FR2458484A1 - Recipient metallique, son procede de fabrication et son application a la realisation d'un dispositif de chauffage indirect de liquide - Google Patents

Recipient metallique, son procede de fabrication et son application a la realisation d'un dispositif de chauffage indirect de liquide Download PDF

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Abstract

RECIPIENT METALLIQUE CONSTITUE DE PLUSIEURS SECTIONS METALLIQUES SOUDEES ENTRE ELLES. SELON L'INVENTION, CE RECIPIENT EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE UN REVETEMENT 12 D'UNE MATIERE ISOLANTE DISPOSE A L'INTERIEUR DUDIT RECIPIENT METALLIQUE 14 ET EN CE QUE DES ECRANS THERMIQUES 18 SONT DISPOSES ENTRE LEDIT RECIPIENT METALLIQUE 14 ET LEDIT REVETEMENT ISOLANT 12 AU VOISINAGE DES JONCTIONS SOUDEES 14C DU RESERVOIR METALLIQUE POUR EVITER LA DETERIORATION OU LA DESTRUCTION DUDIT REVETEMENT ISOLANT 12 PAR LA CHALEUR ENGENDREE PENDANT LE SOUDAGE. FABRICATION DE RECIPIENTS A REVETEMENTS INTERIEURS, NOTAMMENT POUR CHAUFFE-EAU.

Description

1 La présente invention concerne les récipients métalliques pourvus d'un
revêtement intérieur et un procédé pour leur fabrication. Elle concerne plus particulièrement
une méthode permettant la soudure d'un récipient métal-
lique en plusieurs parties sans endommager le revêtement
intérieur non métallique.
On sait que la réalisation d'un récipient métallique en plusieurs pièces pourvu d'un revêtement intérieur
non métallique, soulève de nombreuses difficultés.
Cependant, puisque de tels récipients sont largement utilisés pour le stockage, le chauffage ou le transport de liquide, il est important de pouvoir réaliser de tels récipients de façon économique. Etant donné la nature
fermée de tels récipients, il est plus aisé de les fabri-
quer en plusieurs sections qui sont par la suite soudées ensemble. Cependant, lorsqu'un revêtement non métallique est associé au récipient, le problème de la soudure des sections du récipient devient critique, puisque cette soudure doit être effectuée sans détruire la continuité du revêtement intérieur. Toute discontinuité dans le
revêtement intérieur entraîne la contamination éventuel-
le du contenu du réservoir et la corrosion de celui-ci.
Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a essayé de revêtir le récipient métallique après la soudure de
ses différentes parties. Ceci limite de façon très impor-
tante les types de revêtements qui peuvent être appliqués à l'intérieur des récipients clos. Un tel procédé demande beaucoup de temps et est onéreux et on n'est pas sûr que le revêtement recouvre complètement l'intérieur du
récipient.
Lorsque l'on utilise une matière mousse pour former le
revêtement isolant, celui-ci doit être formé in situ.
1 Ceci impose l'utilisation d'un récipient intérieur et d'un
récipient extérieur, la mousse étant disposée dans l'es-
pace entre les deux récipients. L'utilisation de deux récipients accroit le coût de l'ensemble. La mousse peut également être formée par petites sections pour permettre l'échappement complet des gaz engendrés par le processus de moussage et, donc une telle méthode est particulièrement
longue lorsque l'on fabrique des réservoir de grandes dimen-
sions. Une autre méthode connue nécessite l'utilisation d'un anneau de refroidissement placé à l'intérieur du récipient métallique au voisinage de la zone de soudure. L'anneau
de refroidissement est généralement une structure métalli-
que annulaire qui peut ou non présenter un revêtement et qui sert à absorber la chaleur engendrée par le processus de soudure de sorte que l'on ne détruit pas le revêtement
du réservoir; Cependant, de tels anneaux de refroidisse-
ment ne protègent pas la matière à l'intérieur du réci-
pient directement en dessous des anneaux de refroidisse-
ment. Les inconvénients d'un tel système sont évidents, dans la mesure o l'utilisation d'une structure séparée accroît le coût et le poids du réservoir tandis qu'il n'apporte aucun effet utile lorsque le récipient est soudé.
Il est également connu d'utiliser une matière caoutchou-
teuse comme bande isolante au voisinage de l'emplacement de soudure. Cependant, l'objet d'une telle bande isolante n'est pas de protéger le revêtement du réservoir puisqu'il n'y a aucun revêtement dans la zone o la bande est
utilisée, mais d'éviter le courant engendré par le proces-
sus de soudure électrique de sauter à une autre paroi
métallique adjacente.
1 Des chauffe-eau connus comportent un réservoir de stockage sensiblement cylindrique et des moyens de chauffage pour chauffer l'eau emmagasinée dans le réservoir. Dans les chauffe-eau a chauffage direct, les moyens de chauffage peuvent être un brûleur disposé à la base du réservoir
cylindrique ou des éléments de chauffage électrique dis-
posés à l'intérieur du réservoir. L'eau froide entre géné-
ralement par le haut du réservoir en passant vers le bas
dans un tube et sort au voisinage du fond du réservoir.
Lorsque l'eau est chauffée, elle s'élève et est prélevée
par un tube de sortie d'eau chaude.
On connaît également des chauffe-eau à chauffage indirect.
Ils diffèrent de ceux mentionnés ci-dessus du fait que l'eau froide dans le récipient de stockage est chauffée par un échangeur de chaleur avec l'eau chauffée. Il n'y a aucun contact direct avec les moyens de chauffage ou
avec l'eau chaude emmagasinée.
La plupart des chauffe-eau connus, qu'ils soient du type direct ou indirect, utilisent une isolation thermique à
l'extérieur du récipient pour éviter des pertes de cha-
leur prohibitive. Une isolation souple est placée autour du réservoir et maintenue en position par une paroi extérieure.
L'objet de laprésente invention est de fournir un réser-
voir et un procédé qui remédient aux difficultés men-
tionnées ci-dessus. D'autres objets et avantages de la présente invention sont décrits ci-après et apparaîtront
clairement à la lecture de ce qui suit.
La présente invention résout les difficultés associées à l'art antérieur mentionné ci-dessus et fournit une méthode rapide et économique pour réaliser un récipient 1 métallique revêtu d'un revêtement non métallique et ne nécessite aucun élément accessoire occupant l'espace utilisable à l'intérieur du récipient. Le récipient
selon la présente invention comporte un récipient exté-
rieur métallique en plusieurs parties, un revêtement isolant d'une matière mousse (telle qu'une mousse de
polyuréthane) et un récipient intérieur rigide en plas-
tique. Le revêtement intérieur non métallique rend le
récipient résistant à la corrosion. Le revêtement inté-
rieur non métallique peut être par exemple en matière synthétique ou en caoutchouc. Un écran thermique de
caoutchouc silicone à haute température ou d'une ma-
tière analogue est placé à l'extérieur du revêtement isolant de façon à être disposé entre celui-ci et le récipient métallique, à l'emplacement o les sections du réservoir extérieur métallique sont soudées ensemble. Le revêtement de mousse de polyuréthane peut coeporter des évidements - pour recevoir l'écran thermique de façon que celui-ci n'augmente les dimensions du réservoir. On a trouvé que le caoutchouc silicone à haute température protégeait efficacement la mousse de polyuréthane de la chaleur engendrée pendant le processus de soudure, de sorte que la mousse n'est pas détérioriée. Le caoutchouc silicone à haute température peut être remplacé par
toute matière équivalente résistant à une haute tempéra-
ture et ayant un bas coefficient de conductivité ou de
transfert thermique.
Pour assembler le récipient, les deux moitiés verticalement divisées de l'isolation de mousse de polyuréthane sont placées autour du récipient plastique intérieur en une
seule pièce et cet assemblage est disposé dans une pre-
mière partie du récipient métallique, de préférence la moitié inférieure. Un écran thermique, de préférence 1 un caoutchouc silicone à haute température, est placé autour de l'extérieur du revêtement isolant dans un
évidement prévu au voisinage de l'aire de soudure.
Une seconde portion métallique est ensuite placée au-
dessus de cette structure et les portions du réservoir
métallique sont soudées ensemble.
Un autre mode de réalisation ëel'invention concerne un chauffe-eau à chauffage indirect. Le chauffe-eau comporte le récipient métallique de la présente invention et un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur. Cet échangeur de chaleur peut être du type à tube pourvu ou non d'ailettes. L'ensemble est réalisé de la même manière que précédemment et l'échangeur de chaleur est introduit à travers une ouverture du fond et est fixé par fixation de ses canalisations d'entrée et de sortie à la plaque de fond du récipient. L'eau froide contenue dans le récipient est chauffée par l'eau chaude qui circule dans l'échangeur de chaleur. Le récipient peut être du type comportant une section supérieure et une
section inférieure soudées le long de leur circonférence.
L'eau froide destinée à être chauffée entre à l'intérieur du récipient à travers un emboutpassant à travers la paroi de fond du récipient. En variante, l'embout peut être solidaire de la plaque de fond. Après ou pendant le chauffage, l'eau peut être prélevée par un ou plusieurs
embouts semblables. L'eau est chauffée par l'intermé-
diaire de l'eau chaude passant à travers l'échangeur de chaleur disposé dans le récipient intérieur. L'entrée et la sortie de l'échangeur de chaleur passent à travers la plaque de fond recouvrant l'ouverture du récipient et sont reliées à un dispositif de chauffage pour chauffer
l'eau circulant à travers l'échangeur de chaleur.
1 Le récipient est pourvu de moyens d'isolation entre le réservoir métallique extérieur et le revêtement plastique
intérieur pour éviter une perte de chaleur trop impor-
tante par radiation et pour éviter tout risque de brûlure pour une personne venant au contact du récipient. Un dispositif de chauffage électrique par immersion peut
être prévu comme moyen de chauffage auxiliaire.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com-
ment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est une vue latérale, avec arrachement par-
tiel, d'un récipient métallique selon l'invention.
La figure 2 est une vue éclatée en perspective du réci-
pient de la figure 1.
La figure 3 est une vue latérale, avec arrachement par-
tiel, d'un chauffe-eau à chauffage indirect selon la
présente invention.
Le récipient selon la présente invention, montré par la figure 1, comporte un récipient intérieur 10 en une seule pièce de matière plastique, un revêtement de mousse 12 et un récipient métallique 14. Le récipient plastique 10 peut être fait en toute matière plastique rigide ou semi-rigide, dépendant bien entendu du typedeliquide
que l'on désire introduire dans le réservoir. Le réser-
voir métallique 14 est représenté comme comportant une
partie inférieure 14a et une partie supérieure 14b,sépa-
rées par un plan horizontal sensiblement médian. Cepen-
dant, cette construction est seulement destinée à illus-
trer l'invention et il va de soi que le réservoir peut comporter un nombre de sections différentes susceptibles 1 d'être accordées horizontalement, verticalement ou selon toute autre orientation, La partie inférieure comporte deux embouts 16 qui peuvent être liés au système utilisé pour remplir ou vider le réservoir ou, si le récipient est utilisé dans un système fluide de toute sorte, les connexions 16 servent à relier le réservoir à ce système. Le réservoir métallique 14 peut être construit en acier, en titane, en aluminium,
etc... Les moyens de connexion 16 communiquent avec l'in-
térieur du récipient plastique 10. Des excroissances 19 du réservoir plastique 10 passent à travers les trous inférieurs des moitiés 12c et 12d de l'isolement en mousse formé par des échancrures inférieures 24a et 24b
et s'adaptent aisément auxdits moyens de connexion 16.
Il suffit de dire qu'il n'est pas critique pour la présente invention que les moyens de connexion soient
disposés à la partie inférieure du récipient et ils peu-
vent être logés à tout emplacement désiré.
Le récipient plastique inférieur 10 est de préférence en polyéthylène et présente une épaisseur comprise entre 1,5 à 4 mm. Bien entendu, toute autre matière plastique ou caoutchouteuse peut être utilisée dans la mesure o elle ne risque pas de contaminer l'eau (ou
d'autres liquides) dans le récipient plastique inté-
rieur 10 et évite la corrosion du récipient métallique 14 lui-même. Le polyéthylène peut être utilisé jusqu'à
des températures de 850C.
Comme il est montré sur les figures, le revêtement iso-
lant 12, qui peut être de la mousse de polyuréthane ou toute autre mousse en fonction de l'usage auquel est destiné le réservoir, présente une rainure 12a à sa périphérie extérieure à l'emplacement de la jonction 1 des portions supérieure et inférieure du réservoir
métallique. Cette nervure est destiné à servir deloge-
ment à un écran thermique 18 qui présente la forme d'une bande annulaire et qui est de préférence fabriquée en caoutchouc silicone à haute température. Le revêtement isolant 12 sert à minimiser la perte de chaleur par
radiation. La portion supérieure du récipient 14d com-
porte deux moyens de connexion 20 qui communiquent avec l'intérieur du récipient plastique 10. Des embouts 21 du récipient plastique 10 traversent des trous supérieurs des moitiés 12c et 12b de l'isolement en mousse,formé par des échancrures supérieures 25a et 25b respectivement,et s'adaptent aisément aux dimentions des moyens de connexion 20. La plaque 22 est vissée sur
l'orifice de fond 23 du récipient 10.
Pour assembler le réservoir, le réservoir intérieur plas-
tique 10 en une seule pièce est placé à l'intérieur
des moitiés 12b et 12c divisées verticalement de l'isole-
ment en mousse et cet ensemble est placé dans la partie inférieure 14a du récipient. Quoique deux moitiés 12b
et 12c soient représentées, il est évident que le revête-
ment isolant 12 peut être divisé verticalement en plusieurs sections pour faciliter la manutention, en fonction de
la taille du récipient à fabriquer. Le caoutchouc de sili-
cone à haute température formant écran thermique 18 est
ensuite placé dans la rainure périphérique 12a du revête-
ment en mousse et fixé dans celle-ci par tout moyen connu.
La portion supérieure de réservoir 14b est ensuite placée sur cet ensemble de façon que le bord périphérique 14c repose sur le bord supérieur de la portion inférieure 14a,
comme représenté. L'ensemble est ensuite soudé à la jonc-
tion des parties 14a et 14b par tout moyen de soudage connu. L'écran thermique 18 isole la mousse de polyuréthane 12 et le récipient intérieur non métallique 10 des 1 détériorations dues à la génération de chaleur pendant le processus de soudage. Le récipient ainsi assemblé
est ensuite prêt à l'usage.
Quoique la méthode d'assemblage ait été décrite à propos d'un réservoir orienté verticalement, il va de soi que l'invention peut également être appliquée à un réservoir horizontal. Le réservoir métallique 14 peut être divisé en plus de deux sections, en fonction des dimensions du
produit fini.
Le réservoir revêtu d'un recouvrement non métallique peut être utilisé pour emmagasiner des fluides (liquide ou gaz) et des réactions chimiques peuvent être effectuées à l'intérieur. Le réservoir (que l'on peut mettre sous pression) peut être utilisé comme réservoir de stockage d'eau chaude, comme réservoir de stockage d'eau potable, comme réservoir de chlore, comme réservoir pour le chauffage solaire, comme réservoir pour des liquides buvables comme les boissons carbonatées, les boissons alcoolisées, les sirops, les produits pharmaceutiques et analogues ne risquant pas la contamination ou un récipient pour le stockage de transport d'insectisides, de fongicides, de pesticides ou d'autres produits chimiques. Le chauffe-eau à chauffage indirect montré par la figure 3 comporte le même réservoir que sur la figure 1, excepté que celui-ci comporte de plus un échangeur 26 à tube sans ailettes. L'échangeur 26 est disposé à l'intérieur du récipient non métallique 10, une conduite d'entrée 27 et une conduite de sortie 28 passant à travers la plaque de fond 22 recouvrant l'ouverture 23. (l'échangeur 24 pourrait être bien entendu un échangeur du type à ailettes, etc...). 1 L'échangeur 26 a son tube d'entrée 27 et son tube de
sortie 28 passant à l'extérieur de laplaque de fond 22.
Le tube 27 et le tube 28 sont reliés à un dispositif de chauffage 31 par l'intermédiaire de conduits 29 et 30, respectivement, montrés schématiquement sur la figure 3 et passant à travers la paroi du support de réservoir 32. Le dispositif de chauffage 31 peut être de tout type connu, par exemple de type électrique ou un brûleur à gaz. Une pompe (non représentée) peut amener l'eau chaude du dispositif 31 et l'obliger à circuler à travers l'échangeur 26 pour retourner ensuite
au dispositif 31. On ne donne pas de description
détaillée de la pompe ou de sa connexion au circuit car
cela n'est pas nécessaire.
L'eau froide est amenée au récipient 10 à travers un des embouts de fond 16, qui relie l'intérieur du récipient à des conduits extérieurs (non représentés) pour l'alimentation en eau froide. L'eau est prélevée après avoir été chauffée à travers l'un des embouts supérieurs 20, qui sont connectés à des conduits extérieurs (non représentés). Les embouts 16 et 20 peuvent avoir des connexions standards à leur extrémité extérieure pour faciliter la connexion avec les conduits mentionnés ci-dessus. Quoique deux embouts supérieur et inférieur aient été représentés, il va de soi que l'on peut utiliser un nombre d'embouts différent. En variante, les embouts inférieurs 16 peuvent être disposés dans la plaque de
fond 22.
En fonctionnement, l'eau froide à chauffer est amenée dans le récipient 10 par des moyens de pompage ou par
la pression du réseau. L'eau chaude est obligée de cir-
culer à travers l'échangeur 26, de sorte qu'elle trans-
fère sa chaleur à l'eau froide du récipient. L'eau dans l'échangeur 26 retourne au dispositif de chauffage 31 par la conduite 28-30 en vue d'y être réchauffée. L'eau il 1 dans le récipient plastique 10, qui est maintenant chauffée, peut être prélevée par les embouts 20. Le récipient plastique 20 évite toute contamination de l'eau de sorte qu'elle n'est pas rendue inutilisable pour la consommation humaine.
On comprendra que la description précédente du réservoir
et de son procédé de fabrication n'est donnée qu'à
des fins illustratives et que de nombreuses modifica-
tions peuvent y être faites sans déborder du cadre
des revendications.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1 1 - Récipient métallique constitué de plusieurs sections métalliques soudées entre elles, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement d'une matière isolante disposé.à l'intérieur dudit récipient métallique et en ce que des écrans thermiques sont disposés entre ledit récipient métallique et ledit revêtement isolant au voisinage des jonctions soudées du réservoir métallique pour éviter la détérioration ou la destruction dudit revêtement isolant par la chaleur engendrée pendant le soudage. 2 - Réservoir métallique selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte de plus un réservoir inté- rieur en une matière synthétique ou analogue, telle que le polyéthylène, disposé à l'intérieur dudit revêtement isolant. 3 - Réservoir métallique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits écrans métalliques sont en un caoutchouc de silicone résistant aux hautes températures ou analogue. 4 - Réservoir métallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que'le revête- ment isolant est en mousse de polyuréthane. - Réservoir métallique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, destiné à former un dispositif de chauffage indirect de liquide, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour introduire et prélever ledit liquide dans ledit récipient intérieur et des moyens d'échange de chaleur disposés dans ledit récipient intérieur pour transférer la chaleur trans- portée par un fluide les parcourant au liquide disposé dans ledit récipient intérieur.
1 6 - Récipient métallique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'échange de chaleur
sont du type à tube, pourvu ou non d'ailettes.
7 - Récipient métallique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est pourvu de plus de moyens pour faire circuler le liquide chauffé à travers ledit
échangeur de chaleur à tube.
8 - Récipient de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le récipient intérieur a une épaisseur comprise entre 1,5 et 4mm
9 - Procédé pour la réalisation d'un récipient métal-
lique selon l'une quelconque des revendications précé-
dentes, caractérisé en ce que l'on met en place au moins un écran thermique entre la couche isolante
et la jonction à laquelle lesdites sections métalli-
ques sont soudées ensemble, avant l'étape du soudage, afin d'éviter des détériorations à la couche isolante,
dues à la chaleur engendrée par l'étape de soudage.
- Procédé selon la revendication 9, destiné à la réalisation d'un réservoir métallique présentant une couche isolante disposée entre un réservoir extérieur en plusieurs parties et un réservoir intérieur en matière synthétique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
a) on place ladite couche isolante autour dudit réser-
voir intérieur de façon à couvrir complètement la surface extérieure dudit réservoir plastique; b) on place l'ensemble obtenu par l'étape a) dans une première partie dudit récipient métallique en plusieurs sections; 1 c) on place un écran thermiquement isolant autour de la périphérie extérieure de ladite couche isolante au voisinage de la jonction des sections dudit récipient extérieur métallique; d) on place au moins une autre portion dudit récipient en plusieurs sections au-dessus de ladite couche isolante de façon que ledit écran thermique soit compris entre la jonction des portions de réservoir métallique et de la couche isolante; et
e) on soude lesdites sections métalliques ensemble.
il - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réservoir extérieur en plusieurs sections comprend une section supérieure et une section inférieure soudées ensemble le long d'un plan sensiblement
horizontal.
12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications
ou 11, destiné à la réalisation d'un dispositif de chauffage indirect de liquide, caractérisé en ce que l'on met en plus des moyens échangeurs de chaleur
à l'intérieur du récipient plastique intérieur.
FR8011678A 1979-06-08 1980-05-27 Recipient metallique, son procede de fabrication et son application a la realisation d'un dispositif de chauffage indirect de liquide Granted FR2458484A1 (fr)

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US06/142,722 US4313400A (en) 1979-06-08 1980-04-22 Lined metal tank with heat shield, indirect fired water heater and method of making same

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