FR2707380A1

FR2707380A1 - Safety ring exchanger for incompatible fluids.

Info

Publication number: FR2707380A1
Application number: FR9308254A
Authority: FR
Inventors: Carpentier Pierre
Original assignee: CONST AERO NAVALE ET
Current assignee: CONST AERO NAVALE ET
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-13
Anticipated expiration: 2013-07-06
Also published as: CA2119408A1; ES2114017T3; DK0633442T3; ATE162615T1; DE69316603D1; EP0633442A1; EP0633442B1; FR2707380B1; DE69316603T2

Abstract

Annular safety heat exchanger for incompatible fluids, characterised in that it comprises a hollow body (1) closed at one end by a wall (3, 3a), the said body containing a leaktight bottle (12, 13, 37) to which it is rigidly fixed in a leaktight manner, at least one wall (12, 37) of the bottle being fitted, on each of its sides, with dissipators (16, 17, 16a, 17a) and the said bottle forming a separating wall between a first fluid and a second fluid which respectively circulate on either side of the said walls of the bottle between an inlet channel (7) and an outlet channel (8) of the hollow body, in the case of one, and between an inlet conduit (25) and an outlet conduit (28, 49), in the case of the other.

Description

La présente invention concerne les échangeurs deThe present invention relates to heat exchangers

chaleur pour fluides dits incompatibles. Par cette ex- heat for so-called incompatible fluids. By this ex-

pression. il faut comprendre des fluides qui, lorsqu'ils sont mis en présence, sont susceptibles de réagir de façon dangereuse, par exemple par inflammation, ou en- core des fluides qui, lorsqu'ils sont mélangés dans certaines conditions sont susceptibles de créer des pressure. it is necessary to understand fluids which, when brought into contact, are likely to react in a dangerous manner, for example by ignition, or still fluids which, when mixed under certain conditions are likely to create

composés toxiques.toxic compounds.

Pour permettre un échange thermique efficace, on a proposé des échangeurs thermiques comportant une cuve To allow efficient heat exchange, heat exchangers have been proposed comprising a tank

dont un côté est ouvert et sur lequel est bridé un col- one side of which is open and on which a collar is clamped

lecteur auquel des tubes en épingle sont eux-mêmes reader to which pin tubes are themselves

fixés, ces tubes s'étendant dans la cuve. fixed, these tubes extending into the tank.

Dans cette réalisation connue, un premier flui- In this known embodiment, a first fluid

de circule dans la cuve qui peut comporter des chicanes, tandis qu'un second fluide circule dans les tubes, ce second fluide étant amené à une extrémité des tubes par circulates in the tank which may include baffles, while a second fluid circulates in the tubes, this second fluid being brought to one end of the tubes by

une boîte collectrice et récupéré depuis l'autre extré- a manifold and recovered from the other end

mité des tubes par une seconde boite collectrice. mites tubes by a second manifold.

Les échangeurs connus du type rappelé ci-dessus The known exchangers of the type recalled above

sont satisfaisants quant aux capacités d'échange ther- are satisfied with the heat exchange capacities

mique qu'ils présentent mais il peut se produire que des fuites adviennent, en particulier au niveau des pieds de tubes engages dans le collecteur fermant la cuve dans laquelle circule le premier fluide. Les fuites peuvent aussi être produites par percement des tubes à paroi mique they present but it may occur that leaks occur, in particular at the feet of tubes engaged in the collector closing the tank in which the first fluid circulates. Leaks can also be produced by piercing wall tubes

mince, généralement de l'ordre de 6 à 8/10e de mm. thin, usually around 6 to 8 / 10ths of a mm.

L'invention crée un nouvel échangeur de chaleur rendant impossible toute communication entre les deux The invention creates a new heat exchanger making communication between the two impossible.

fluides, toutes fuites éventuelles ne pouvant se pro- fluids, any possible leaks that cannot occur

duire que vers l'extérieur de l'échangeur sans que les deux fluides puissent jamais être mis en contact l'un say that towards the outside of the exchanger without the two fluids can ever be brought into contact with one

avec l'autre.with the other.

Conformément à l'invention, l'échangeur annu- In accordance with the invention, the exchanger annu-

laire de sécurité pour fluides incompatibles est carac- safety area for incompatible fluids is charac-

térisé en ce qu'il comporte un corps creux fermé à une extrémité par un fond, ce corps contenant une bouteille formée par un fourreau fermé par un fond, ledit fourreau étant engagé dans ledit corps creux qui présente une surface d'appui pour une bride du fourreau à l'intérieur duquel un premier fluide est amené à circuler par un couvercle distributeur tandis qu'un second fluide est amené à circuler à l'extérieur du fourreau entre des canaux d'entrée et de sortie faisant partie du corps terized in that it comprises a hollow body closed at one end by a bottom, this body containing a bottle formed by a sheath closed by a bottom, said sheath being engaged in said hollow body which has a bearing surface for a flange the sheath inside which a first fluid is caused to circulate by a distributor cover while a second fluid is caused to circulate outside the sheath between inlet and outlet channels forming part of the body

creux.hollow.

Diverses autres caractéristiques de l'invention Various other features of the invention

ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui appear moreover from the detailed description which

suit.follows.

Des formes de réalisation de l'objet de l'in- Embodiments of the subject matter of the

vention sont représentés, à titre d'exemples non li- are shown, by way of non-limiting examples.

mitatifs, au dessin annexé.mitatives, in the accompanying drawing.

La figure unique est une coupe-élévation de The single figure is a sectional elevation of

l'échangeur de chaleur, objet de l'invention. the heat exchanger, object of the invention.

L'échangeur illustré au dessin comporte un corps, ou enveloppe, 1 réalisé par moulage en métal, par exemple en aluminium ou alliage de ce métal, en "Inconel" ou encore par usinage, soit en alliage léger, soit en acier inoxydable, titane ou autre métal approprié à The exchanger illustrated in the drawing comprises a body, or casing, 1 produced by molding in metal, for example aluminum or an alloy of this metal, in "Inconel" or even by machining, either in light alloy, or in stainless steel, titanium. or other metal suitable for

l'utilisation envisagée.the intended use.

Le corps 1 délimite une enveloppe 2 de forme générale cylindrique fermée à une extrémité par un fond The body 1 defines an envelope 2 of generally cylindrical shape closed at one end by a bottom

3 formé d'une pièce avec l'enveloppe 2. 3 formed in one piece with the envelope 2.

Le corps 1 délimite intérieurement une paroi cy- The body 1 internally defines a cy-

lindrique 4 présentant à ses extrémités des évidements lindrique 4 having at its ends recesses

distributeur et collecteur 5 et 6- L'évidement 6 est an- distributor and collector 5 and 6- The recess 6 is an-

nulaire tandis que l'évidement 5 peut ne s'étendre que ring while the recess 5 may only extend

sur une fraction de la périphérie de la paroi cylindri- on a fraction of the periphery of the cylindrical wall

que 4.than 4.

Les évidements 5 et 6 communiquent respective- The recesses 5 and 6 communicate respectively-

ment avec un canal d'entrée 7 et un canal de sortie 8 with an input channel 7 and an output channel 8

destinés à être reliés à des raccords menant à des ca- intended to be connected to fittings leading to ca-

nalisations d'amenée et d'évacuation non représentées. supply and evacuation signs not shown.

Dans la réalisation représentée, le corps 1 est muni d'un flasque de fixation 9 destiné à être monté sur In the embodiment shown, the body 1 is provided with a fixing flange 9 intended to be mounted on

un support non représenté pouvant être quelconque. a support, not shown, which may be any.

Le corps 1 pourrait, sans sortir du cadre de Body 1 could, without departing from the scope of

l'invention, faire partie intégrante d'un carter de mo- invention, be an integral part of a motor housing

teur ou d'un autre dispositif analogue. or other similar device.

L'extrémité du corps 1 qui est opposée au fond 3 délimite une surface d'appui 10 pour une bride 11 formée à une extrémité d'un fourreau 12 fermé par un fond 13 en constituant une bouteile étanche. Le fourreau, la bride 11il et le fond 13 sont constitués en une seule pièce, de préférence en alliage léger, réalisés par un procédé The end of the body 1 which is opposite the bottom 3 defines a bearing surface 10 for a flange 11 formed at one end of a sheath 12 closed by a bottom 13 by constituting a sealed bottle. The sheath, the flange 11il and the bottom 13 are made in one piece, preferably of light alloy, produced by a process

d'usinage faisant que la paroi du fourreau est relati- machining that the wall of the sleeve is relati-

vement épaisse, par exemple de l'ordre de 2 à 3 mm. thick, for example of the order of 2 to 3 mm.

Le procédé d'usinage choisi pour la réalisation du fourreau 12 du fond 13 et de la bride 11 est choisi parmi ceux faisant qu'aucune crique ne puisse exister dans la paroi de séparation de fluide qui constitue l'ensemble en forme de bouteille ci-dessus qui comprend The machining process chosen for the production of the sheath 12 of the bottom 13 and of the flange 11 is chosen from those making that no crack can exist in the fluid separation wall which constitutes the bottle-shaped assembly shown below. top that includes

ledit fourreau 12, ledit fond 13 et ladite bride 11. said sheath 12, said bottom 13 and said flange 11.

L'usinage d'une pièce massive constitue un mode de réalisation approprié de même qu'une réalisation par laminage du fourreau et soudure du fond. Un procédé de The machining of a solid part constitutes an appropriate embodiment as well as an embodiment by rolling the sheath and welding the bottom. A process of

repoussage ou de forgeage peut aussi être utilisé. embossing or forging can also be used.

Un joint 14, par exemple de forme torique, est interposé entre la bride 11 et la surface d'appui 10 du A seal 14, for example of an O-shaped shape, is interposed between the flange 11 and the bearing surface 10 of the

corps 1.body 1.

Comme l'illustre le dessin, les dimensions respectives du fourreau 12 et du corps 1 sont choisies pour qu'un intervalle 15 existe entre la paroi interne du fond 13 et la paroi externe du fond 13 ainsi qu'entre la paroi externe du fourreau 12 et la paroi interne de As illustrated in the drawing, the respective dimensions of the sheath 12 and of the body 1 are chosen so that an interval 15 exists between the internal wall of the bottom 13 and the external wall of the bottom 13 as well as between the external wall of the sheath 12 and the inner wall of

l'enveloppe 2 du corps 1.the envelope 2 of the body 1.

Des dissipateurs 16, par exemple constitués par une bande ondulée, par des ailettes, des picots ou d'autres éléments analogues, font saillie de la paroi interne du fourreau et, de même, des dissipateurs 17 font saillie de la paroi externe dudit fourreau 12 pour Heatsinks 16, for example constituted by a corrugated strip, by fins, pins or the like, protrude from the inner wall of the sheath and, likewise, heatsinks 17 protrude from the outer wall of said sheath 12 for

s'étendre sur toute la longueur utile de celui-ci. extend over the entire useful length thereof.

Lorsque les dissipateurs 16 et 17 sont consti- When the heatsinks 16 and 17 are constituted

tués par des bandes ondulées, bien connues dans la technique des échangeurs de chaleur, ils sont reliés au fourreau 12, par exemple par brasage. Lorsqu'ils sont constitués par des ailettes, ou par des doigts, ils sont réalisés par usinage, par exemple par fraisage dans un centre d'usinage assurant la fabrication de la paroi de séparation de fluides formée en partie par le fourreau 12 et le fond 13. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant le fourreau 12 et les killed by corrugated strips, well known in the art of heat exchangers, they are connected to the sheath 12, for example by brazing. When they are constituted by fins, or by fingers, they are produced by machining, for example by milling in a machining center ensuring the manufacture of the fluid separation wall formed in part by the sheath 12 and the bottom 13. It would not go beyond the scope of the invention to produce the sleeve 12 and the

dissipateurs par fonderie.heatsinks by foundry.

Les dissipateurs 17 sont entourés par une viro- The heatsinks 17 are surrounded by a viro-

le 18 qui peut être métallique ou éventuellement en ma- the 18 which can be metallic or possibly made of

tière synthétique et qui s'étend sur toute la longueur synthetic face and which extends over the entire length

utile desdits dissipateurs 17 tout en ménageant un es- useful of said heatsinks 17 while providing a es-

pace annulaire libre avec la paroi interne de la bride 11, d'une part, et avec la paroi interne du fond 13 du free annular space with the internal wall of the flange 11, on the one hand, and with the internal wall of the bottom 13 of the

corps 1, d'autre part.body 1, on the other hand.

Un joint d'étanchéité 19 est de préférence in- A seal 19 is preferably

terposé entre la virole 18 et la paroi cylindrique 4 de bent between the ferrule 18 and the cylindrical wall 4 of

l'enveloppe 2, ce joint pouvant n'assurer qu'une étan- envelope 2, this joint being able to ensure only a watertight

chéité relative.relative cheity.

De façon analogue à ce qui est décrit ci-dessus en ce qui concerne les dissipateurs 17, une seconde Analogously to what is described above with regard to the heatsinks 17, a second

virole 20 est engagée à l'intérieur des dissipateurs 16. ferrule 20 is engaged inside the heatsinks 16.

La seconde virole 20 s'étend sur toute la longueur utile The second ferrule 20 extends over the entire useful length

des dissipateurs 16 et elle est supportée dans un décol- heatsinks 16 and it is supported in a takeoff

letage 21 d'un couvercle distributeur 22 appliqué contre letter 21 of a distributor cover 22 applied against

la paroi externe de la bride 11 décrite dans ce qui pré- the outer wall of the flange 11 described in what pre-

cède. Un joint d'étanchéité 23 est interposé entre le couvercle distributeur 22 et la bride 11 et des moyens de fixation et de serrage 24, par exemple des vis ou des boulons, assurent la fixation du couvercle distributeur 22 sur la bride 11 et la fixation de cette dernière sur give in. A seal 23 is interposed between the distributor cover 22 and the flange 11 and fixing and tightening means 24, for example screws or bolts, ensure the fixing of the distributor cover 22 on the flange 11 and the fixing of this last on

le corps 1.the body 1.

Le couvercle distributeur 22 délimite un conduit d'entrée 25, de préférence coaxial, au fourreau 12 et un The distributor cover 22 delimits an inlet conduit 25, preferably coaxial, to the sheath 12 and a

collecteur annulaire 26 communiquant avec l'espace an- annular collector 26 communicating with the space an-

nulaire 27 délimité entre la seconde virole 20 et la ring 27 delimited between the second ferrule 20 and the

paroi interne du fourreau 12.inner wall of the sheath 12.

Le collecteur 26 mène à un conduit de sortie 28. The manifold 26 leads to an outlet conduit 28.

L'échangeur décrit ci-dessus est destiné essen- The exchanger described above is intended mainly for

tiellement à permettre l'échange thermique entre des fluides incompatibles, c'est-à-dire entre des fluides ne devant en aucun cas pouvoir être amenés en contact l'un so as to allow heat exchange between incompatible fluids, that is to say between fluids which must in no case be able to be brought into contact with one another

avec l'autre comme cela peut être le cas entre un com- with each other as may be the case between a com-

bustible, par exemple du kérosène et de l'huile de lu- bustible, e.g. kerosene and lu- oil

brification de parties d'un moteur lorsque ces deux fluides se trouvent à des températures très différentes, l'huile devant par exemple être refroidie par le lubrication of parts of an engine when these two fluids are at very different temperatures, the oil for example having to be cooled by the

combustible amené au moteur.fuel supplied to the engine.

Le premier fluide par exemple le combustible est amené dans l'échangeur par le conduit d'entrée 25 suivant la flèche fl; il est ensuite conduit à passer dans l'espace 27 délimité entre la seconde virole 20 et The first fluid, for example the fuel, is brought into the exchanger by the inlet conduit 25 along the arrow f1; it is then led to pass into the space 27 delimited between the second ferrule 20 and

la surface externe du fourreau 12 et contenant les dis- the outer surface of the sheath 12 and containing the dis-

sipateurs 16.siphers 16.

Ce premier fluide est ainsi amené au collecteur This first fluid is thus brought to the collector

annulaire 26 puis au conduit de sortie 28. annular 26 then to the outlet duct 28.

Le second fluide, par exemple un lubrifiant, est amené suivant la flèche f2 au canal d'entrée 7 qui le The second fluid, for example a lubricant, is brought along the arrow f2 to the inlet channel 7 which

dirige vers l'évidement annulaire 6 constituant un dis- points to the annular recess 6 constituting a dis-

tributeur qui répartit ce fluide pour être conduit à tributor who distributes this fluid to be led to

l'intérieur de la virole 18 en circulant ainsi à l'ex- inside the shell 18, thus circulating outside the

térieur du fourreau 12 le long des dissipateurs que sheath 12 along the heatsinks that

porte ce fourreau.wear this scabbard.

L'espace 15 séparant le fond 13 du fourreau 12 du fond 3 du corps 1 forme collecteur pour ce second fluide qui est ainsi amené vers l'évidement 5 puis dans The space 15 separating the bottom 13 of the sheath 12 of the bottom 3 of the body 1 forms a collector for this second fluid which is thus brought to the recess 5 then in

le canal de sortie 8.the output channel 8.

Ce qui précède montre qu'aucun passage ne peut The above shows that no passage can

exister entre les circuits des premier et-second flui- exist between the circuits of the first and second fluid

des. Si une fuite existait, celle-ci ne pourrait se produire qu'entre la bride 11 et la surface d'appui 10 du corps 1 en cas de défaut du joint 14 mais, dans ce cas, le second fluide serait conduit vers l'extérieur sans pouvoir rejoindre une partie du circuit parcouru of. If a leak existed, it could only occur between the flange 11 and the bearing surface 10 of the body 1 in the event of a fault in the seal 14 but, in this case, the second fluid would be led to the outside. without being able to join part of the circuit covered

par le premier fluide.by the first fluid.

D'une facon analogue, une fuite dans le circuit Similarly, a leak in the circuit

du premier fluide ne pourrait se produire qu'entre l'ex- of the first fluid could only occur between the ex-

térieur de la bride 11 et le joint 23 du couvercle dis- flange 11 and seal 23 of the cover

tributeur 22. Dans ce cas, cette fuite éventuelle qui serait due à un défaut du joint 23 ne pourrait conduire tributor 22. In this case, this possible leak which would be due to a defect in the joint 23 could not lead

le premier fluide que vers l'extérieur sans que ce pre- the first fluid only outwards without this pre-

mier fluide puisse en aucun cas venir dans le circuit du mier fluid can in no case come into the circuit of

second fluide.second fluid.

Dans l'exemple décrit, la circulation des deux fluides s'effectue à contre courant. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en établissant un autre mode de circulation pour des moyens habituels à la technique. Il est possible en particulier d'établir des cloisons aux extrémités de certains dissipateurs pour établir une circulation en zigzag de l'un et/ou l'autre des deux fluides. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la virole 18 qui a été décrite comme étant portée par les dissipateurs 16 peut être fixée à la paroi interne de l'enveloppe 2 In the example described, the circulation of the two fluids takes place against the current. It would not go beyond the scope of the invention to establish another mode of circulation for means usual in the art. It is possible in particular to establish partitions at the ends of certain dissipators to establish a zigzag circulation of one and / or the other of the two fluids. The invention is not limited to the exemplary embodiments, shown and described in detail, since various modifications can be made thereto without departing from its scope. In particular, the ferrule 18 which has been described as being carried by the dissipators 16 can be fixed to the internal wall of the casing 2

mais, dans ce cas, elle est prévue pour que les dissi- but, in this case, it is provided for the dissimilar

pateurs puissent éventuellement être déplacés par rap- pateurs can be moved if necessary

port à sa paroi interne afin d'éliminer tous risques de worn on its inner wall in order to eliminate all risks of

contraintes dues à des dilatations différentielles. stresses due to differential expansions.

De même, la seconde virole 20 est prévue pour pouvoir coulisser par rapport aux dissipateurs 16 ou si elle est rendue solidaire de ceux-ci pour pouvoir être Similarly, the second ferrule 20 is provided to be able to slide relative to the dissipators 16 or if it is made integral with the latter to be able to be

déplacée par rapport au décolletage 21, ceci afin éga- displaced with respect to bar turning 21, this also

lement d'éviter des contraintes pouvant prendre nais- also to avoid constraints that could arise

sance du fait de dilatations différentielles. De même, due to differential expansions. Likewise,

le fourreau 12 ainsi que la paroi 4 du corps 1 qui cons- the sheath 12 as well as the wall 4 of the body 1 which constitutes

tituent les parties essentielles des parois de sépara- form the essential parts of the partition walls

tion des fluides, peuvent ne pas être cylindriques mais présenter une forme polygonale, par exemple carrée, ou encore une forme en arc de cercle. De cette manière, il est possible d'augmenter la surface d'échange utile sans tion of fluids, may not be cylindrical but have a polygonal shape, for example square, or even an arc shape. In this way, it is possible to increase the useful exchange surface without

augmenter de façon appréciable, l'encombrement de l'é- increase appreciably, the size of the e-

changeur et de l'adapter à la forme des dispositifs qui changer and adapt it to the shape of the devices that

doivent le recevoir.must receive it.

Claims

1. Annular safety exchanger for incompatible fluids, characterized in that it comprises a hollow body (1) closed at one end by a bottom (3), this body containing a bottle formed by a sheath (12) closed by a bottom (13), said sheath (12) being

engaged in said hollow body (1) which has an over-

bearing face (10) for a flange (11) of the sleeve to

inside which a first fluid is brought to circu-

ler by a distributor cover (22) while a second fluid is caused to circulate outside the sheath between inlet and outlet channels (7, 8)

forming part of the hollow body.

2. Exchanger according to claim 1, charac-

terized in that the sheath (12), its bottom (13) and its flange (11) delimiting a sealed bottle constitute a partition wall between the first and the second fluid.

3. Exchanger according to one of claims 1

or 2, characterized in that the sheath (12), its bottom

(13) and its flange (11) are made in one piece.

4. Exchanger according to one of claims 1

to 3, characterized by heatsinks (16, 17) extending

dant on the inner and outer walls of the sleeve (12).

5. Exchanger according to one of claims 1

to 4, characterized in that the sheath (12) has a

thickness of the order of 2 to 3 mm.

6. Exchanger according to one of claims 1

to 5, characterized by a ferrule (18) surrounding devices

siphers (17) arranged on the external wall of the sheath (12), said ferrule opening in a recess (6) of the

body (1) and in an interval (15) separating the oven-

reau (12) and its bottom (13) of the internal wall of the body

(1), said gap (15) opening into an outlet channel

tie (8) of the second fluid.

7. Exchanger according to one of claims 1

to 6, characterized in that the ferrule (18) is moved

ble, either relative to the internal wall of the body (1),

either relative to the dissipators (17) of the wall ex-

dull sheath (12).

8. Exchanger according to one of claims 1

in 7, characterized in that dissipators (16) carried by the internal wall of the sheath (12) surround a second ferrule (20) connected to a distributor cover (22) tight against the flange (11) of the sheath (12) and delimiting an inlet conduit (25) bringing the first fluid inside the second ferrule (20), said second fluid being led outside of said second ferrule to an annular collector formed inside the distributor cover (22) and leading to

an outlet conduit (28) of a cover.

9. Exchanger according to one of claims 1

8, characterized by seals (14, 23) interposed respectively between the bearing surface (10) of the body (1) and the flange (11) of the sleeve (12), on the one hand, and said flange (11) and the distributor cover

(22), on the other hand.

10. Exchanger according to one of claims 1

9, characterized in that the internal wall of the body (1) and the sheath (12) are indifferently of section

circular polygonal or in an arc.

11. Exchanger according to one of claims 1

to 10, characterized in that the circulation of the fluids is equally carried out against the current

parallel and / or zigzag.