LU81964A1 - Appareil pour distribuer un liquide sous la forme d'un film dans des tuyaux verticaux - Google Patents

Description

i j l

La présente invention concerne un appareil pour distribuer un liquide sous la forme d'un film sur la paroi Intérieure des tubes verticaux. Plus particulièrement, la présente Invention concerne un appareil pour distribuer un 5 liquide sous la forme d'un film sur la paroi intérieure d'échangeurs de chaleur à film.

On pentionneparticulièrement la disbribution , ous la forme d’un film dans les appareils mettant en jeu un transfert de chaleur, cela simplement parce que l'appareil à film 10 trouve son application principale dans l'extraction ou dans la fourniture de chaleur mais, bien entendu, la présente invention ne se limite pas à ceci.

Un système connu pour effectuer un transfert de chaleur avec évaporation partielle d'une phase liquide ou avec 1^ absorption d'une phase vapeur ou gazeuse dans une phase liquide est celui connu comme étant le système à film mince tombant.

Ce système consiste à créer, sur la paroi Intérieure d’un certain nombre de tubes qui sont disposés de manière que leurs axes soient verticaux et qui constituent la 20 surface de transfert de chaleur, une couche uniforme de liquide adhérant aux parois et s’écoulant du haut vers le bas sous la force de la pesanteur.

Un tel appareil consiste en un accumulateur de liquide supérieur comportant, comme base, la plaque tubulaire 25 supérieure du faisceau de tubes, un faisceau de tubes verticaux, et un récepteur de liquide disposé sous le faisceau de tubes et dont la paroi supérieure ou "toit" est formée par la plaque i tubulaire inférieure du faisceau.

L’extrémité supérieure des tubes, extrémité 30 qui forme l'orifice d'entrée pour le liquide, n’est pas laissée libre car, dans ce cas, le liquide aurait tendance à se répandre au-delà des parois au lieu de former un film régulier sur ces dernières. L’orifice d'entrée des tubes doit par conséquent être pourvu d’un distributeur approprié pour favoriser la 35 formation d’un film.

Ces distributeurs se présentent normalement sous la forme de parties de tuyau comportant dans leur partie i supérieure une série de trous ou fentes disposés tangentiel- jr <r i ; 2 ‘ lement et à travers lesquels le liquide s'écoule, ce liquide, du fait qu'il est soumis à un mouvement de rotation, tendant à mouiller la totalité de la circonférence intérieure de la partie de tuyau et, de ce fait, la surface intérieure du tube 5 quand ledit liquide tombe.

i Si ces parties de tuyau ne sont pas eorrecte- I ment conçues, il peut arriver qu'une partie du liquide forme i dans la section intérieure du tube des gouttelettes qui n'adhè- \ rent pas à la paroi. Ces parties de tuyau ont aussi tendance 5 110 inévitablement à occuper un segment important de la partie supérieure du tube, segment qui est de ce fait perdu pour jl l'échange de chaleur.

Un autre inconvénient de ce. type de partie de tuyau, inconvénient qui se manifeste lorsque l’échangeur de 15 chaleur travaille en présence de liquides corrosifs, est I l'apparition dans les tubes d'une corrosion importante, cela jj dans la région située immédiatement au-dessus de l'extrémité inférieure desdites parties de tuyau. Il en est ainsi en j: il raison de la formation d'une turbulence à l'endroit de la j 20 dénivellation du liquide à l'endroit situé entre la paroi de la partie de tuyau et la paroi du tube.

I Un autre inconvénient important est le prix de | fabrication déterminé par la complexité de la forme à donner ' et par l'usinage précis nécessaire pour percer dans la partie < 25 de tuyau des trous dont les orifices Intérieurs sont tangen-tiels à la surface cylindrique ou conique intérieure de la | partie de tuyau.

t * L'appareil de distribution de film liquide selon la présente invention remédie de façon surprenante aux 30 inconvénients précités. Cet appareil peut aussi fonctionner avec de grandes variations de débit en assurant une formation parfaite de film sur la paroi intérieure des tubes aussi bien pour les débits élevés que pour les très faibles • débits, tels que ceux qui se produisent pendant les périodes 35 de fonctionnement transitoires ou pendant les opérations i - d'entretien spéciales effectuées à des fins de nettoyage, comme par exemple un lavage avec des produits chimiques.

L'appareil selon la présente invention consiste en un élément cylindrique plein que l'on introduit à la manière -Λ *>* *2 d'un bouchon ou obturateur dans chacun des tubes à l'endroit de la plaque tubulaire supérieure du faisceau de tubes de l'appareil de transfert de chaleur à tubes verticaux. L'élément cylindrique comporte, à son extrémité supérieure, un 5 rebord ou épaulement dont le but est de limiter la pénétration du distributeur dans le tube.

L'élément cylindrique est pourvu, à son extrémité inférieure, c'est-à-dire à l'extrémité opposée à celle où se trouve 1’épaulement, d'ure cavité de manière à présenter 10 une arête inférieure se présentant sous la forme d'un bord .circulaire, cette cavité, qui a de préférence une forme tron-conique, présentant une surface latérale tronconique inclinée de 20° à 60° de préférence 45°, par rapport à l'axe de l'élément cylindrique et comportant un fond plat.

15 Des rainures sont formées dans la surface laté rale de l'élément cylindriq\ie, le nombre de ces rainures variant entre un minimum de deux et un maximum qui dépend des dimensions de l'élément et, par conséquent, du tube sur lequel ledit élément est monté, et qui, d'une façon générale, n'est 20 en aucun cas supérieure à vingt.

Les rainures sont également ménagées dans le rebord ou épaulement.

Les rainures s'étendent hélïeoïdalement sur la surface extérieure de l'élément cylindrique suivant un pas 25 qui correspond à une inclinaison des spires compris entre 180° et 18°.

Ces rainures ont de préférence une section droite retangulaire, mais des sections droites en forme de segments polygonaux ou circulaires peuvent également être JO choisies.

La profondeur maximale des rainures est comprise entre 0,05 et 10 mm et est inférieure à l'épaisseur du bord circulaire de base.

Le fonctionnement de l'appareil est le suivant.

J5 Le liquide se trouvant sur la plaque tubulaire supérieure du faisceau tubulaire vertical pénètre dans les conduits formés par la rainure et la surface intérieure du ! tube dans le-quel l'élément cylindrique a été introduit, - ^ ***

~T

4 ' i circule d'un bout àl'autre cUdit conduit et est distribué sous la forme d'un film sur le tube en dessous de l'élément cylindrique.

On va décrire ci-après la présente invention en se référant au dessin annexé sur lequel : S la figure 1 est une vue en coupe verticale du système de transfert de chaleur avec tous ses éléments ! ».

j constitutifs; j la figure 2 est une coupe simplifiée tracés suivant ! A-A de la figure 3; j 10 la figure 3 est une vue en plan et la figure 4, un ί vue de côté du distributeur selon la présente invention.

la figure 1 montre l'accumulateur de liquide supérieur 1 dont la base est formée par la'plaque tubulaire supérieure 2, le faisceau de tubes 3 constitué par les tubes 15 verticaux, et le récepteur 5 qui est destiné au liquide arrivant du faisceau de tubes et qui est fixé à la plaque tubu laire inférieure 4. Les distributeurs de liquide 6 sont introduits dans l'orifice supérieur des tubes verticaux.

Les détails de construction du distributeur j 20 selon la présente invention sont représentés sur les figures 2, 3 et 4. Le distributeur est constitué essentiellement par un élément cylindrique 8 qui est introduit, avec des tolérances serrées et légèrement à force, à fond dans l'extrémité supérieure des tubes verticaux et comprend à son extrémité supé-25 rieure un rebord ou épaulement 9 dont le but est de limiter avec exactitude la pénétration du distributeur dans le tube.

Î" L'extrémité inférieure du distributeur comporte une cavité tronconicue ]0 dont la surface latérale 11 est inclinée 5 1 de 45° ou de tout autre angle et dont le fond 12 est plat.

I 30 La figure 2 est une coupe simplifiée tracée suivant ;; A-Ä de la figure 3, c'est-à-dire sans les rainures 13 de ' décharge de liquide.

La figure 3 est une vue en plan du distributeur complet avec les rainures 13 qui apparaissent dans la vue 35 de côté de la figure 4,

Les rainures 13 sont de préférence au nombre de six, mais ce nombre peut être plus grand ou moins grand i f j selon les exigences.

- 5 ' La pente des rainures est normalement de 45°, mais cet angle peut être supérieur ou plus petit selon les conditions de fonctionnement requises.

Le fait que le liquide est déjà en contact 5 avec la surface du tube sur l’extérieur des rainures évite le problème que l'on rencontre dans fes parties de tube de distribution classiques et que soulève la dénivellation ou gradin qui apparaît dans le film liquide entre la partie de tuyau et le tube à l’extrémité inférieure de ladite partie de 10 tuyau et qui, dans le cas des liquides corrosifs, est accompagné du phénomène de corrosion dû à la turbulence, comme on l'a mentionné précédemment.

Un nombre de six rainures, .toutes disposées suivant une pente de 45°, est considéré comme la conception 15 optimale pour obtenir une continuité du film de liquide dans l’espace extrêmement faible en dessous du distributeur. En outre, le distributeur est introduit dans le tube, mais uniquement sur une faible distance, de sorte que la somme de cette distance et de la distance requise pour former le film 20 continu ne dépasse pas l'épaisseur normale de la plaque tubulaire et, par conséquent, la surface de transfert de chaleur n'est pas diminuée.

La présence sur le fond du distributeur de la cavité tronconique 10 avec sa surface latérale normalement 25 inclinée à 4.5° empêche tout danger de circulation de liquide en direction du centre du tube par adhérence superficielle au fond du distributeur, circulation d'où il résulterait " qu’une partie du liquide ne formerait pas le film liquide.

Le bord circulaire présent à la base de la 30 cavité doit toujours être plus épais que la profondeur des rainures, de manière que le fonctionnement requis ait lieu à coup sûr.

Les figures 2, 3 et 4 mettent en évidence la robustesse intrinsèque de la conception du distributeur en 35 meme temps que la simplicité de construction de ce dernier, simplicité qui a pour conséquence un prix de fabrication très ^ faible.

6

Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et nullement limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente inven- 5 tion.

—> — / / * / ,/ ;! I * .

T

il ii il

J

• ü fl ‘1 îj i ! i if ;| i: s i j ! i i i ! I; i | j i 1¾ ».

il, i " il !„ i..

f, jf;

Claims (6)

1. 7
2. 1, Appareil pour distribuer un liquide sous forme d'un film sur la paroi intérieure de tubes verticaux, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un élément ^ cylindrique plat introduit sous la forme d'un bouchon ou obturateur dans chaque tube à l'endroit de la plaque tubulaire supérieure du faisceau de tubes, ledit élément cylindrique étant pourvu,à son extrémité supérieure, d'un rebord ou épau-lement, à son extrémité inférieure, d'une cavité formant un ^0 rebord circulaire à sa base.et, dans sa surface extérieure, de rainures hélicoïdales qui sont également ménagées dans le * rebord et qui ont une profondeur inférieure à l'épaisseur du bord circulaire.
3. 2. Appareil suivant la revendication 1, carac-2_5 térisé par le fait que les rainures hélicoïdales ont un pas qui correspond à une inclinaison de spire comprise entre 180° et 18°. J), Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les rainures hélicoïdales ont une 2q section droite en forme de segment polygonal ou circulaire et, de préférence, en forme de rectangle.
4. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le nombre des rainures hélicoïdales est compris entre deux et vingt.
5. 5. Appareil suivant la revendication 1, carac térisé par le fait que les rainures hélicoïdales ont une profondeur maximale de 10 mm. ♦
6. 6. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la cavité a une forme tronconique, sa surface latérale tronconique étant inclinée entre 20° et 60e, de préférence 45°, et a un fond plat, /