FR2519751A1 - Echangeur de chaleur pour deux fluides dont l'un peut etre corrosif - Google Patents
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Abstract
L'ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTE UN FAISCEAU 1 EN MATIERE CERAMIQUE DANS LEQUEL SONT PREVUS DES CONDUITS 2 ET DES CONDUITS 3 POUR DEUX FLUIDES DONT L'UN CIRCULE SUIVANT LES FLECHES F ET L'AUTRE SUIVANT LES FLECHES F. LE FAISCEAU 1 EST DISPOSE DANS UNE ENVELOPPE 6 CONSTITUEE PAR DEUX DEMI-COQUILLES SERREES SUR DES FLASQUES 4, 4A DU FAISCEAU ET SUR DES NERVURES 8A DE CELUI-CI DE FACON QUE LE FLUIDE, QUI CIRCULE SUIVANT LA FLECHE F ET QUI SE TROUVE A LA PRESSION LA PLUS ELEVEE, EXERCE EN PERMANENCE UNE CONTRAINTE DE COMPRESSION SUR LE FAISCEAU.
Description
19751
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur pour deux fluides dont l'un peut être corrosif, ces échangeurs de chaleur comportant au moins un faisceau
en matière céramique.
Il a été constaté que les céramiques qui peuvent être utilisées pour fabriquer des appareils d'échange de
chaleur subissent au cours du temps une fissuration inter-
ne qui réduit leur durée de vie, en particulier lorsque ces céramiques sont soumises à des tensions qui provoquent
le développement de défauts initiaux.
Des échangeurs en matière céramique sont, par ail-
leurs, très utiles lorsque l'un des fluides est corrosif et aussi lorsqu'il existe un gradient de températures élevé entre deux fluides Ces deux circonstances se rencontrent
l 5 par exemple lorsqu'il y a lieu de refroidir les gaz d'é-
chappement d'un moteur thermique par de l'eau ou un fluide frigorigène permettant de récupérer une partie au moins
des calories normalement perdues dans les gaz d'échappement.
L'invention est partie de la constatation qui a été
faite que les matières céramiques utilisées dans les échan-
geurs ne devaient en aucun cas être soumises à des contrain-
tes de traction ou de flexion.
Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur
pour deux fluides dont l'un peut être corrosif, ledit échan-
geur comportant un faisceau fabriqué en matière céramique, est caractérisé en ce que ledit faisceau est soumis à une
contrainte de compression.
Suivant une autre caractéristique importante de l'in-
vention, la contrainte de compression est appliquée pour celui des deux fluides qui se trouve à la pression la plus élevée. Diverses autres caractéristiques de l'invention
ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au
dessin annexé.
La fig 1 est une perspective schématique d'un faisceau échangeur de chaleur en matière céramique faisant
application de l'invention.
La fig 2 est une perspective en partie arrachée d'un échangeur réalisé à partir du faisceau de la fig 1.
La fig 3 est une coupe partielle en partie schéma-
tique illustrant un détail de réalisation.
La fig 4 est une coupe schématique d'une variante.
La fig 5 est un schéma en élévation d'un dévelop-
pement de l'invention.
La fig 6 est une coupe schématique illustrant une
variante de réalisation de l'invention.
La fig 7 est une demi-coupe analogue à la fig 6
illustrant une autre caractéristique.
La fig 8 est une perspective d'un faisceau en ma-
tièlre céramique également réalisé suivant l'invention.
La fig 9 est une coupe d'un échangeur de chaleur
réalisé à partir du faisceau échangeur de la fig 8.
La fig 10 est une coupe vue suivant la ligne X-X
de la fig 9.
La fig 11 est une coupe analogue à la fig 10 d'une variante. La fig 12 est une coupe-élévation analogue à la
fig 9 d'un autre mode de réalisation de l'invention.
L'échangeur représenté au dessin comporte un fais-
ceau 1 fabriqué en céramique, notamment par filage, pour
délimiter des conduits de circulation 2 s'étendant longi-
tudinalement et débouchant aux deux extrémités du faisceau.
Un conduit sur deux est ensuite fermé aux deux extrémités
et des ouvertures 3 sont taillées, par exemple par frai-
sage ou meulage, dans ceux des conduits dont les extrémi-
tés sont fermées Il est ainsi possible de réaliser dans
ceux des conduits qui sont fermés aux extrémités une cir-
culation suivant les flèches f 1 et dans ceux des conduits
qui ne sont pas fermés une circulation suivant les flè-
ches '2 -2 Le faisceau changeur est muni, se extrmits, Le faisceau échangeur 1 est muni, à ses extrémités, ou en tout cas le plus près possible de ses extrémités, de flasques 4, 4 a de section circulaire ou elliptique Le
faisceau comporte également des nervures latérales 5.
Les nervures latérales 5 peuvent 8 tre formées de préférence lors du filage du faisceau, c'est-à-dire lors de la fabrication de celui-ci Au contraire, les flasques
4 sont rapportés par exemple en même temps qu'un des con-
duits sur deux est fermé aux extrémités du faisceau La formation des flasques 4 et les bouchons de fermeture des conduits peuvent être réalisés par frittage ou par apport d'un béton céramique ou autre béton réfractaire cuit sur
le faisceau.
La fig 2 illustre que le faisceau réalisé comme décrit ci-dessus en référence à la fig 1 est mis en place
dans une enveloppe 6 réalisée par exemple par deux demi-
coquilles 7, 8 L'enveloppe est conformée pour 8 tre appli-
quée sur les flasques 4, 4 a avec interposition d'un joint
9 Le Joint 9 peut être un joint métallique ou métallo-
plastique ou un joint en élastomère ou en d'autres matiè-
res selon les températures de travail.
Lorsque l'échangeur est destiné à refroidir des gaz
chaude par exemple des gaz d'échappement se déplaçant sui-
vant les flèches 2, le refroidissement étant assuré par de l'eau circulant suivant les flèches f, il est possible
que le joint 9 sur le côté d'entrée soit un joint métalli-
que tandis que le Joint sur le c 8 té sortie soit un Joint
en élastomère.
Les demi-coquilles 7, 8 se terminent sur leurs côt 6 s latéraux par des réglettes 7 a, 8 a qui sont serrées sur les
nervures 5 formées par l'échangeur.
A leur extrémité, les demi-coquilles 7, 8 forment des demi-brides 71, 81 pour le raccordement de l'échangeur
à des tubulures d'amenée et de sortie.
Les demi-coquilles constituant l'enveloppe délimi-
tent avec l'échangeur et les nervures des compartiments 10, 11 qui sont séparés par les nervures 5 qui forment des cloisons obligeant le fluide circulant suivant les flèches 251975 t à passer par les conduits du faisceau échangeur En prévoyant que le fluide circulant suivant la flèche L se trouve-toujours à une pression supérieure au fluide circulant suivant les flèches f 2, on est assuré que le faisceau échangeur est toujours maintenu sous pression.
Lorsque le faisceau est de section carrée ou sensi-
blement carrée, il est avantageux que les flasques 4, 4 a
soient de section circulaire et fassent saillie par rap-
port aux nervures 5 ce qu'illustre la fig 3 Dans ce cas, les demicoquilles 7, 8 forment des brides complètes et des collerettes 12 qui sont enfilées sur les brides 4 Une tubulure 13 formant une bride 14 peut ainsi être appliquée sur la face externe des flasques 4 avec interposition
éventuelle d'un joint 15.
Un dispositif à collier de serrage 16 est alors avantageusement prévu pour serrer chaque flasque 4, 4 a
entre respectivement les brides 71 et les brides 14 Lors-
que les flasques 4, ka sont cylindriques, il est possible
de constituer l'enveloppe 6 a en une seule pièce# le fais-
ceau 1 étant enfilé dans cette enveloppe cylindrique comme l'illustre la fig 4 Dans cette réalisation, les nervures sont supprimées mais il est prévu un flasque médian 17 qui assure la séparation entre l'entrée et la sortie du fluide circulant suivant les flèches fi, c'est-à-dire le
fluide sous haute pression.
La fig 5 montre schématiquement que cette disposi-
tion peut être développée en permettant de concevoir des
circulations plus complexes pour le fluide circulant sui-
vant les flèches f si les conditions de l'échange thermi-
que et les pertes de charge l'exigent.
Lorsque la pression du fluide sous la plus haute
pression est à un niveau tel que la poussée sur les extré-
mités des conduits de circulation fermées engendre des contraintes qui seraient préjudiciables à la longévité du faisceau 1, il est possible de maintenir celui-ci sous une
pression mécanique.
La fig 6 illustre des tirants 18 pour exercer une
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contrainte de compression sur les flasques d'extrémité 4 a par l'intermédiaire des brides 14, une garniture élastique 19 étant dans ce cas interposée entre les brides 4, 4 a et
les brides 14 pour compenser les dilatations différentiel-
les entre le faisceau 1 et les tirants 18. La fig 7 illustre un développement suivant lequel les tirants 18 sont munis d'éléments de poussée élastique qui exercent une précontrainte longitudinale permanente
sur le faisceau 1.
Les fig 8 à 10 illustrent une variante de réalisa-
tion suivant laquelle le faisceau 1 est toujours fabriqué à partir d'uns structure filée dont par exemple un conduit de circulation sur deux est ensuite fermé à ses extrémités, ces conduits étant mis en communication par fraisage, meulage ou autre opération de taille avec les ouvertures 3
par lesquelles le fluide circule suivant les flèches fi.
Cependant, le faisceau ne comporte pas les flasques 4, 4 a
ni les nervures 5, ce qui facilite grandement sa fabri-
cation par filage ou autre procédé analogue.
Dans cette réalisation, un joint moulé 21 est dispo-
sé autour du faisceau, ce joint délimitant deux ceintures
21 a, 21 b reliées par deux barrettes latérales 211, 212.
La ceinture 21 a est la ceinture amont si l'on considère le
sens de circulation du fluide, notamment des gaz à refroi-
dir, et elle est placée en retrait par rapport à la face
d'entrée desdits gaz à refroidir Ainsi, les gaz sont pré.
refroidis et le faisceau ou corps de l'échangeur se trouve déjà à une température relativement basse au niveau de la ceinture 21 a, ce qui permet de réaliser le joint 21 de
façon bon marché en élastomère.
Une tresse en fibres réfractaires 22 est interposée
au niveau de la face d'entrée entre le corps 1 et l'enve-
loppe 6 pour emp Scher les gaz chauds de lécher la ceinture 21 a formant joint et également pour empêcher l'accumulation
des condensats dans la zone amont, c'est-à-dire le compar-
timent 23.
L'enveloppe 6 est, par exemple, là aussi, constituée par deux demicoquilles 6 a, 6 b présentant des bords 6 prenant appui sur les barrettes 211 Les demi-coquilles
6 a, 6 b sont serrées par des frettes quelconques, par exem-
ple des profilés en U 24 disposés à l'aplomb des ceintures 21 a, 21 b. La fig 9 illustre que les ouvertures 3 peuvent être
réalisées de manière que le circuit du fluide de refroi-
dissement s'établisse suivant une boucle 25 Ce fluide qui
circule @ une pression plus élevée que le fluide traver-
sant le faisceau suivant les flèches f 2 maintient, par
conséquent, celui-ci toujours sous pression puisqu'il s'ap-
plique sur la paroi externe en même temps que dans les
conduits de circulation qui lui sont propres.
La fig Il illustre une variante suivant laquelle l'enveloppe comporte un bottier 6 ' de préférence en forme de trapèze, ce bottier délimitant des pattes ou rebords
6 t 1 pour le serrage de parties saillantes 26 des ceintu-
res 21 a, 21 b au moyen d'un couvercle 27.
La fig 12 illustre une autre variante selon laquelle
l'enveloppe 6 est tubulaire et est munie de brides conti-
nues 7 a à ses extrémités Dans ce cas, les ceintures 21 a, 21 b délimitent au moins une lèvre déformable 28 qui est dirigée vers le compartiment 29 dans lequel circule le
second fluide refroidisseur La pression de ce fluide main-
tient ainsi appliquées les lèvres 28 contre la paroi in-
terne de l'enveloppe 6 Pour améliorer encore l'étanchéité, il est possible que les lèvres 28 soient appliquées contre
des saillies tubulaires 30 formées par l'enveloppe.
Pour assurer l'étanchéité entre les barrettes 21 et l'intérieur de l'enveloppe, celles-ci peuvent aussi être munies de lèvres déformables pouvant rejoindre les lèvres 28 ou encore il est possible, comme illustré, de prévoir
une ou plusieurs rainures 31 pour former un joint laby-
rinthe Certaines des rainures 31 peuvent être totalement
ou partiellement occupées par une ou des nervures longitu-
dinale formées à l'intérieur de l'enveloppe 6.
7- L'invention ntest pas limitée aux exemples de
réalisation représentés et décrits en détail, car diver-
ses modifications peuvent y être apportées sans sortir
de son cadre.
Claims (21)
1 Echangeur de chaleur pour deux fluides dont l'un peut être corrosif, ledit échangeur comportant un faisceau fabriqué en matière céramique, caractérisé en ce que ledit faisceau 1 est soumis à une contrainte de compression.
2 Echangeur suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que la précontrainte est exercée par celui des
deux fluides qui se trouve à la pression la plus élevée.
3 Echangeur suivant l'une des revendications 1 et
2, caractérisé en ce que le faisceau est disposé dans une enveloppe, le fluide à la pression la plus élevée occupant au moins partiellement l'espace compris entre le faisceau
et l'enveloppe.
4 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que l'espace compris entre le fais-
ceau et l'enveloppe est divisé en deux parties, l'une reliée à l'entrée du fluide à la pression la plus élevée,
l'autre à la sortie de ce fluide.
5 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
4, caractérisé en ce que le faisceau est fabriqué par fi-
lage pour délimiter des conduits longitudinaux dont cer-
tains sont fermés à leurs extrémités, des ouvertures étant
taillées dans la paroi latérale du faisceau pour le pas-
sage du fluide à pression élevée.
6 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
, caractérisé en ce que le faisceau est muni latéralement
de nervures ( 5) ou baguettes ( 211).
7 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que le faisceau est muni latéralement
de nervures ( 5) et, à ses extrémités, de flasques circu-
laires ou elliptiques ( 4, 4 a) fabriqués en matière cérami-
que ou béton réfractaire pouvant être céramique.
8 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
7, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte deux demi-
coquilles ( 7, 8) épousant les flasques ( 4, 4 a) et les ner-
vures ( 5).
9 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
8, caractérisé par des joints d'étanchéité interposés entre les flasques et les brides et nervures, lesdits
joints étant métalliques ou plastiques ou composites mé-
talliques plastiques.
Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
8, caractérisé en ce que les flasques sont maintenus dans une collerette formée à partir des brides de l'enveloppe, une bride des conduits d'amenée respectivement de départ
étant également appliquée contre chaque flasque et main-
tenue par un dispositif à collier de serrage.
11 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
, caractérisé en ce que le faisceau comporte au moins un
flasque entre les flasques d'extrémité.
12 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
11, caractérisé en ce que l'enveloppe est en une seule
pièce de forme tubulaire.
13 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
12, caractérisé en ce que le faisceau est supplémentairement soumis à l'action d'une force de compression mécanique
exercée dans le sens de sa longueur.
14 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
13, caractérisé en ce que la force de compression est as-
surée par des tirants reliant des brides prenant appui
sur la face externe des flasques du faisceau.
Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
14, caractérisé en ce que des garnitures élastiques sont
interposées entre les brides et les flasques.
16 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
15, caractgri é en ce que les tirants sont munis d'éléments
élastiques exerçant une précontrainte.
17 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
16, caractérisé en ce que le faisceau, lorsqu'il n'est pas muni de flasques et nervures, est entouré par un joint moulé délimitant deux barrettes ( 211) et deux ceintures
( 21 a, 21 b) pour assurer l'étanchéité avec l'enveloppe.
18 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
17, caractérisé en ce que la ceinture ( 21 a) disposée sur la partie la plus chaude du faisceau est placée à distance
de l'extrémité la plus chaude dudit faisceau, ladite ex-
trémité étant entourée par une tresse réfractaire interpo-
sée entre le faisceau et l'enveloppe.
19 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
18, caractérisé en ce que les barrettes ( 211) font saillie par rapport aux ceintures ( 21 a, 21 b) et sont serrées entre des rebords formés par deux demi-coquilles constituant l'enveloppe.
Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
19, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée par
un bottier ( 6 ') et un couvercle ( 27) serrant respective-
ment les ceintures ( 21 a, 21 b) et des pattes saillantes
( 26) formées à partir desdites ceintures.
21 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
, caractérisé en ce que le bottier ( 6 ') est de section
légèrement trapézoïdale.
22 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
21, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 1) est tubulaire et munie de brides continues ( 7 a) à ses extrémités, les
ceintures ( 21 a, 21 b) délimitant au moins une lèvre défor-
mable ( 28) qui est dirigée vers le compartiment dans lequel
circule le fluide à la plus haute pression.
23 Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
22, caractérisé en ce que les barrettes reliant les cein-
tures délimitent aussi au moins une lèvre déformable.
24 Echangeur suivant tl'une des revendications 1 à
23, caractérisé en ce que les barrettes ( 24) délimitent
au moins une rainure ( 31) d'un joint labyrinthe.
Echangeur suivant l'une des revendications 1 à
24, caractérisé en ce que l'enveloppe délimite des saillies coopérant avec les lèvres déformables des ceintures et/ou
barrettes.
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| FR2519751B1 FR2519751B1 (fr) | 1987-10-02 |
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Family Applications (1)
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