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EP1811256B1 - Installation déchange thermique - Google Patents

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Publication number
EP1811256B1
EP1811256B1 EP06291971A EP06291971A EP1811256B1 EP 1811256 B1 EP1811256 B1 EP 1811256B1 EP 06291971 A EP06291971 A EP 06291971A EP 06291971 A EP06291971 A EP 06291971A EP 1811256 B1 EP1811256 B1 EP 1811256B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
open ends
outlets
installation according
inlets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP06291971A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1811256A1 (fr
Inventor
Pierre-Xavier Bussonnet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfa Laval Packinox SAS
Original Assignee
Alfa Laval Packinox SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfa Laval Packinox SAS filed Critical Alfa Laval Packinox SAS
Publication of EP1811256A1 publication Critical patent/EP1811256A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1811256B1 publication Critical patent/EP1811256B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0006—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/0075—Supports for plates or plate assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange system between fluids, for cooling a first fluid by heat exchange with a second fluid.
  • Heat exchange systems which comprise a sealed enclosure in which is placed a bundle of plates arranged parallel to each other.
  • the document EP-A-1 153 653 discloses such an installation.
  • Plates made of thin sheet most often made of stainless steel, have edges with a smooth surface and a central part provided with corrugations by means of which they are in contact with one another and by which they delimit channels forming contact circuits. circulation of independent fluids.
  • This type of plate bundle heat exchanger operates with various fluids, such as liquids or gases or a biphasic mixture.
  • each plate heat exchanger consists of a sealed chamber in which is disposed a bundle of plates delimiting two independent circuits.
  • the circuits of the various bundles of plates are interconnected by connecting lines which pass through each chamber in a sealed manner so as to achieve a continuous flow of the main fluid in the various bundles of plates.
  • the connecting lines between the different exchangers for the transfer of fluids between these exchangers constitute unnecessary and parasitic pressure drop zones and constitute areas of loss of calories thereby decreasing the efficiency of the heat exchange system.
  • thermal exchange systems which comprise a sealed enclosure in which are arranged several bundles of plates each connected to means of arrival and discharge of the fluids.
  • the plate bundles are rigidly connected to the sealed enclosure which poses problems when the temperature differential between the two fluids is important, for example, of the order of several hundred degrees.
  • the object of the invention is to avoid these drawbacks by proposing a compact heat exchange installation and which makes it possible to perform a heat exchange between fluids having a large temperature difference.
  • the subject of the invention is therefore a heat exchange installation between fluids, of the type comprising a vertical and elongated sealed enclosure, means for heat exchange between the fluids and means of arrival and evacuation.
  • a first and a second fluid characterized in that the heat exchange means comprise bundles of plates each formed of a stack of horizontal plates delimiting between them two circulation circuits of the two fluids against the current and distributed in star around a tubular central collector, concentric with the enclosure and in that each bundle of plates has a front vertical wall fixed on the central collector and provided with inlets and outlets for each of said fluids and a free rear vertical wall provided with inputs and outputs from each of these fluids, each plate bundle being in sliding abutment on a support member integral with the enclosure.
  • This heat exchange installation is intended for example to cool the first fluid A by the second fluid B.
  • the heat exchange installation shown in the figures comprises a watertight enclosure 1 of elongated shape and section for example circular.
  • This sealed enclosure 1 is provided with support members, no shown, intended to rest on a receiving surface and this sealed chamber 1 is preferably arranged vertically.
  • the chamber 1 comprises a cylindrical central portion 2 provided with a cover 3 and a bottom 4, for example of hemispherical shape.
  • the installation comprises a central collector 10 tubular and concentric with the chamber 1 and defining with this chamber 1 an annular space 5.
  • This collector 10 has a central portion 11 of generally cylindrical shape provided with a cover 12 and a bottom 13 each having the shape of a spherical cap.
  • At the level of the cover 12 of this manifold 10 opens means for the arrival of the first fluid A which consist of at least one tubing 14 passing through the cover 3 of the sealed enclosure 1 and provided with at least one expansion compensator 15.
  • the annular space 5 delimited between the central collector 10 and the sealed enclosure 5 is connected to means for supplying the second fluid B which are formed by at least one tubing 16 passing through the cover 3 of this sealed enclosure 1.
  • the installation comprises means of heat exchange between the fluids A and B which comprise bundles of plates 20 arranged in the annular space 5 formed between the central collector 10 and the sealed enclosure 1.
  • each plate bundle 20 is distributed in a star around the central collector 10 and are not, for example, eight in number.
  • each plate bundle 20 has a generally parallelepipedal shape and is formed by a stack of horizontal plates 21, metal, thin and for example stainless steel. These plates 21 are provided with corrugations, not shown. The plates 21 of each bundle of plates 20 delimit between them two circulation circuits, respectively for the fluids A and B, against the current.
  • each plate bundle 20 has a front vertical wall 22 fixed to the central portion 11 of the collector 10, a rear vertical wall 23 free and opening into the annular space 5 and two side walls 24 extending perpendicularly to said central portion 11 of the collector 10.
  • each plate bundle 20 rests, at its lower part, on a support member 25 integral with the sealed enclosure 1.
  • Each support member 25 is formed by a horizontal plate 25a on which the lower part of the beam slides.
  • corresponding plates 20 and a vertical plate 25b extending perpendicularly to said horizontal plate 25a.
  • the front wall 22 is provided with inputs and outputs for the fluids A and B which are formed, for each circuit, by an alternating superposition of open ends 26a and 26b, respectively for the first fluid A and for the second fluid B, or closed 27a and 27b respectively for the first fluid A and the second fluid B.
  • the open ends 26a of the inputs of the circuit for the first fluid A are located in the center of the front wall 22 and the open ends 26b of the outputs of the circuit for the second fluid B are located on the lateral edges of this front wall 22.
  • the ends open 26a of the first fluid A open into the central collector 10 and are, therefore, connected to the inlet manifold 14 of said first fluid A.
  • the open ends 26b of the outlets of the second fluid B from the lateral edges of the front walls 22 of two adjacent plate bundles 20 are interconnected, as shown in FIGS. Figs. 3 and 4 by an annular collector 30 concentric with the central collector 10.
  • This annular collector 30 comprises, at its lower part, a hemispherical cap 31 surrounding the bottom 13 of the central collector 10.
  • This hemispherical cap 31 is connected to the means for discharging the second fluid B which consist of at least one tubing 32 passing through the enclosure 1 at its lower part, as shown on the Figs. 1 and 3 .
  • This tubing 32 is provided with at least one expansion compensator 33.
  • each plate bundle 20 has inputs and outputs for each of the fluids and which are formed for each circuit by an alternating superimposition open ends 28a and 28b, respectively for the first fluid A and the second fluid B, or closed ends 29a and 29b respectively for the first fluid A and the second fluid B.
  • the open ends 28b of the inputs of the circuit for the second fluid B are located in the center of the rear wall 23 and the open ends 28a of the outlets for the first fluid A are located on the lateral edges of this rear wall 23.
  • the open ends 28b of the inputs of the second fluid B open into the annular space 5 formed between the collector 10 and the sealed chamber 1 which itself communicates directly with the tubing 16 of the second fluid B in this annular space 5.
  • each vertical row of open ends 28a of the first fluid A outlets is capped by the manifold 35 and each manifold 35 is extended, at its upper part, by at least one pipe 36 provided with at least one expansion compensator 37.
  • Each pipe 36 is connected to a collector ring 40 itself connected to the means for discharging the first fluid A which are formed by at least one pipe 41 passing through the cover 3 of the sealed enclosure 1.
  • the open ends 28b of the inputs of the second fluid B may be located on the lateral edges of the rear wall 23 and the open ends of the outlets 28a for the first fluid A may be located in the center of this rear wall. 23.
  • the vertical row of the open ends 28a of the outlets for the first fluid A of each plate bundle 20 is capped by a manifold 35 connected by a pipe 36 to the collector ring 40.
  • each plate bundle 20 has, on each of its sidewalls 24, a vertical baffle extending in the direction of the adjacent plate bundle.
  • the free edges 45a of two adjacent deflectors overlap so as to let the second fluid B and to create around the central collector 10, a buffer zone of the second fluid B.
  • a deflector 46 is placed around the inlet pipe 14 of the first fluid A and a deflector 47 is also placed below the bundles of plates 20 between the hemispherical cap 31 of the central collector 10 and the bottom 4 of the sealed enclosure 1.
  • the first hot fluid A which is at a temperature of the order of 800 ° C enters through the inlet pipe 14 into the central collector 10, then is directed into the inlets 26a of each of the plate bundles 20 .
  • the second fluid B which is at a temperature of the order of 200 ° enters through the inlet pipe 16 into the annular space 5 formed between the central collector 10 and the sealed enclosure 1. This second fluid B is directed towards the inputs 28b of the rear wall 23 of each of the plate bundles 20.
  • the circulation of the fluids A and B in the independent circuits of each of the bundles of plates 20 causes a heat exchange between these fluids and the first fluid A thus cooled, after having passed through each of the bundles of plates 20, exits from the end ends 28a of the bundles of plates 20, and is then collected by the vertical manifolds 35.
  • This cooled first fluid A passes through the conduits 36 and enters the collector ring 40 before being evacuated from the installation by the tubing 41.
  • the second fluid B enters through the inlet pipe 16 into the sealed chamber 1 at a temperature of the order of 200 ° C.
  • This second fluid B after having filled the annular space 5, enters through the open ends 28b of the rear walls 23 of each of the plate bundles 20 and passes through each of these bundles of plates 20 against the current of the first fluid A.
  • An exchange thus, in each of the plate bundles 20, the thermal fluid is produced between the fluids A and B and the second fluid B, thus heated, is discharged from the open ends 26b.
  • each of the bundles of plates 20 then is collected by the annular collector 30 before being discharged by the space between the bottom 13 of the central collector 10 and the hemispherical cap 31, and by the tubing 32.
  • the heat exchange system according to the invention has the advantage of making it possible to concentrate the arrival of the hot fluid in the center of the sealed enclosure 1 by means of a central collector 10 and to surround this hot zone by a peripheral cold buffer zone by means of the deflectors respectively 45, 46 and 47 around the inlet pipe 14 of the hot fluid, the central collector 10 and the pipe 32 for discharging the heated fluid.
  • the heat exchange system according to the invention has the advantage, because of its design, of being compact and of having a large exchange surface, while allowing the various elements of the component to be able to expand freely from the makes a significant temperature difference between the hot fluid and the cold fluid.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une installation d'échange thermique entre des fluides, destinée à refroidir un premier fluide par échange thermique avec un second fluide.
  • On connaît des installations d'échange thermique qui comportent une enceinte étanche dans laquelle est placé un faisceau de plaques disposées parallèlement les unes aux autres. Le document EP-A-1 153 653 divulgue une telle installation.
  • Les plaques constituées de tôle fine, le plus souvent en acier inoxydable, comportent des bords à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles délimitent des canaux formant des circuits de circulation de fluides indépendants.
  • Ce type d'échangeur thermique à faisceaux de plaques fonctionne avec divers fluides, comme par exemple des liquides ou des gaz ou un mélange biphasique.
  • Avec ce type d'échangeur à plaques dans lequel les deux fluides circulent dans les circuits respectifs, il se produit un échange thermique entre ces deux fluides ce qui permet de réchauffer l'un des fluides et de refroidir l'autre fluide ou inversement.
  • Pour certaines applications industrielles, il est nécessaire d'obtenir une différence de température importante du fluide à refroidir entre son entrée et sa sortie de l'échangeur à plaques.
  • C'est pourquoi plusieurs échangeurs à plaques sont, dans ce cas, placés les uns à la suite des autres et chaque échangeur à plaques est constitué d'une enceinte étanche dans laquelle est disposé un faisceau de plaques délimitant deux circuits indépendants. Les circuits des différents faisceaux de plaques sont reliés entre eux par des conduites de liaison qui traversent chaque enceinte de manière étanche de façon à réaliser une circulation continue du fluide principal dans les différents faisceaux de plaques.
  • De ce fait, la surface au sol nécessaire à ce genre d'installation est importante et le coût pour sa fabrication et sa maintenance est également important.
  • De plus, les conduites de liaison entre les différents échangeurs pour le transfert des fluides entre ces échangeurs constituent des zones de perte de charge inutiles et parasites et constituent des zones de perte de calories diminuant ainsi les rendements de l'installation d'échange thermique.
  • Pour remédier à ces inconvénients, on connaît des installations d'échange thermique qui comportent une enceinte étanche dans laquelle sont disposés plusieurs faisceaux de plaques raccordés chacun à des moyens d'arrivée et d'évacuation des fluides.
  • Généralement, les faisceaux de plaques sont reliés de manière rigide à l'enceinte étanche ce qui pose des problèmes lorsque le différentiel de températures entre les deux fluides est important, comme par exemple, de l'ordre de plusieurs centaines de degrés.
  • En effet, cette différence de température provoque dans les faisceaux de plaques des contraintes thermiques importantes pouvant engendrer des déformations au niveau des plaques des faisceaux de plaques et des ruptures au niveau des soudures ce qui diminuent les rendements de l'installation.
  • L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant une installation d'échange thermique compacte et qui permet de réaliser un échange thermique entre des fluides présentant une différence de température importante.
  • L'invention a donc pour objet une installation d'échange thermique entre des fluides, du type comprenant une enceinte étanche verticale et de forme allongée, des moyens d'échange thermique entre les fluides et des moyens d'arrivée et d'évacuation d'un premier et d'un second fluide, caractérisée en ce que les moyens d'échange thermique comprennent des faisceaux de plaques formés chacun d'un empilement de plaques horizontales délimitant entre elles deux circuits de circulation des deux fluides à contre-courant et répartis en étoile autour d'un collecteur central tubulaire, concentrique à l'enceinte et en ce que chaque faisceau de plaques comporte une paroi verticale avant fixée sur le collecteur central et munie d'entrées et de sorties pour chacun desdits fluides et une paroi verticale arrière libre munie d'entrées et de sorties de chacun de ces fluides, chaque faisceau de plaques étant en appui glissant sur un organe de support solidaire de l'enceinte.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • les entrées et les sorties des fluides ménagées sur la paroi avant sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes et fermées, les extrémités ouvertes des entrées du circuit pour le premier fluide étant situées au centre de la paroi avant et les extrémités ouvertes des sorties du circuit pour le second fluide étant situées sur les bords latéraux de cette paroi avant,
    • les extrémités ouvertes des entrées du premier fluide débouchent dans le collecteur central relié aux moyens d'arrivée de ce premier fluide,
    • les extrémités ouvertes des sorties du second fluide des bords latéraux des parois avant des deux faisceaux de plaques adjacents sont reliées entre elles par un collecteur annulaire concentrique audit collecteur central et comportant, à sa partie inférieure, une calotte sphérique reliée aux moyens d'évacuation de ce second fluide,
    • les entrées et les sorties des fluides ménagées sur la paroi arrière sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes ou fermées, les extrémités ouvertes des entrées du circuit pour le second fluide étant situées au centre de la paroi arrière et les extrémités ouvertes des sorties pour le premier fluide étant situées sur les bords latéraux de cette paroi arrière,
    • les entrées et les sorties des fluides ménagées sur la paroi arrière sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes ou fermées, les extrémités ouvertes des entrées du circuit pour le second fluide étant situées sur les bords latéraux de la paroi arrière et les extrémités ouvertes des sorties pour le premier fluide étant situées au centre de cette paroi arrière,
    • les extrémités ouvertes des entrées du second fluide débouchent dans l'espace annulaire entre le collecteur central et l'enceinte, ledit espace annulaire étant relié aux moyens d'arrivée de ce second fluide,
    • les extrémités ouvertes des sorties du premier fluide sont coiffées par un collecteur relié par une conduite munie d'au moins un compensateur de dilatation, à un anneau collecteur raccordé aux moyens d'évacuation du second fluide, et
    • chaque faisceau de plaques comporte sur chacune de ses parois latérales, un déflecteur vertical s'étendant en direction du faisceau de plaques adjacent, les bords libres des deux déflecteurs contigus se chevauchant.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la Fig. 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une installation d'échange thermique, conforme à l'invention,
    • la Fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne 2-2 de la Fig. 1,
    • la Fig. 3 est une vue schématique en coupe longitudinale selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, montrant la circulation des fluides dans l'installation, conforme à l'invention,
    • la Fig. 4 est une vue schématique en perspective montrant la répartition des faisceaux de plaques dans l'installation d'échange thermique, conforme à l'invention, et
    • les Figs.5A et 5B sont des vues des parois respectivement avant et arrière d'un faisceau de plaques.
  • Sur les figures, on a représenté une installation destinée à réaliser un échange thermique entre un premier fluide A, dit fluide chaud, qui présente à son arrivée dans cette installation une température de l'ordre de 800°C et un second fluide B, dit fluide froid, qui présente à son arrivée dans ladite installation une température de l'ordre de 200°C.
  • Cette installation d'échange thermique est destinée par exemple à refroidir le premier fluide A par le second fluide B.
  • L'installation d'échange thermique représentée sur les figures comprend une enceinte étanche 1 de forme allongée et de section par exemple circulaire. Cette enceinte étanche 1 est munie d'organes de support, non représentés, destinés à reposer sur une surface de réception et cette enceinte étanche 1 est de préférence disposée verticalement.
  • L'enceinte 1 comporte une partie centrale 2 cylindrique munie d'un couvercle 3 et d'un fond 4, par exemple de forme hémisphérique.
  • L'installation comporte un collecteur central 10 tubulaire et concentrique à l'enceinte 1 et délimitant avec cette enceinte 1 un espace annulaire 5. Ce collecteur 10 comporte une partie centrale 11 de forme générale cylindrique munie d'un couvercle 12 et d'un fond 13 ayant chacun la forme d'une calotte sphérique.
  • Au niveau du couvercle 12 de ce collecteur 10 débouche des moyens d'arrivée du premier fluide A qui sont constitués par au moins une tubulure 14 traversant le couvercle 3 de l'enceinte étanche 1 et munie d'au moins un compensateur de dilatation 15. L'espace annulaire 5 délimité entre le collecteur central 10 et l'enceinte étanche 5 est raccordé à des moyens d'arrivée du second fluide B qui sont formés par au moins une tubulure 16 traversant le couvercle 3 de cette enceinte étanche 1.
  • Ainsi que montré notamment sur les Figs. 1, 2 et 4, l'installation comporte des moyens d'échange thermique entre les fluides A et B qui comprennent des faisceaux de plaques 20 disposés dans l'espace annulaire 5 ménagé entre le collecteur central 10 et l'enceinte étanche 1.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures, les faisceaux de plaques 20 sont répartis en étoile autour du collecteur central 10 et sont pas exemple au nombre de huit. D'une manière connue, chaque faisceau de plaques 20 présente une forme générale parallélépipédique et est formé par un empilement de plaques 21 horizontales, métalliques, de faible épaisseur et par exemple en acier inoxydable. Ces plaques 21 sont munies d'ondulations, non représentées. Les plaques 21 de chaque faisceau de plaques 20 délimitent entre elles deux circuits de circulation, respectivement pour les fluides A et B, à contre-courant.
  • Ainsi que montré notamment sur les Figs. 2 et 4, chaque faisceau de plaques 20 comporte une paroi verticale avant 22 fixée sur la partie centrale 11 du collecteur 10, une paroi verticale arrière 23 libre et débouchant dans l'espace annulaire 5 et deux parois latérales 24 s'étendant perpendiculairement à ladite partie centrale 11 du collecteur 10.
  • Comme montré à la Fig. 4, chaque faisceau de plaques 20 repose, à sa partie inférieure, sur un organe de support 25 solidaire de l'enceinte étanche 1. Chaque organe de support 25 est formé par une plaque horizontale 25a sur laquelle est en appui glissant la partie inférieure du faisceau de plaques 20 correspondant et une plaque verticale 25b s'étendant perpendiculairement à ladite plaque horizontale 25a.
  • Ainsi que montré à la Fig. 5A, la paroi avant 22 est munie d'entrées et de sorties pour les fluides A et B qui sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes 26a et 26b, respectivement pour le premier fluide A et pour le second fluide B, ou fermées 27a et 27b respectivement pour le premier fluide A et pour le second fluide B.
  • Les extrémités ouvertes 26a des entrées du circuit pour le premier fluide A sont situées au centre de la paroi avant 22 et les extrémités ouvertes 26b des sorties du circuit pour le second fluide B sont situées sur les bords latéraux de cette paroi avant 22. Les extrémités ouvertes 26a du premier fluide A débouchent dans le collecteur central 10 et sont, de ce fait, reliées à la tubulure 14 d'arrivée dudit premier fluide A.
  • Les extrémités ouvertes 26b des sorties du second fluide B des bords latéraux des parois avant 22 de deux faisceaux de plaques 20 adjacents sont reliées entre elles, ainsi que montrées sur les Figs. 3 et 4, par un collecteur annulaire 30 concentrique au collecteur central 10.
  • Ce collecteur annulaire 30 comporte, à sa partie inférieure, une calotte hémisphérique 31 entourant le fond 13 du collecteur central 10. Cette calotte hémisphérique 31 est reliée aux moyens d'évacuation du second fluide B qui sont constitués par au moins une tubulure 32 traversant l'enceinte étanche 1 à sa partie inférieure, comme montrée sur les Figs. 1 et 3. Cette tubulure 32 est munie d'au moins un compensateur de dilatation 33.
  • Comme montré à la Fig. 5B, la paroi arrière 23 de chaque faisceau de plaques 20 comporte des entrées et des sorties pour chacun des fluides et qui sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes 28a et 28b, respectivement pour le premier fluide A et pour le second fluide B, ou d'extrémités fermées 29a et 29b respectivement pour le premier fluide A et pour le second fluide B.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette Fig. 5B, les extrémités ouvertes 28b des entrées du circuit pour le second fluide B sont situées au centre de la paroi arrière 23 et les extrémités ouvertes 28a des sorties pour le premier fluide A sont situées sur les bords latéraux de cette parois arrière 23. Les extrémités ouvertes 28b des entrées du second fluide B débouchent dans l'espace annulaire 5 ménagé entre le collecteur 10 et l'enceinte étanche 1 qui lui même communique directement avec la tubulure 16 d'arrivée du second fluide B dans cet espace annulaire 5.
  • Ainsi que montré sur les Figs. 3 et 4, les extrémités ouvertes 28a des sorties du premier fluide A sont coiffées par un collecteur 35 vertical. De ce fait, chaque rangée verticale des extrémités ouvertes 28a des sorties du premier fluide A est coiffée par le collecteur 35 et chaque collecteur 35 est prolongé, à sa partie supérieure, par au moins une conduite 36 munie d'au moins un compensateur de dilatation 37. Chaque conduite 36 est raccordée à un anneau collecteur 40 lui même raccordé aux moyens d'évacuation du premier fluide A qui sont formés par au moins une tubulure 41 traversant le couvercle 3 de l'enceinte étanche 1.
  • Selon une variante, non représentée, les extrémités ouvertes 28b des entrées du second fluide B peuvent être situées sur les bords latéraux de la paroi arrière 23 et les extrémités ouvertes des sorties 28a pour le premier fluide A peuvent être situées au centre de cette paroi arrière 23. Dans ce cas, la rangée verticale des extrémités ouvertes 28a des sorties pour le premier fluide A de chaque faisceau de plaques 20 est coiffée par un collecteur 35 relié par une conduite 36 à l'anneau collecteur 40.
  • Comme représenté à la Fig. 2, chaque faisceau de plaques 20 comporte, sur chacune des ses parois latérales 24, un déflecteur vertical s'étendant en direction du faisceau de plaques 20 adjacent.
  • Les bords libres 45a de deux déflecteurs contigus se chevauchent de façon à laisser passer le second fluide B et à créer autour du collecteur central 10, une zone tampon de ce second fluide B.
  • Un déflecteur 46 est placé autour de la tubulure 14 d'arrivée du premier fluide A et un déflecteur 47 est également placé au-dessous des faisceaux de plaques 20 entre la calotte hémisphérique 31 du collecteur central 10 et le fond 4 de l'enceinte étanche 1.
  • En se reportant maintenant à la Fig. 3, on va décrire la circulation des fluides A et B dans l'installation.
  • Le premier fluide A chaud qui est a une température de l'ordre de 800°C pénètre par l'intermédiaire de la tubulure d'arrivée 14 dans le collecteur central 10, puis est dirigé dans les entrées 26a de chacun des faisceaux de plaques 20.
  • Le second fluide B qui est à une température de l'ordre de 200° pénètre par l'intermédiaire de la tubulure d'arrivée 16 dans l'espace annulaire 5 ménagé entre le collecteur central 10 et l'enceinte étanche 1. Ce second fluide B est dirigé vers les entrées 28b de la paroi arrière 23 de chacun des faisceaux de plaques 20. La circulation des fluides A et B dans les circuits indépendants de chacun des faisceaux de plaques 20 provoque un échange thermique entre ces fluides et le premier fluide A ainsi refroidi, après avoir traversé chacun des faisceaux de plaques 20, sort par les extrémités de sorties 28a des faisceaux de plaques 20, puis est recueilli par les collecteurs verticaux 35. Ce premier fluide A refroidi passe dans les conduites 36 et pénètre dans l'anneau collecteur 40 avant d'être évacué de l'installation par la tubulure 41.
  • Simultanément à la circulation de ce premier fluide A, le second fluide B pénètre par la tubulure d'arrivée 16 dans l'enceinte étanche 1 à une température de l'ordre de 200°C. Ce second fluide B après avoir rempli l'espace annulaire 5, pénètre par les extrémités ouvertes 28b des parois arrière 23 de chacun des faisceaux de plaques 20 et traverse chacun de ces faisceaux de plaques 20 à contre-courant du premier fluide A. Un échange thermique est ainsi réalisé dans chacun des faisceaux de plaques 20 entre les fluides A et B et le second fluide B ainsi réchauffé est évacué des extrémités ouvertes 26b de chacun des faisceaux de plaques 20, puis est recueilli par le collecteur annulaire 30 avant d'être évacué par l'espace ménagé entre le fond 13 du collecteur central 10 et la calotte hémisphérique 31, et par la tubulure 32.
  • Lors du passage du fluide chaud A et du fluide froid B dans les différents éléments de l'installation, et notamment dans les faisceaux de plaques 20, les contraintes thermiques engendrées provoquent une dilatation des plaques 21 des faisceaux de plaques 20 et, étant donné que chacun de ces faisceaux de plaques est supporté à l'intérieur de l'enceinte étanche 1 par l'intermédiaire d'un appui glissant ménagé entre ces faisceaux de plaques 20 et les organes support 25, ces faisceaux de plaques peuvent se dilater librement ce qui permet d'éviter des contraintes thermiques importantes au niveau de chacun de ces faisceaux de plaques 20. Il en est de même au niveau de la tubulure 14 d'arrivée du fluide chaud, de la tubulure 32 de sortie du fluide froid réchauffé après son passage dans chacun des faisceaux de plaque 20 ainsi qu'au niveau de chacune des conduites 36 qui sont équipées de compensateurs de dilatation, respectivement 15, 33 et 37.
  • L'installation d'échange thermique selon l'invention présente l'avantage de permettre de concentrer l'arrivée du fluide chaud au centre de l'enceinte étanche 1 au moyen d'un collecteur central 10 et d'entourer cette zone chaude par une zone tampon froide périphérique au moyen des déflecteurs respectivement 45, 46 et 47 autour de la tubulure 14 d'arrivée du fluide chaud, du collecteur central 10 et de la tubulure 32 d'évacuation du fluide réchauffé.
  • Ces zones tampon ainsi ménagées autour des zones chaudes permettent de pouvoir réaliser une enceinte étanche 1 ayant une épaisseur relativement faible par rapport aux enceintes étanches des installations d'échange thermique utilisées jusqu'à présent.
  • L'installation d'échange thermique conforme à l'invention présente l'avantage, de part sa conception, d'être compacte et de présenter une surface d'échange importante, tout en permettant aux différents éléments la composant de pouvoir se dilater librement du fait du différentiel de température important entre le fluide chaud et le fluide froid.

Claims (13)

  1. Installation d'échange thermique entre des fluides, du type comprenant une enceinte étanche (1) verticale et de forme allongée, des moyens (20) d'échange thermique entre les fluides et des moyens d'arrivée (14, 16) et d'évacuation (32, 41) d'un premier A et d'un second B fluides, caractérisée en ce que les moyens d'échange thermique comprennent des faisceaux de plaques (20) formés d'un empilement de plaques horizontales (21) délimitant entre elles deux circuits de circulation des deux fluides A et B à contre-courant et réparti en étoile autour d'un collecteur central (10) tubulaire, concentrique à l'enceinte (1) et en ce que chaque faisceau de plaques (20) comporte une paroi verticale avant (22) fixée sur le collecteur central (10) et munie d'entrées (26a) et de sorties (26b) pour chacun des fluides A et B et une paroi verticale arrière (23) libre munie d'entrées (28b) et de sorties (28a) de chacun de ces fluides A et B, chaque faisceau de plaques (20) étant en appui glissant sur un organe de support (25) solidaire de l'enceinte étanche (1).
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les entrées et les sorties des fluides ménagées sur la paroi avant (22) sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes (26a, 26b) ou fermées (27a, 27b), les extrémités ouvertes (26a) des entrées du circuit pour le premier fluide A étant situées au centre de la paroi avant (22) et les extrémités ouvertes (26b) des sorties du circuit pour le second fluide B étant situées sur les bords latéraux de cette paroi avant (22).
  3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémités ouvertes (26a) des entrée du premier fluide A débouchent dans le collecteur central (10) relié aux moyens (14) d'arrivée de ce premier fluide A.
  4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'arrivée du premier fluide A sont formés par au moins une tubulure (14) traversant l'enceinte (1) et raccordée à la partie supérieure du collecteur central (10), ladite tubulure (14) étant munie d'au moins un compensateur de dilatation (15).
  5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les extrémités ouvertes (16b) des sorties du second fluide B des bords latéraux des parois avant (22) de deux faisceaux de plaques (20) adjacents sont reliées entre elles par un collecteur annulaire (30) concentrique audit collecteur central (10) et comportant, à sa partie inférieure, une calotte hémisphérique (31) reliée aux moyens (32) d'évacuation de ce second fluide B.
  6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens d'évacuation du second fluide B sont formés par au moins une tubulure (32) traversant l'enceinte étanche (1) à sa partie inférieure, ladite tubulure (32) étant munie d'au moins un compensateur de dilatation (33).
  7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les entrées et les sorties des fluides A et B ménagées sur la paroi arrière (23) sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes (28a, 28b) ou fermées (29a, 29b), les extrémités ouvertes (28b) des entrées du circuit pour le second fluide B étant situées au centre de la paroi arrière (23) et les extrémités ouvertes (28a) des sorties pour le second fluide A étant situées sur les bords latéraux de chaque paroi arrière (23).
  8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les entrées et les sorties des fluides ménagées sur la paroi arrière (23) sont formées, pour chaque circuit, par une superposition alternée d'extrémités ouvertes (28a, 28b) ou fermées (29a, 29b), les extrémités ouvertes (28b) des entrées du circuit pour le second fluide B étant situées sur les bords latéraux de la paroi arrière (23) et les extrémités ouvertes 28a des sorties du premier fluide A étant situées au centre de cette paroi arrière (23).
  9. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les extrémités ouvertes (28b) des entrées du second fluide B débouchent dans l'espace annulaire (5) entre le collecteur central (10) et l'enceinte (1), ledit espace annulaire (5) étant relié aux moyens (16) d'arrivée de ce second fluide B.
  10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'arrivée du second fluide B sont formés par au moins une tubulure (16) traversant l'enceinte (1) et débouchant à l'intérieur de ladite enceinte (1).
  11. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les extrémités ouvertes (28a) des sorties du premier fluide A sont coiffées par un collecteur (35) relié par au moins une conduite (36) munie d'au moins un compensateur de dilatation (37) à un anneau collecteur (40) raccordé aux moyens (41) d'évacuation du premier fluide A.
  12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque faisceau de plaques (20) comporte, sur chacune de ses parois latérales (24), un déflecteur (45) vertical s'étendant en direction du faisceau de plaques (20) adjacent, les bords libres (45a) de deux déflecteurs (45) contigus se chevauchant.
  13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier fluide A est un fluide chaud de l'ordre de 800°C à son arrivée dans les faisceaux de plaques (20) et le second fluide B est un fluide froid à une température de l'ordre de 200°C à son arrivée dans lesdits faisceaux de plaques (20).
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