FR2501355A1

FR2501355A1 - COAXIAL HEAT EXCHANGER

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Publication number: FR2501355A1
Application number: FR8203604A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1982-09-10
Also published as: ATA75982A; GB2096757A; IT8219914A0; IT1150215B

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR COAXIAL COMPORTANT UN TUBE INTERNE, UN TUBE EXTERNE ENTOURANT LE TUBE INTERNE, A DISTANCE DE CELUI-CI, POUR FORMER UNE CHAMBRE ANNULAIRE, UN PREMIER AJUTAGE DEBOUCHANT DANS LE TUBE INTERNE, A SON EXTREMITE, DANS LA DIRECTION AXIALE, ET UN SECOND AJUTAGE DANS LA CHAMBRE ANNULAIRE, DANS SON TRONCON EXTREME, DANS UNE DIRECTION SENSIBLEMENT RADIALE. CET ECHANGEUR DE CHALEUR EST CARACTERISE EN CE QUE L'ECHANGEUR DE CHALEUR 10 EST REALISE EN ACIER SPECIAL, LE PREMIER AJUTAGE 20 EST SOUDE DANS LE TUBE INTERNE 14 ET LA PARTIE EXTREME DU TUBE EXTERNE 16 EST RENDUE CONIQUE ET CONVERGENTE, EN DEHORS DE LA ZONE DU SECOND AJUTAGE 28, PAR LA FORMATION DE PLIS DE SERTISSAGE PREVUS SUR LA FACE EXTERNE DU TUBE ET S'ETENDANT EN DIRECTION DE L'EXTREMITE 26 DU TUBE POUR ATTEINDRE LE DIAMETRE EXTERNE DU TUBE INTERNE 14, LE TUBE EXTERNE 16 ETANT SOUDE AU TUBE INTERNE 14.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A COAXIAL HEAT EXCHANGER WITH AN INTERNAL TUBE, AN EXTERNAL TUBE SURROUNDING THE INTERNAL TUBE, AT A DISTANCE THEREOF, TO FORM AN ANNULAR CHAMBER, A FIRST NOZZLE OPENING IN THE INTERNAL TUBE, IN ITS END. AXIAL DIRECTION, AND A SECOND ADJUSTMENT IN THE ANNULAR CHAMBER, IN ITS EXTREME TRUNK, IN A SENSITIVELY RADIAL DIRECTION. THIS HEAT EXCHANGER IS CHARACTERIZED IN THAT THE HEAT EXCHANGER 10 IS MADE OF SPECIAL STEEL, THE FIRST ADJUSTMENT 20 IS WELDED INTO THE INTERNAL TUBE 14 AND THE EXTREME PART OF THE EXTERNAL TUBE 16 IS MADE CONICAL AND CONVERGENT, OUTSIDE THE ZONE OF THE SECOND NOZZLE 28, BY THE FORMATION OF CRIMPING PLIES PROVIDED ON THE OUTER FACE OF THE TUBE AND EXTENDING TOWARDS END 26 OF THE TUBE TO REACH THE OUTER DIAMETER OF THE INTERNAL TUBE 14, THE EXTERNAL TUBE 16 BEING WELDED TO THE INTERNAL TUBE 14.

Description

La présente invention concerne un échangeur dc chaleur coaxial comportantThe present invention relates to a coaxial heat exchanger comprising

un tube interne, un tube externe entourant le tube interne, à distance de celui-ci, pour former une chambre annulaire, un premier ajutage débouchant dans le tube interne, à son extrémité, dans ln direction axiale, et un second ajutage débouchant dans la chambre annulaire, dans son tronçon extrême, dans une direction an inner tube, an outer tube surrounding the inner tube, at a distance therefrom, to form an annular chamber, a first nozzle opening into the inner tube, at its end, in the axial direction, and a second nozzle opening into the annular chamber, in its extreme stretch, in one direction

sensiblement radiale.substantially radial.

De tcls échangeurs de chaleur sont connus et sont S fabriques jusqu'à ce jour avantageusement en cuivre parce Que cette matière présente, d'une part, une conductibilité All heat exchangers are known and are to date advantageously made of copper because this material has, on the one hand, a conductivity

thermique élevée et, d'autre part, des possibilités d'usi- high thermal efficiency and, on the other hand,

nage relativement aisées. A l'extrémité de ces échangeurs de chaleur coaxiaux sont emboîtées des pièces de forme qui présentent aussi bien le premier que le deuxième ajutage et avec lesquelles les tubes interne et externe sont liés bout relatively well-off. At the end of these coaxial heat exchangers are nested shaped parts which have both the first and the second nozzle and with which the inner and outer tubes are connected butt

à bout.at the end.

Un inconvénient que présente un échangeur de chaleur réalisé en cuivre est que cette matièren'est pas neutre du point de vue électrolytique si bien qu'un tel échangeur de chaleur est limité dans ses possibilités d'utilisation: par exemple il ne peut pas être utilisé avec des canalisations zinguées. L'utilisation du cuivre ne peut permettre en outre A disadvantage of a heat exchanger made of copper is that this material is not electrolytically neutral so that such a heat exchanger is limited in its possibilities of use: for example it can not be used with galvanized pipes. The use of copper can not

d'atteindre au'un taux de travail limité et il existe égale- to achieve a limited rate of work and there is also

ment une limitation en ce qui concerne les agents pouvant constituer les fluides en circulation. Dans le cas d'eaux agressives, par exemple dans l'industrie alimentaire ou des a limitation with regard to the agents which may constitute the fluids in circulation. In the case of aggressive waters, for example in the food industry or

boissons, dans les laveries et dans beaucoup d'autres doma- beverages, laundries and many other

nes d'utilisation, l'utilisation d'échangeurs de chaleur en 3r] cuivre n'est pas possible ou bien elle ne l'est que dans des use of 3r] copper heat exchangers is not possible or it is only possible in

limites très précises.very precise limits.

Il y a par conséquent une tendance h utiliser dle préférence des échangeurs de chaleur en acier spécial parce Que cette matière est neutre du point de vue électrioue, j5 elle peut supporter des pressions plus élevées et elle peut There is therefore a tendency to use heat exchangers made of special steel because this material is electrically neutral, can withstand higher pressures and can

tre également utilisée même avec des fluides agressifs. also be used even with aggressive fluids.

Pour cette raison les échangeurs de chaleur en acier spécial sont utilisables dans de très nombreux cas et ils For this reason the special steel heat exchangers are usable in many cases and they

simplifient par conséquent le stockage. therefore simplify storage.

En tant que fluides caloporteurs on utilise fréquem- As heat transfer fluids, frequent use is

ment des fluides spéciaux qui sont connus par exemple dans le commerce sous les marques "FRIGEN" ou "TKL". Pour des raisons de prescription légale, comme cela est par exemple le cas en Allemagne Fédérale ou aux Etats-Unis, on doit veiller à ce que ces fluides ne puissent venir en contact special fluids which are known for example in the trade under the trademarks "FRIGEN" or "TKL". For reasons of legal prescription, as is the case, for example, in the Federal Republic of Germany or in the United States, it must be ensured that these fluids can not come into contact with one another.

avec l'eau utilisée, en particulier l'eau potable. La cons- with the water used, especially drinking water. The constitution

truction des échangeurs de chaleur doit être par conséquent conçue de telle façon qu'en cas de corrosion, le volume interne du tube interne ne puisse venir en communication avec la chambre annulaire délimitée par les tubes interne et externe. Même si les échangeurs de chaleur sont fabriqués en Therefore, in the case of corrosion, the internal volume of the inner tube can not come into communication with the annular chamber delimited by the inner and outer tubes. Even though heat exchangers are made in

acier spécial, un tel danger n'est pas écarté si, par exem- steel, such danger is not excluded if, for example,

ple, des cordons de soudure deviennent perméables, par suite ple, weld seams become permeable, as a result

de la corrosion, si bien que ce danger, dans le cas d'échan- corrosion, so that this danger, in the case of

geurs de chaleur en acier spécial, exige d'être pris en considération parce que, par suite de la résistance élevée que présente l'acier spécial à l'égard de fluides agressifs, les cordons de soudure sont soumis, dans de tels échangeurs special steel heat exchangers, needs to be taken into account because, because of the high strength of special steel with regard to aggressive fluids, weld seams are subjected in such heat exchangers

de chaleur, à des attaques plus importantes. of heat, to larger attacks.

L'utilisation des pièces de forme présentant des ajutages et qui sont prévues dans le cas des échangeurs de chaleur coaxiaux réalisés en cuivre se révéle désavantageuse The use of shaped parts having nozzles and which are provided in the case of coaxial heat exchangers made of copper is disadvantageous

dans le cas d'échangeurs de chaleur coaxiaux en acier spé- in the case of coaxial steel heat exchangers

cial parce que la fabrication de telles pièces de forme en acier spécial entraînerait des coûts excessivement élevés qui chargeraient à leur tour le prix de revient global de l'ensemble de l'échangeur de chaleur. Un autre inconvénient est que, lors de l'apparition d'une corrosion du cordon de soudure servant à la liaison entre le tube interne et la pièce de forme, les fluides se trouvant respectivement dans le tube interne et dans la chambre annulaire comprise entre les tubes interne et externe pourraient venir en contact l'un avec l'autre, ce qui doit être absolument évité pour This is because the manufacture of such special steel shaped parts would entail excessively high costs which would in turn charge the overall cost of the entire heat exchanger. Another disadvantage is that, during the occurrence of corrosion of the weld seam serving to connect the inner tube and the shaped part, the fluids being respectively in the inner tube and in the annular chamber between the internal and external tubes could come into contact with each other, which must be absolutely avoided for

les raisons exposées précédemment. the reasons explained above.

La présente invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur coaxial qui puisse être utilisé dans de nombreux domaines et qui rende ainsi possible le stockage The object of the present invention is to provide a coaxial heat exchanger which can be used in many fields and which makes storage possible in this way.

simple, qui puisse résister également à des fluides agres- simple, which can also withstand aggressive fluids

sifs, qui présente des caractéristiques particulières qui empêchent que les fluides différents se trouvant des deux côtés de la surface d'échange thermique puissent venir en contact l'un avec l'autre, et dont en outre la construction which has particular characteristics which prevent the different fluids on both sides of the heat exchange surface from coming into contact with each other, and

est conçue de telle façon que la fabrication d'un tel échan- is designed in such a way that the manufacture of such an

geur puisse être réalisée à un prix de revient remarquable- can be achieved at a remarkable cost

ment bas.low.

Pour atteindre ces buts, l'échangeur de chaleur est conçu de telle façon qu'il soit réalisé en acier spécial, que le premier ajutage soit soudé dans le tube interne et que la partie extrême du tube externe soit rendue conique, en dehors de la zone du second ajutage, par la formation de plis de sertissage s'étendant, sur le tube externe, en direction de l'extrémité de ce tube, jusqu'à atteindre le diamètre externe du tube interne, le tube externe étant To achieve these goals, the heat exchanger is designed so that it is made of special steel, that the first nozzle is welded into the inner tube and that the end of the outer tube is made conical, outside the zone of the second nozzle, by the formation of crimping folds extending, on the outer tube, towards the end of this tube, until reaching the outer diameter of the inner tube, the outer tube being

soudé au tube interne.welded to the inner tube.

Cette construction offre l'avantage que l'on peut éviter l'utilisation de pièces de forme très coûteuse aux deux extrémités de l'échangeur de chaleur coaxial, tout en This construction offers the advantage that it is possible to avoid the use of very expensive parts at both ends of the coaxial heat exchanger, while

garantissant une séparation totale et sure des fluides cir- guaranteeing a complete and safe separation of the circulating fluids

culant le long des deux parcours. Si la soudure entre le growing along both courses. If the weld enters

tube externe et le tube interne se révéle ne pas être étan- outer tube and inner tube proves not to be

che le fluide se trouvant dans la chambre annulaire peut sortir uniquement à l'extérieur du premier ajutage, tout en the fluid in the annular chamber can exit only outside the first nozzle, while

restant séparé du fluide se trouvant dans le tube interne. remaining separate from the fluid in the inner tube.

Si la soudure entre le tube interne et le premier ajutage se révéle ne pas être étanche, le fluide se trouvant dans le tube interne peut sortir entre le premier ajutage et le tube interne, tout en restant absolument isolé de la chambre If the weld between the inner tube and the first nozzle is not tight, the fluid in the inner tube can exit between the first nozzle and the inner tube, while remaining absolutely isolated from the chamber

annulaire comprise entre les tubes interne et externe. annular between the inner and outer tubes.

Par ailleurs, grâce à la liaison par soudure, on peut obtenir une économie notable quant au temps de travail, ce qui se révéle être particulièrement avantageux en ce qui Moreover, thanks to the connection by welding, it is possible to obtain a noticeable saving in working time, which proves to be particularly advantageous with regard to

concerne le prix de revient de l'échangeur de chaleur. relates to the cost price of the heat exchanger.

Suivant une forme d'exécution particulièrement avan- According to a particularly advantageous embodiment

tageuse de l'invention,-le tube externe et le tube interne présentent, dans la zone de leur liaison par soudure, des of the invention, the outer tube and the inner tube have, in the zone of their connection by welding,

parties cylindriques si bien que l'on peut réaliser une sou- cylindrical parts so that one can realize a

dure particulièrement sûre. Suivant une autre forme d'exécution avantageuse de l'invention, le tube interne est entouré d'un chemisage tubulaire et le tube interne ou bien ce chemisage tubulaire est pourvu d'au moins une gorge longitudinale réalisée par particularly safe. According to another advantageous embodiment of the invention, the inner tube is surrounded by a tubular lining and the inner tube or this tubular liner is provided with at least one longitudinal groove made by

pressage.pressing.

De cette façon, on évite, dans le cas d'un dommage causé au tube interne ou au chemisage tubulaire par suite de la corrosion, qu'un échange de fluides puisse avoir lieu entre les deux courants. Dans le cas de dommages dus à la corrosion, le fluide se rassemble entre le tube interne et In this way, it is avoided, in the case of damage to the inner tube or tubular liner as a result of corrosion, that a fluid exchange can take place between the two streams. In the case of damage due to corrosion, the fluid collects between the inner tube and

le chemisage tubulaire et il est conduit, par la ou les gor- the tubular lining and is driven by the groove (es)

ges longitudinales, à l'extérieur, ce qui permet de signaler Longitudinal data, outside, which makes it possible to signal

des dommages qui sont apparus.damage that has appeared.

On décrira ci-après, à titre d'exemples non limita- As will be described below, by way of non-limiting examples,

tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure l est une vue en élévation, partiellement Various embodiments of the present invention, with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is an elevational view, partially

en coupe axiale, de la zone extrême d'un échangeur de cha- axial section, of the extreme zone of a heat exchanger

leur coaxial en acier spécial.their coaxial steel special.

La figure 2 est une vue de l'échangeur de chaleur prise dans la direction de la flèche Il de la figure 1, en FIG. 2 is a view of the heat exchanger taken in the direction of arrow II in FIG.

supposant le premier ajutage enlevé. assuming the first nozzle removed.

La figure 3 est une vue en coupe axiale, à plus grande échelle, de la partie extrême d'une autre forme d'exécution d'un échangeur de chaleur coaxial, en coupe FIG. 3 is a view in axial section, on a larger scale, of the end portion of another embodiment of a coaxial heat exchanger, in section

suivant la ligne I1I-III de la figure 4. along line I1I-III of Figure 4.

La figure 4 est une vue prise dans la direction de Figure 4 is a view taken in the direction of

la flèche IV de la figure 3.arrow IV of FIG.

L'échangeur de chaleur qui est représenté sur les figures 1 et 2 et qui est indiqué dans son ensemble par la référence 10 comprend deux parties extrêmes 12 qui servent The heat exchanger shown in FIGS. 1 and 2, which is indicated as a whole by reference numeral 10, comprises two end portions 12 which serve

au raccordement de canalisations et dont une seule est re- to the connection of pipes and only one of which is

présenté sur le dessin. L'échangeur de chaleur lui-même presented on the drawing. The heat exchanger itself

250 1355250 1355

comporte un tube interne 14 et un tube externe 16 entourant le précédent à une certaine distance, si bien qu'une chambre annulaire 18 se trouve être formée entre le tube interne et has an inner tube 14 and an outer tube 16 surrounding the previous one at a distance, so that an annular chamber 18 is formed between the inner tube and

le tube externe.the outer tube.

Un premier ajutage 20, réalisé sous la forme d'un coude tubulaire, est engagé, par un tronçon cylindrique 22, dans une partie élargie cylindrique 24, formant manchon, prévue à l'extrémité du tube interne 14 et il est soudé à ce tube interne 14 le long de la surface de contact cylindrique A first nozzle 20, made in the form of a tubular bend, is engaged, by a cylindrical section 22, in a widened cylindrical portion 24 forming a sleeve, provided at the end of the inner tube 14 and is welded to this tube internal 14 along the cylindrical contact surface

ID Un second ajutage 28, disposé sensiblement radiale- ID A second nozzle 28, arranged substantially radially

ment, est soudé au tube externe 16, dans sa partie extrême 12, à une distance déterminée de l'extrémité 26 de ce tube externe. Deux plis de sertissage 30, 32 dont la largeur ou hauteur va en décroissant en direction de l'extrémité 26 du is welded to the outer tube 16, in its end portion 12, at a determined distance from the end 26 of this outer tube. Two crimping plies 30, 32 whose width or height decreases toward the end 26 of

tube externe 16, sont formés en deux emplacements diamétra- tube 16, are formed in two diametrical positions.

lement opposés sur le tube externe, dans la zone comprise entre le second ajutage 28 et l'extrémité 26 de ce tube externe, si bien que celui-ci présente une forme conique convergeant en direction de l'extrémité 26, la dernière partie 34 du tube externe 16 étant toutefois cylindrique et adaptée, par son diamètre interne, au diamètre externe de la partie élargie cylindrique 24 du tube interne 14, le tube externe 16 étant soudé au tube interne 14 par sa dernière the outer tube, in the area between the second nozzle 28 and the end 26 of the outer tube, so that it has a conical shape converging towards the end 26, the last part 34 of the outer tube 16 being cylindrical and adapted, by its internal diameter, to the outer diameter of the enlarged cylindrical portion 24 of the inner tube 14, the outer tube 16 being welded to the inner tube 14 by its last

partie cylindrique 34.cylindrical portion 34.

Comme il apparaît clairement sur la figure 1, le fluide se trouvant dans le tube interne 14 ne peut s'écouler que vers l'extérieur, dans le cas d'une soudure non étanche, sans pouvoir venir en contact avec le fluide se trouvant dans la chambre annulaire 18 et de la même façon le fluide se trouvant dans la chambre annulaire 18 ne peut s'écouler que vers l'extérieur, dans le cas d'une soudure non étanche, sans pouvoir venir en contact avec le fluide se trouvant dans le tube interne 14. Une pièce de raccordement coûteuse n'est donc absolument pas nécessaire, l'échangeur de chaleur As clearly shown in FIG. 1, the fluid in the inner tube 14 can flow only outwards, in the case of a non-leakproof weld, without being able to come into contact with the fluid in the the annular chamber 18 and in the same way the fluid in the annular chamber 18 can flow only outwardly, in the case of a seal unsealed, without being able to come into contact with the fluid in the inner tube 14. An expensive connection piece is therefore absolutely not necessary, the heat exchanger

est réalisé à partir d'éléments simples et il peut être fa- is made from simple elements and can be

briqué dans son ensemble avec un prix de revient relative- bricks as a whole with a relative cost price-

ment bas.low.

Dans la forme d'exécution illustrée sur les figures 3 et 4, l'échangeur de chaleur comporte un tube interne à In the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4, the heat exchanger comprises an internal tube to

double paroi, c'est-à-dire que le tube interne 14 est em- double wall, that is to say that the inner tube 14 is em-

boîté étroitement dans un chemisage tubulaire externe 35. tightly boxed in an outer tubular liner 35.

Si des dommages dus à la corrosion sont causés à la paroi de If corrosion damage is caused to the wall of

séparation entre les deux fluides qui doivent être stricte- separation between the two fluids that must be strict-

ment séparés, paroi qui est composée du tube interne 14 et du chemisage 35, le fluide chemine entre le tube interne 14 separated, wall which is composed of the inner tube 14 and the liner 35, the fluid travels between the inner tube 14

et le chemisage 35, il est collecté dans la gorge longitu- and the liner 35, it is collected in the long groove

dinale 36 et il sort à l'extrémité de cette gorge si bien que cette sortie de fluide peut signaler les dégâts causés dinal 36 and it comes out at the end of this throat so that this fluid outlet can signal the damage done

et que l'on peut alors y porter remède rapidement, par exem- that can be remedied quickly, for example,

ple par un remplacement-de l'échangeur de chaleur. ple by a replacement-of the heat exchanger.

Si la gorge longitudinale 36 est réalisée par pres- If the longitudinal groove 36 is made by pres-

sage dans le tube interne 14, l'ajutage 20 doit être égale- in the inner tube 14, the nozzle 20 must also be

ment pourvu d'une gorge correspondante dans la zone de liai- with a corresponding throat in the area of

son. Toutefois, il est également possible de former par his. However, it is also possible to train by

pressage une gorge longitudinale 36 dans le chemisage 35. pressing a longitudinal groove 36 in the liner 35.

Enfin, il est également possible de prévoir plusieurs gorges Finally, it is also possible to provide several gorges

longitudinales 36 au lieu d'une seule. longitudinal 36 instead of just one.

Claims

1.- Coaxial heat exchanger comprising a tube

and an outer tube surrounding the inner tube, to be dis-

of the latter, thus forming an annular chamber, a first nozzle opening into the inner tube, at its end, in the axial direction and a second nozzle opening into the annular chamber, at its end, in a substantially radial direction, characterized in that the heat exchanger (10) is made of special steel, the first nozzle (20) is welded into the inner tube (14) and the end portion of the outer tube (16) is made conical and convergent, outside the area of the second nozzle (28), by the formation of crimping folds (30, 32) provided on

the outer face of the tube and extending towards the former

tremity (26) of the tube to reach the outer diameter of the inner tube (14), the outer tube (16) being welded to the tube

internal (14).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the outer tube (16) and the inner tube (14) comprise cylindrical sections (24, 34).

in the area of their bond by welding.

3.- Heat exchanger according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

inner tube is surrounded by a tubular liner (35) and the inner tube (14) or the tubular liner (35) is provided with

at least one longitudinal groove (36) formed by pres-

wise.

4.- Heat exchanger according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

end portion (12) of the outer tube (16) is provided with

two crimping plies (30, 32) extending in the direction

longitudinal direction of the tube and being in two places

diametrically opposed.