributeur est décalé angulairemcnt par rapport au premier dis- tributeur de 180 degrés autour de l'axe du corps,

[0025] - la première tôle et de la deuxième tôle sont enroulées en spirale autour de l'axe du corps,

[0026] - l'échangeur thermique comprend une pluralité d'étages d'échangeur, une pluralité de distributeurs de fluide incluant le premier distributeur de fluide et le deuxième distributeur de fluide, chaque étage d'échangeur comprenant un corps disposé entre deux des distributeurs de fluide,

[0027] - l'échangeur thermique comprend :

[0028] un premier collecteur d'extrémité raccordé à l'un des distributeurs de fluide,

[0029] un deuxième collecteur d'extrémité raccordé à un autre des distributeurs dc fluide,

[0030] une première tubulure d'entrée du premier fluide propre à être raccordée à un premier conduit d'amenée du premier fluide pour amener le premier fluide vers le premier collecteur de fluide,

[0031] une deuxième tubulure d'entrée propre à être raccordée à un deuxième conduit d'amenée du deuxième fluide pour amener le deuxième fluide vers l'un du premier collecteur de fluide et du deuxième collecteur de fluide,

[0032] une première tubulure de sortie du premier fluide propre à être raccordée à un troisième conduit d'extraction du premier fluide pour extraire le premier fluide depuis le deuxième collecteur de fluide,

[0033] une deuxième tubulure de sortie propre à être raccordée à un quatrième conduit d'extraction du deuxième fluide pour extraire le deuxième fluide depuis l'autre du premier collecteur de fluide et du deuxième collecteur de fluide.

Brève description des dessins

[0034] D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels :

[0035] - [fig.1] la figure 1 représente de manière schématique un échangeur thermique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'échangeur thermique comprend un étage d'échangeur thermique, 100361 -Ifig.21 la figure 2 représente de manière schématique, en vue éclatée, l'échangeur thermique de la figure 1,

[0037] - [fig.3] la figure 3 représente de manière schématique, en coupe longitudinale, une partie de l'échangeur thermique de la figure 1,

[0038] - [fig.4] la figure 4 représente de manière schématique, en vue de dessus, une première face du corps de l'échangeur,

[0039] - [fig.5] la figure 5 représente de manière schématique un premier distributeur de fluide,

[0040] - [fig.6] la figure 6 représente de manière schématique un deuxième distributeur de fluide,

[0041] - [fig.7] la figure 7 représente de manière schématique les flux de fluides circulant à travers l'échangeur thermique de la figure 1,

[0042] - [fig.8] la figure 8 représente de manière schématique un échangeur thermique conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'échangeur thermique comprend plusieurs étages d'échangeur thermique,

[0043] - [fig.9] la figure 9 représente de manière schématique, en vue éclatée, l'échangeur thermique de la figure 7,

[0044] - [fig.10] la figure 10 représente de manière schématique les flux de fluides circulant à travers l'échangeur thermique de la figure 8.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION

[0045] Dans le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, l'échangeur thermique 1 représenté comprend un seul étage d'échangeur thermique.

[0046] L'échangeur thermique 1 comprend un étage d'échangeur thermique 2, un premier collecteur d'extrémité 3, un deuxième collecteur d'extrémité 4 et des tubulures d'entrée et de sortie de fluide 5 à 10.

[0047] L'étage d'échangeur thermique 2 comprend une pièce centrale 11, un corps 12 et un carter 13.

[0048] La pièce centrale 11 comprend une paroi latérale 14 présentant une forme générale cylindrique de révolution ayant un axe X de révolution.

[0049] Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 3, le corps 12 de l'échangeur thermique 1 est un corps à spirales.

Le corps 12 comprend au moins deux tôles 15, 16 enroulées en spirales.

[0050] Comme illustré sur la figure 4, le corps 12 comprend une première tôle 15 et une deuxième tôle 16.

La première tôle 15 s'étend à partir de la pièce centrale 11 et est enroulée en spirale autour de la pièce centrale 11.

De même, la deuxième tôle 16 s'étend à partir de la pièce centrale 11 et est enroulée en spirale autour de la pièce centrale.

La spirale formée par la deuxième tôle 16 est imbriquée dans la spirale formée par la première tôle 15. 6

[0051] Chacune des tôles 15, 16 présente un bord relié à la pièce centrale 11, par exemple par soudage.

La ligne de soudure 17 reliant la première tôle 15 à la pièce centrale 11 s'étend parallèlement à l'axe X.

De même, la ligne de soudure 18 reliant la deuxième tôle 16 à la pièce centrale 11 s'étend parallèlement à l'axe X.

La ligne de soudure 17 reliant la première tôle 15 à la pièce centrale 11 peut être située en étant diamétralement opposée à la ligne de soudure 18 reliant la deuxième tôle 16 à la pièce centrale 11.

De manière connue, lors de la fabrication de l'échangeur thermique à spirales 1, la première tôle 15 et la deuxième tôle 16 peuvent être enroulées l'une dans l'autre par le biais d'un mandrin rétractable.

[0052] La première tôle 15 et la deuxième tôle 16 définissent entre elles un premier canal de circulation 19 en forme de spirale pour la circulation d'un premier fluide et un deuxième canal de circulation 20 en forme de spirale pour la circulation d'un deuxième fluide.

[0053] Comme illustré sur la figure 3, la première tôle 15 et la deuxième tôle 16 sont maintenues à distance l'une de l'autre par le biais d'entretoises 21 disposées entre les deux tôles.

Les entretoises 21 s'étendent dans les canaux de circulation 19 et 20.

Les entretoises 21 sont par exemple formées de pions s'étendant selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe X.

[0054] Alternativement, les entretoises pourraient être formées par d'autres éléments rapportés tels que des billes ou des dépôts métalliques, ou encore par des éléments en reliefs formés d'une seule pièce avec la tôle, obtenus par exemple par emboutissage de la tôle.

[0055] Les entretoises 21 positionnées dans le premier canal de circulation 19 peuvent présenter une hauteur différente des entretoises 21 positionnées dans le deuxième canal de circulation 20.

La hauteur des entretoises 21 peut en effet être ajustée en fonction des pertes de charge et du volume du fluide à traiter circulant dans le canal.

[0056] La pièce centrale de distribution de fluide 11 et le corps à spirales 12 sont logés dans le carter 13.

[0057] Le carter 13 comprend une paroi latérale 22, de forme cylindrique de révolution entourant le corps à spirales 12.

Le corps à spirales 12 s'étend ainsi entre la pièce centrale 11 et le carter 13.

[0058] Le carter 13 comprend en outre une première bride annulaire de carter 23 et une deuxième bride annulaire de carter 24 s'étendant radialement, en saillie à partir des bords de la paroi latérale 22.

[0059] Le premier collecteur d'extrémité 3 comprend une première paroi de collecteur 25 et une première bride annulaire de collecteur 26.

La première bride annulaire de collecteur 26 s'étend radialement à partir des bords de la première paroi de collecteur 25.

Le premier collecteur d'extrémité 3 est propre à être fixé sur le carter 13 par le 7 biais de la première bride annulaire de collecteur 26 et de la première bride annulaire de carter 23.

Les deux brides 23 et 26 peuvent être fixées ensemble par exemple par boulonnage.

[0060] De même, le deuxième collecteur d'extrémité 4 comprend une deuxième paroi de collecteur 27 et une deuxième bride annulaire de collecteur 28.

La deuxième bride annulaire de collecteur 28 s'étend radialement à partir des bords de la deuxième paroi de collecteur 27.

Le deuxième collecteur d'extrémité 4 est propre à être fixé sur le carter 13 par le biais de la deuxième bride annulaire de collecteur 28 et de la deuxième bride annulaire de carter 24.

Les deux brides 24 et 28 peuvent être fixées ensemble par exemple par boulonnage.

[0061] Le premier collecteur d'extrémité 3 comprend en outre des cloisons internes 29 dé- limitant, avec la première paroi de collecteur 25, plusieurs compartiments internes.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les cloisons internes 29 du premier collecteur d'extrémité 3 délimitent trois compartiments à l'intérieur du premier collecteur d'extrémité.

[0062] Plus précisément, les cloisons internes 29 délimitent un compartiment d'entrée du premier fluide et deux compartiments de sortie du deuxième fluide.

[0063] Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le deuxième collecteur d'extrémité 4 est identique au premier collecteur d'extrémité 3.

Le deuxième collecteur d'extrémité 4 comprend des cloisons internes 30 délimitant, avec la deuxième paroi de collecteur 27, plusieurs compartiments internes.

Les cloisons internes 30 du deuxième collecteur d'extrémité 4 délimitent trois compartiments à l'intérieur du deuxième collecteur d'extrémité.

[0064] Plus précisément, les cloisons internes 30 délimitent deux compartiments de sortie du premier fluide et un compartiment d'entrée du deuxième fluide.

[0065] L'échangeur thermique à spirales 1 comprend en outre une première tubulure d'entrée de fluide 5, une première tubulure de sortie de fluide 6 et une deuxième tubulure de sortie de fluide 7.

[0066] La première tubulure d'entrée de fluide 5 est fixée sur la première paroi de collecteur 25 et débouche dans le compartiment d'entrée du premier fluide.

La première tubulure d'entrée de fluide 5 est propre à être raccordée à un premier conduit d'amenée du premier fluide.

[0067] La première tubulure de sortie de fluide 6 et la deuxième tubulure de sortie de fluide 7 sont également fixées dur la première paroi de collecteur 25 et débouchent chacune dans un compartiment de sortie du deuxième fluide respectif.

[0068] La première tubulure de sortie de fluide 6 et la deuxième tubulure de sortie de fluide 7 sont propres à être raccordées à un premier conduit d'extraction du deuxième fluide.

[0069] L'échangeur thermique à spirales comprend en outre une deuxième tubulure d'entrée 8 de fluide 8, une troisième tubulure de sortie de fluide 9 et une quatrième tubulure de sortie de fluide 10.

[0070] La deuxième tubulure d'entrée de fluide 8 est fixée sur la deuxième paroi de collecteur 27 et débouche dans le compartiment d'entrée du deuxième fluide.

La deuxième tubulure d'entrée de fluide 8 est propre à être raccordée à un deuxième conduit d'amenée du deuxième fluide.

[0071] La troisième tubulure de sortie de fluide 9 et la quatrième tubulure de sortie de fluide sont également fixées sur la deuxième paroi de collecteur 27 et débouchent chacune dans l'un des compartiments de sortie du deuxième fluide.

La troisième tubulure de sortie de fluide et la quatrième tubulure de sortie de fluide sont propres à être raccordées à un deuxième conduit d'extraction du premier fluide.

[0072] Comme illustré sur la figure 3, la première tôle 15 et de la deuxième tôle 16 présentent des bords définissant une première face 31 du corps et une deuxième face 32 du corps, opposée à la première face 31.

La première face 31 et la deuxième face 32 s'étendent chacune transversalement à l'axe X.

Plus précisément, la première face 31 et la deuxième face 32 s'étendent chacune dans un plan orthogonal à l'axe X.

[0073] La première face 31 présente d'une part, des premières ouvertures d'entrée 33 pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps 12 vers le premier conduit de circulation 19, et d'autre part des deuxièmes ouvertures de sortie 34 pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis le deuxième conduit de circulation 20 vers l'extérieur du corps 12.

[0074] De même, la deuxième face 32 présente d'une part, des premières ouvertures de sortie 35 pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation 19 vers l'extérieur du corps 12, et d'autre part, des deuxièmes ouvertures d'entrée 36 pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis l'extérieur du corps 12 vers le deuxième conduit de circulation 20.

[0075] Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, l'échangeur thermique 1 comprend en outre un premier distributeur de fluide 41 et un deuxième distributeur de fluide 42.

[0076] Le premier distributeur de fluide 41 comprend une première plaque 43, s'étendant transversalement à l'axe X, et disposée en contact avec la première face 31 du corps 12.

[0077] Le deuxième distributeur de fluide 42 comprend une deuxième plaque 44 s'étendant transversalement à l'axe X, et disposée en contact avec la deuxième face 32 du corps 12.

[0078] Comme illustré sur la figure 5, la première plaque 41 présente plusieurs zones d'interface 45, 46.

Plus précisément, dans l'exemple illustré sur la figure 5, la première plaque 41 présente quatre zones d'interface.

Chaque zone d'interface correspond à un 9 secteur angulaire de la première plaque 41.

Par exemple, chaque zone d'interface correspond à un secteur angulaire de la première plaque 41.

Par exemple, chaque zone d'interface occupe un secteur angulaire présentant un angle de 90 degrés.

[0079] Les zones d'interface incluent deux premières zones d'interface 45 et deux deuxièmes zones d'interface 46 disposées en alternance avec les premières zones d'interface 45 autour de l'axe X.

[0080] Les premières zones d'interface 45 présentent des premiers orifices 53.

Les premiers orifices 53 sont agencés de manière à autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps 12 vers le premier conduit de circulation 19 à travers les premières ouvertures d'entrée 33 de la première face 31, et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures de sortie 34 dans ces premières zones d'interface.

[0081] Les deuxièmes zones d'interface 46 présentent des deuxièmes orifices 54.

Les deuxièmes orifices 54 sont agencés de manière à autoriser une circulation du deuxième fluide depuis le deuxième conduit de circulation 20 vers l'extérieur du corps 12 à travers les deuxièmes ouvertures de sortie 34 de la première face 31, et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures d'entrée 33 dans ces deuxièmes zones d'interface.

[0082] Autrement dit, dans chaque première zone d'interface 45, la première plaque 31 obture les deuxièmes ouvertures de sortie 34 tandis qu'elle laisse dégagées les premières ouvertures d'entrée 33.

A l'inverse, dans chaque deuxième zone d'interface 46, la première plaque 31 obture les premières ouvertures d'entrée 33 tandis qu'elle laisse dégagées les deuxièmes ouvertures de sortie 34.

[0083] Comme cela est visible sur la figure 5, l'image de chaque orifice 53 d'une première zone d'interface 45, par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice d'une deuxième zone d'interface 46.

[0084] Dans l'exemple illustré sur la figure 6, la deuxième plaque 44 est identique à la première plaque 43, excepté que la deuxième plaque 44 est décalée angulairement par rapport à la première plaque 43 autour de l'axe X.

Plus précisément, la deuxième plaque 44 est décalée angulairement par rapport à la première plaque 43 de 180 degrés autour de l'axe X.

[0085] La deuxième plaque 44 présente plusieurs zones d'interface 47. 48.

Plus précisément, dans l'exemple illustré sur la figure 6, la deuxième plaque 44 présente quatre zones d'interface.

Chaque zone d'interface correspond à un secteur angulaire de la deuxième plaque 44.

Par exemple, chaque zone d'interface occupe un secteur angulaire présentant un angle de 90 degrés.

[0086] Les zones d'interface incluent deux troisièmes zones d'interface 47 et deux quatrièmes zones d'interface 48 disposées en alternance avec les troisièmes zones 10 d'interface 47 autour de l'axe X.

[0087] Les troisièmes zones d'interface 47 présentent des troisièmes orifices 55.

Les troisièmes orifices 55 sont agencés de manière à autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation 19 vers l'extérieur du corps 12 à travers les premières ouvertures de sortie 35 de la deuxième face 32, et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée 36 de la deuxième face 32 dans ces troisièmes zones d'interface.

[0088] Les quatrièmes zones d'interface 48 présentent des quatrièmes orifices 56.

Les quatrièmes orifices 56 sont agencés de manière à autoriser une circulation du deuxième fluide depuis l'extérieur du corps 12 vers le deuxième conduit de circulation 20 à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée 36 de la deuxième face 32, et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures de sortie 35 de la deuxième face 32 dans ces quatrièmes zones d'interface.

[0089] Autrement dit, dans chaque troisième zone d'interface 47, la deuxième plaque 32 obture les deuxièmes ouvertures d'entrée 36 tandis qu'elle laisse dégagées les premières ouvertures de sortie 35.

A l'inverse, dans chaque troisième zone d'interface 48, la deuxième plaque 32 obture les deuxièmes ouvertures d'entrée 35 tandis qu'elle laisse dégagées les deuxièmes ouvertures d'entrée 36.

[0090] Comme cela est visible sur la figure 6, l'image de chaque orifice 55 de la troisième zone d'interface 47, par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice de la quatrième zone d'interface 48.

[0091] Comme illustré sur la figure 7, en fonctionnement, le premier fluide est injecté dans l'échangeur thermique à spirales 1 via la première tubulure d'entrée de fluide 5 (flèche A).

Le premier fluide est injecté dans le compartiment d'entrée du premier collecteur 3.

Le premier fluide passe à travers les premiers orifices 53 du premier distributeur de fluide 41 et pénètre dans le corps 12 de l'échangeur.

Plus précisément, le premier fluide pénètre dans le premier conduit de circulation 19 à travers les premières ouvertures d'entrée 33 de la première face 31 du corps.

La plaque 43 du premier distributeur 41 empêche la pénétration du premier fluide dans le deuxième conduit de circulation 20, ce qui évite que les deux fluides ne se mélangent.

[0092] Le premier fluide circule à l'intérieur du premier conduit de circulation 19.

La tra- jectoire du premier fluide présente d'une part une composante de translation parallèle à l'axe longitudinal X de l'échangeur, et d'autre part une composante de rotation autour de l'axe X.

En effet, le premier fluide est contraint, pour circuler depuis les premiers orifices 53 du premier distributeur 41 jusqu'aux troisièmes orifices 55 du deuxième distributeur 42, de tourner autour de l'axe X.

Plus précisément, le premier fluide est contraint de tourner d'un angle d'environ 90 degrés pour parcourir une trajectoire allant d'une première zone d'interface 45 dans la première plaque 43 jusqu'à une 11 troisième zone d'interface 47 dans la deuxième plaque 44.

[0093] Après avoir circulé dans le premier conduit de circulation 19, le premier fluide sort du corps l2 de l'échangeur.

Plus précisément, le premier fluide passe à travers les premières ouvertures de sortie 35 de la deuxième face 32 du corps.

Le fluide passe à travers les troisièmes orifices 55 du deuxième distributeur de fluide 42 et pénètre dans le compartiment de sortie du deuxième collecteur 4.

Le premier fluide est extrait de l'échangeur thermique via la troisième tubulure de sortie de fluide 9 et la quatrième tubulure de sortie de fluide 10.

[0094] Simultanément, le deuxième fluide est injecté dans l'échangeur thermique à spirales 1 via la deuxième tubulure d'entrée de fluide 8 (flèche B).

Le deuxième fluide est injecté dans le compartiment d'entrée du deuxième collecteur 4.

Le deuxième fluide passe à travers les quatrièmes orifices 56 du deuxième distributeur de fluide 42 et pénètre dans le corps 12 de l'échangeur.

Plus précisément, le deuxième fluide pénètre dans le deuxième conduit de circulation 20 à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée 36 de la deuxième face 32 du corps.

La plaque 44 du deuxième distributeur 42 empêche la pénétration du deuxième fluide dans le premier conduit de circulation 19, ce qui évite que les deux fluides ne se mélangent.

[0095] Le deuxième fluide circule à l'intérieur du deuxième conduit de circulation 20.

La trajectoire du deuxième fluide présente d'une part une composante de translation parallèle à l'axe longitudinal X de l'échangeur, et d'autre part une composante de rotation autour de l'axe X.

En effet, le deuxième fluide est contraint, pour circuler depuis les quatrièmes orifices 56 du deuxième distributeur 42 jusqu'aux deuxièmes orifices 54 du premier distributeur 41, de tourner autour de l'axe X.

Plus précisément, le deuxième fluide est contraint de tourner d'un angle d'environ 90 degrés pour parcourir une trajectoire allant d'une quatrième zone d'interface 48 dans la deuxième plaque 44 jusqu'à une deuxième zone d'interface 46 dans la première plaque 43.

[0096] Dans l'exemple illustré sur la figure 7, le deuxième fluide circule ainsi à contre- courant du premier fluide.

Pendant cette circulation, un échange de chaleur se produit entre les fluides à travers la première tôle 15 et la deuxième tôle 16.

[0097] Après avoir circulé dans le deuxième conduit de circulation 20, le deuxième fluide sort du corps 12 de l'échangeur.

Plus précisément, le deuxième fluide passe à travers les deuxièmes ouvertures de sortie 34 de la première face 31 du corps.

Le deuxième fluide passe à travers les deuxièmes orifices 54 du premier distributeur de fluide 41 et pénètre dans le compartiment de sortie du premier collecteur 3.

Le deuxième fluide est extrait de l'échangeur thermique via la première tubulure de sortie de fluide 6 et la deuxième tubulure de sortie de fluide 7.

[0098] Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 8 à 10, l'échangeur thermique 1 représenté comprend plusieurs étages d'échangeur thermique. 12

[0099] L'échangeur thermique 1 comprend ainsi plusieurs étages d'échangeur thermique 2A à 2E, un premier collecteur d'extrémité 3, un deuxième collecteur d'extrémité 4 et des tubulures d'entrée et de sortie de fluide 5 à 10.

[0100] Chaque étage d'échangeur thermique 2A à 2E est identique à l'étage d'échangeur thermique 2 de l'échangeur thermique de la figure 1.

En particulier, chaque étage d'échangeur thermique 2A à 2E comprend une pièce centrale 11, un corps 12 et un carter 13.

[0101] Les étages d'échangeur thermique 2A à 2E sont empilés les uns sur les autres le long de l'axe X.

Chaque étage d'échangeur thermique est fixé à étage d'échangeur thermique adjacent.

A cet effet, la deuxième bride annulaire de carter 24 de l'étage d'échangeur thermique est fixée à la première bride annulaire de carter 23 de l'étage d'échangeur thermique adjacent, par exemple par boulonnage.

[0102] De plus, comme illustré sur la figure 9, l'échangeur thermique comprend plusieurs distributeurs de fluide 41 et 42.

Chaque distributeur de fluide 41, 42 est interposé entre un étage d'échangeur thermique et un étage d'échangeur thermique adjacent dans l'empilement.

Chaque distributeur de fluide 41 est identique au premier distributeur de fluide 41 de l'échangeur thermique 1 de la figure 1.

Chaque distributeur de fluide 42 est identique au deuxième distributeur de fluide 42 de l'échangeur thermique 1 de la figure 1.

[0103] En outre, chaque distributeur de fluide 42 est identique à chaque distributeur de fluide 41, excepté que les distributeurs de fluide 42 sont décalés angulairement par rapport aux distributeurs de fluide 41 autour de l'axe X.

Plus précisément, les distributeurs de fluide 42 sont décalés angulairement par rapport aux distributeurs de fluide 41 de 180 degrés autour de l'axe X.

[0104] L'échangeur thermique 1 illustré sur les figures 8 à 10 comprend 5 étages d'échangeur thermique.

Toutefois, l'échangeur thermique pourrait comprendre un nombre différent d'étages d'échangeur thermique en fonction des besoins.

[0105] L'échangeur thermique 1 représenté comprend un premier distributeur de fluide 41 disposé entre le premier collecteur 3 et le premier étage d'échangeur thermique 2A.

Le premier distributeur de fluide 41 est disposé en contact avec la première face 31 du premier échangeur thermique 2A.

[0106] L'échangeur thermique 1 comprend un deuxième distributeur de fluide 42 disposé entre le premier étage d'échangeur thermique 2A et le deuxième étage d'échangeur thermique 2B.

Le deuxième distributeur de fluide 42 est disposé en contact avec la deuxième face 32 de le premier étage d'échangeur thermique 2A et en contact avec la première face 31 du corps du deuxième étage d'échangeur thermique 2B.

[0107] L'échangeur thermique 1 comprend un troisième distributeur de fluide 41 disposé entre le deuxième étage d'échangeur thermique 2B et le troisième étage d'échangeur 13 thermique 2C.

Le troisième distributeur de fluide 41 est disposé en contact avec la deuxième face 32 du corps du deuxième étage d'échangeur thermique 2B et en contact avec la première face 31 du corps du troisième étage d'échangeur thermique 2C.

[0108] L'échangeur thermique 1 comprend un quatrième distributeur de fluide 42 disposé entre le troisième étage d'échangeur thermique 2C et le quatrième étage d'échangeur thermique 2D.

Le quatrième distributeur de fluide 42 est disposé en contact avec la deuxième face 32 du corps du troisième étage d'échangeur thermique 2C et en contact avec la première face 31 du corps du quatrième étage d'échangeur thermique 2D.

[0109] L'échangeur thermique 1 comprend un cinquième distributeur de fluide 41 disposé entre le quatrième étage d'échangeur thermique 2D et le cinquième étage d'échangeur thermique 2E.

Le cinquième distributeur de fluide 41 est disposé en contact avec la deuxième face 32 du corps du quatrième étage d'échangeur thermique 2D et en contact avec la première face 31 du corps du cinquième étage d'échangeur thermique 2E.

[0110] L'échangeur thermique 1 illustré sur les figures 8 à 10 comprend un sixième dis- tributeur de fluide 42 disposé entre le cinquième étage d'échangeur thermique 2E et le deuxième collecteur 4.

Le sixième distributeur de fluide 42 est disposé en contact avec la deuxième face 32 du corps du cinquième étage d'échangeur thermique 2E.

[0111] Comme illustré sur la figure 10, en fonctionnement, le premier fluide est injecté dans l'échangeur thermique 1 via la première tubulure d'entrée de fluide 5 (flèche A).

Le premier fluide est injecté dans le compartiment d'entrée du premier collecteur 3.

Le premier fluide passe à travers les premiers orifices 53 du premier distributeur de fluide 41 et pénètre dans le corps 12 du premier étage d'échangeur thermique 2A.

[0112] Le premier fluide passe successivement à travers chaque étage d'échangeur thermique 2A à 2E.

[0113] Après avoir circulé dans chaque étage d'échangeur thermique de l'empilement, le fluide passe à travers les troisièmes orifices 55 du sixième distributeur de fluide 42 et pénètre dans le compartiment de sortie du deuxième collecteur 4.

Le premier fluide est extrait de l'échangeur thermique via la troisième tubulure de sortie de fluide 9 et la quatrième tubulure de sortie de fluide 10.

[0114] De même, le deuxième fluide est injecté dans l'échangeur thermique 1 via la deuxième tubulure d'entrée de fluide 8 (flèche B).

Le deuxième fluide est injecté dans le compartiment d'entrée du deuxième collecteur 4.

Le deuxième fluide passe à travers les quatrièmes orifices 56 du sixième distributeur de fluide 42 et pénètre dans le corps 12 du cinquième étage d'échangeur thermique 2E.

[0115] Le deuxième fluide passe successivement à travers chaque étage d'échangeur thermique 2E à 2A.

[0116] Après avoir circulé dans chaque étage d'échangeur thermique de l'empilement, le deuxième fluide passe à travers les deuxièmes orifices 54 du premier distributeur de 14 fluide 41 et pénètre dans le compartiment de sortie du premier collecteur 3.

Le deuxième fluide est extrait de l'échangeur thermique via la première tubulure de sortie de fluide 6 et la deuxième tubulure de sortie de fluide 7.

[0117] A chaque passage dans l'un des étages d'échangeur thermique 2A à 2E, le premier fluide est contraint de par le positionnement des distributeurs 41 et 42 de tourner autour de l'axe X.

[0118] De même, à chaque passage dans l'un des étages d'échangeur thermique 2E à 2A, le deuxième fluide est contraint de par le positionnement des distributeurs 41 et 42 de tourner autour de l'axe X.

[0119] Cette rotation des fluides autour de l'axe longitudinal X provoque un allongement de la trajectoire de chaque fluide à travers chaque étage d'échangeur thermique.

Cela augmente l'efficacité de l'échange de chaleur entre les deux fluides.

Toutefois les pertes de charges provoquées par cette mise en rotation sont minimales.

[0120] Il est possible de faire varier le nombre d'étages d'échangeur thermique, en fonction des besoins.

[0121] Il est possible d'ajouter un ou plusieurs étages d'échangeur thermique à un échangeur thermique préexistant.

[0122] Il est également possible de concevoir un échangeur dans lequel les étages d'échangeur thermique présentent des dimensions différentes.

Par exemple, l'espacement entre les tôles enroulées en spirales peut être différent d'un étage à l'autre.

Par exemple, les étages peuvent présenter des dimensions mesurées le long de l'axe X différentes entre les étages.

En outre, les étages peuvent comprendre des corps formés à partir de matériaux différents.

[0123] Il est également possible de concevoir un échangeur thermique dans lequel les étage d'échangeur thermique diffèrent les uns des autres et sont adaptés à la transformation progressive des fluides qui circulent à travers les étages.

Par exemple, les étages d'échangeur thermique peuvent être fabriqués dans des matériaux différents les uns des autres.

Ils peuvent en outre présenter des géométries différentes (par exemple des espacements différents entre les tôles).

[0124] L'échangeur thermique proposé présente l'avantage qu'il est possible de modifier ou de remplacer un seul étage de l'échangeur thermique, sans modifier les autres étages.

Cela facilite l'entretien de l'échangeur.

Chaque étage peut être facilement démonté, nettoyé ou remplacé.

[0125] Il est également possible d'intercaler un étage de traitement intermédiaire entre deux étages d'échangeur thermique, par exemple un étage de pulvérisation permettant d'injecter une composition (composition de nettoyage de l'échangeur ou réactif destiné à être mélangé avec l'un des deux fluides circulant dans l'échangeur thermique pour produire une réaction), un étage de catalyse, un étage de séparation (plateau de frac- tionnement, garnissage ou rectification).

[0126] En outre, l'échangeur thermique proposé est adapté pour traiter des fluides contenant une phase gazeuse, ou des fluides qui subissent un changement d'état au cours de leur traitement à l'intérieur de l'échangeur thermique.

[0127] Par exemple, l'échangeur thermique proposé peut être utilisé pour traiter :

[0128] - un premier fluide, qui contient une fraction importante de phase gazeuse, à une tem- pérature élevée (par exemple de l'ordre de 409° Celsius) en entrée de l'échangeur, et contient une fraction majoritaire de phase liquide, à une température plus faible (par exemple 150° Ccsisus) en sortie de l'échangeur, et

[0129] - un deuxième fluide, qui contient une fraction très faible de phase gazeuse (par exemple 0,07% en poids de gaz), à une température faible (par exemple de l'ordre de 74° Celsius) en entrée de l'échangeur, et contient une fraction majoritaire de phase gazeuse, à une température élevée (par exemple 370° Celsius) en sortie de l'échangeur.

[0130] On notera que dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, le premier fluide et le deuxième fluide circulent à travers l'échangeur dans des sens de circulation opposés le long de l'axe X.

Il est toutefois possible de prévoir que les deux fluides circulent dans des sens de circulation identiques, sans modifier la structure de l'échangeur.

16 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]

Claims (1)

1. REVENDICATIONSEchangeur thermique (1) comprenant un corps (12) formé d'au moins deux tôles (15, 16) enroulées autour d'un axe (X), les tôles (15, 16) incluant une première tôle (15) et une deuxième tôle (16) délimitant entre elles un premier conduit de circulation (19) d'un premier fluide et un deuxième conduit de circulation (20) d'un deuxième fluide, la première tôle (15) et la deuxième tôle (16) présentant des bords définissant une première face (31) du corps (12) et une deuxième face (32) du corps (12), opposée à la première face (31), la première face (31) et la deuxième face (32) s'étendant transversalement à l'axe (X), dans lequel la première face (31) présente des premières ouvertures d'entrée (33) pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps (12) vers le premier conduit de circulation (19), et la deuxième face (32) présente des premières ouvertures de sortie (36) pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation (19) vers l'extérieur du corps (12), et dans lequel l'une de la première face (31) et de la deuxième face (32) présente des deuxième ouvertures d'entrée (35) pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis l'extérieur du corps (12) vers le deuxième conduit de circulation (20), et l'autre de la première face (31) et de la deuxième face (32) présente des deuxième ouvertures de sortie (34) pour autoriser une circulation du deuxième fluide depuis le deuxième conduit de circulation (20) vers l'extérieur du corps (12). Echangeur thermique (1) selon la revendication 1, comprenant en outre un premier distributeur de fluide (41) comprenant une première plaque (43) en contact avec la première face (31), la première plaque (43) présentant une première zone d'interface (45) présentant des orifices (53), les orifices (53) de la première zone d'interface (45) étant agencés pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps (12) vers le premier conduit de circulation (19) à travers les premières ouvertures d'entrée (33) de la première face (31), et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxième ouvertures de sortie (34) de la première face (31). Echangeur thermique (1) selon la revendication 2, dans lequel la première plaque (43) présente une deuxième zone d'interface (46) présentant des orifices (54), les orifices (54) de la deuxième zone 17 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] d'interface (46) étant agencés pour autoriser une circulation du deuxième fluide entre l'extérieur du corps (12) et le deuxième conduit de circulation (20) à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxièmes ouvertures de sortie (34) de la première face (31), et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures d'entrée (53) de la première face (31). Echangeur thermique (1) selon les revendications 2 et 3, dans lequel l'image de chaque orifice (53) de la première zone d'interface (45), par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice de la deuxième zone d'interface (46). Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un deuxième distributeur de fluide (42) comprenant une deuxième plaque (44) en contact avec la deuxième face (32), la deuxième plaque (44) présentant une troisième zone d'interface (47) présentant des orifices (55), les orifices (55) de la troisième zone d'interface (47) étant agencés pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier conduit de circulation (19) vers l'extérieur du corps (12) à travers les premières ouvertures de sortie (35) de la deuxième face (32), et pour empêcher une circulation du deuxième fluide à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxième ouvertures de sortie (53) de la deuxième face (32). Echangeur thermique (1) selon la revendication 5, dans lequel la deuxième plaque (44) présente une quatrième zone d'interface (48) présentant des orifices (56), les orifices (56) de la quatrième zone d'interface (48) étant agencés pour autoriser une circulation du deuxième fluide entre le deuxième conduit de circulation (20) et l'extérieur du corps (12) à travers les deuxièmes ouvertures d'entrée ou les deuxièmes ouvertures de sortie (36) de la deuxième face (32), et pour empêcher une circulation du premier fluide à travers les premières ouvertures de sortie (35) de la deuxième face (32). Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel l'image de chaque orifice (55) de la troisième zone d'interface (47), par une rotation de 180 degrés autour de l'axe X, coïncide avec une portion sans orifice de la quatrième zone d'interface (48). Echangeur thermique (1) selon l'une des revendications 2 à 4 et l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le premier distributeur (41) et le deuxième distributeur (42) sont identiques, le deuxième distributeur (42) étant décalé angulairement par rapport au premier distributeur (41) 18 [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] autour de l'axe (X) du corps (12). Echangcur thermique (1) selon la revendication 8, dans lequel le deuxième distributeur (42) est décalé angulairement par rapport au premier distributeur (41) de 180 degrés autour de l'axe (X) du corps (12). Echangcur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la première tôle (15) et de la deuxième tôle (16) sont enroulées en spirale autour de l'axe (X) du corps (12). Echangcur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant une pluralité d'étages d'échangeur (2A-2B), une pluralité de distributeurs de fluide (41, 42) incluant un premier distributeur de fluide (41) et un deuxième distributeur de fluide (42), chaque étage d'échangeur (2A-2B) comprenant un corps (12) disposé entre deux des distributeurs de fluide (41, 42). Echangcur thermique (1) selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant : - un premier collecteur d'extrémité (3), - un deuxième collecteur d'extrémité (4), - une première tubulure d'entrée (5) du premier fluide propre à être raccordée à un premier conduit d'amenée du premier fluide pour amener le premier fluide vers le premier collecteur de fluide (3), - une deuxième tubulure d'entrée (8) propre à être raccordée à un deuxième conduit d'amenée du deuxième fluide pour amener le deuxième fluide vers l'un du premier collecteur de fluide (3) et du deuxième collecteur de fluide (4), - une première tubulure de sortie (9, 10) du premier fluide propre à être raccordée à un troisième conduit d'extraction du premier fluide pour extraire le premier fluide depuis le deuxième collecteur de fluide (4), - une deuxième tubulure de sortie (6, 7) propre à être raccordée à un quatrième conduit d'extraction du deuxième fluide pour extraire le deuxième fluide depuis l'autre du premier collecteur de fluide (3) et du deuxième collecteur de fluide (4).