FR2816700A1

FR2816700A1 - Heat exchanger for aqua-culture heat pump includes plastics tubes sealed by crimping to avoid corrosion

Info

Publication number: FR2816700A1
Application number: FR0014756A
Authority: FR
Inventors: Jacques Bernier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: FR2816700B1

Abstract

The heat exchanger includes an outer envelope (14) and an inner tube (151). Two half collars (16,20) surround the end of the outer plastics tube, which has an end stopper (21) occupying the annular space between the inner and outer tubes. The heat exchanger includes an outer envelope (14) comprising a plastic tube rolled in serpentine fashion, with one or more inner tubes (151) passing through the outer tube and carrying fluid. Two plastic or metal half collars (16,20) surround the end of the outer plastics tube, which has an end stopper (21) occupying the annular space between the inner and outer tubes. A seal is obtained by crimping the outer tube on to the end stopper, and using the bolts (181, 182) which hold together the two half collars in order to apply pressure. A toric joint is fitted between the outside of the outer envelope and the two half collars.

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comportant une enveloppe externe en tube plastique et des dispositifs de raccordement des extrémités par deux demi-colliers assurant les rôles de fixation et d'étanchéité entre les deux circuits. The present invention relates to a heat exchanger comprising an outer casing of plastic tube and devices for connecting the ends by two half-collars ensuring the roles of fixing and sealing between the two circuits.

On connaît déjà des échangeurs de chaleur coaxiaux ou multitubulaires destinés aux installations de chauffage, de refroidissement et aux pompes à chaleur. Coaxial or multitubular heat exchangers are already known for heating, cooling and heat pump installations.

Ces échangeurs réalisés à l'aide de tubes cuivre ou acier présentent un certain nombre d'inconvénients comme la non-résistance au gel et à la corrosion. Certaines conceptions avec des tubes en titane permettent de résister à la corrosion, mais présentent l'inconvénient d'être très coûteux dans leur réalisation. Les échangeurs métalliques présentent par ailleurs l'inconvénient de conduire le courant et d'ioniser des particules métalliques, les rendant nocives en aquaculture par exemple. These exchangers produced using copper or steel tubes have a number of drawbacks such as non-resistance to frost and corrosion. Certain designs with titanium tubes make it possible to resist corrosion, but have the disadvantage of being very expensive in their production. Metal exchangers also have the disadvantage of conducting the current and of ionizing metal particles, making them harmful in aquaculture for example.

On connaît également des échangeurs avec enveloppe externe plastique comme ceux décrits dans le brevet français de Jacques BERNIER NO9803546 du 23/03/98 destinés à des tubes plastifiés extérieurement. Ces échangeurs conduisent à des raccords coûteux et volumineux. There are also known exchangers with plastic outer casing such as those described in the French patent of Jacques BERNIER NO9803546 of 23/03/98 intended for externally plasticized tubes. These exchangers lead to expensive and bulky connections.

C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir un échangeur de chaleur ne présentant pas les défauts des installations connues. It is generally an object of the invention to provide a heat exchanger which does not have the faults of known installations.

C'est en particulier un but de l'invention de fournir un échangeur constitué de tubes coaxiaux et de colliers de prise serrant à la fois le tube extérieur et le bouchon de fixation du tube intérieur. L'intérêt du procédé permet en outre : - De ne pas être volumineux - De résister au gel - D'être adapté aux pompes à chaleur tant pour la fabrication du condenseur que de l'évaporateur. It is in particular an object of the invention to provide an exchanger consisting of coaxial tubes and intake collars tightening both the outer tube and the inner tube fixing plug. The advantage of the process also allows: - Not to be bulky - To resist frost - To be suitable for heat pumps both for the manufacture of the condenser and of the evaporator.

- D'être adapté au chauffage ou au refroidissement de l'eau des bassins aquacoles ou des piscines. - To be suitable for heating or cooling the water in aquaculture ponds or swimming pools.

- De ne pas être coûteux dans sa réalisation. - Not to be expensive in its realization.

L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention comportant un échangeur de type coaxial. The invention will be better understood from the following description given by way of example and with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagram of an installation according to the invention comprising a heat exchanger of the coaxial type.

'La figure 2 représente le détail d'une des extrémités de raccordement des tubes de l'échangeur selon une version de l'invention. 'Figure 2 shows the detail of one of the connection ends of the exchanger tubes according to a version of the invention.

* La figure 3 est représente une vue en coupe de la figure 2. * Figure 3 is a sectional view of Figure 2.

* La figure 4 est une version du bouchon d'extrémité. * Figure 4 is a version of the end plug.

* La figure 5 est une variante où les bouchons d'extrémités comportent un raccord mécanique. * Figure 5 is a variant where the end caps have a mechanical connection.

* La figure 6 est une vue en coupe de l'un des tubes internes constituant l'échangeur. * Figure 6 is a sectional view of one of the internal tubes constituting the exchanger.

'La figure 7 est une variante de l'invention destinée aux échangeurs avec fluide corrosif extérieur * La figure 8 représente l'intégration de l'invention dans une pompe à chaleur. 'Figure 7 is a variant of the invention for exchangers with external corrosive fluid * Figure 8 shows the integration of the invention in a heat pump.

Une installation selon l'invention figure 1 comporte une enveloppe extérieure (14) telle un tube plastique cylindrique enroulé en forme de serpentin et comportant à ses deux extrémités deux demi-colliers plastiques ou métalliques (16,20), enserrant le tube (14). A l'intérieur du tube (14) sont placés un ou plusieurs tubes (151, 152,... 15n) où circule un fluide pénétrant dans ces tubes par l'entrée (E1) et répartis par le collecteur (10). La sortie du fluide, après échange s'effectue en (S1) par le collecteur (13). Le demi-collier (20) comporte le raccord d'entrée (171) du deuxième fluide destiné à assurer l'échange thermique avec le premier fluide. Le deuxième fluide circule dans l'espace situé entre les tubes (151, 152,... 15n) et le tube (14), puis ressort par le raccord (172) en (S2) par l'autre demi collier (20). L'étanchéité de la sortie des tubes (151, 152,... 15n) est réalisée par brasure ou raccord à olive sur un bouchon (21). An installation according to the invention in FIG. 1 comprises an outer casing (14) such as a cylindrical plastic tube wound in the form of a coil and comprising at its two ends two plastic or metal half-collars (16,20), enclosing the tube (14) . Inside the tube (14) are placed one or more tubes (151, 152, ... 15n) where a fluid penetrates into these tubes through the inlet (E1) and distributed by the manifold (10). The fluid outlet, after exchange takes place in (S1) by the manifold (13). The half-collar (20) comprises the inlet connection (171) of the second fluid intended to ensure the heat exchange with the first fluid. The second fluid circulates in the space located between the tubes (151, 152, ... 15n) and the tube (14), then exits through the fitting (172) at (S2) through the other half-collar (20) . The outlet of the tubes (151, 152, ... 15n) is sealed by brazing or olive fitting on a plug (21).

L'étanchéité du bouchon (21) sur le tube (14) est simplement assurée par le serrage des deux demi colliers entre eux (16) et (20) qui écrasent le tube (14) sur le bouchon d'extrémité (21). Les tubes (151, 152,... 15n) sont constitués par des tubes métalliques (en cuivre par exemple), plastiques ou métalliques plastifiés extérieurement. Ces tubes peuvent également comporter des turbulateurs ou rainurages internes et ou externes. The sealing of the plug (21) on the tube (14) is simply ensured by the tightening of the two half collars between them (16) and (20) which crush the tube (14) on the end plug (21). The tubes (151, 152, ... 15n) are made up of metallic tubes (copper for example), plastic or metallic plasticized on the outside. These tubes can also include internal or external turbulators or grooves.

Les figures 2 et 3 représentent le détail d'une des extrémités de raccordement des tubes de l'échangeur, dans une forme de réalisation. Les deux demi colliers (16) et (20) enserrent le tube (14) grâce au serrage effectué par les 2 boulons avants (181, 182) et les 2 boulons arrières (183,184). Le tube (14) est percé à l'entrée (E2) Figures 2 and 3 show the detail of one of the connection ends of the exchanger tubes, in one embodiment. The two half collars (16) and (20) enclose the tube (14) thanks to the tightening carried out by the 2 front bolts (181, 182) and the 2 rear bolts (183,184). The tube (14) is drilled at the inlet (E2)

et l'étanchéité entre le tube (14) et le demi raccord (20) est assurée par le joint tonque (19). Dans cette représentation, le tube (151) est métallique et brasé sur le bouchon (21) par le cordon de brasure (22). Le bouchon (21) est réalisé en laiton par exemple. Les deux demi colliers (16,20) déforment le tube plastique (14), l'étanchéité est assurée grâce à la souplesse du tube (14) ou par l'adjonction de"Téflon"ou autre entre le tube (14) et le bouchon (21). and the seal between the tube (14) and the half fitting (20) is ensured by the tonic seal (19). In this representation, the tube (151) is metallic and brazed to the plug (21) by the solder bead (22). The plug (21) is made of brass for example. The two half collars (16,20) deform the plastic tube (14), the sealing is ensured thanks to the flexibility of the tube (14) or by the addition of "Teflon" or other between the tube (14) and the plug (21).

La figure 4 représente une autre réalisation du bouchon d'extrémité (21). Celui ci comporte des cannelures circulaires (37) destinées à assurer l'étanchéité sur le tube plastique (14) non représenté qui arrive en butée sur la face (36) du bouchon. Le ou les tubes métalliques intérieurs de l'échangeur (151, 152,... 15n) traversent le bouchon par le ou les trous (38), les tubes sont ensuite brasés sur la face (39) du bouchon. Figure 4 shows another embodiment of the end plug (21). This comprises circular grooves (37) intended to seal the plastic tube (14), not shown, which abuts on the face (36) of the plug. The internal metal tube or tubes of the exchanger (151, 152, ... 15n) pass through the plug through the hole or holes (38), the tubes are then brazed on the face (39) of the plug.

Un joint torique (non représenté) pourra éventuellement être installé dans une gorge remplaçant une des cannelures (37), afin d'améliorer l'étanchéité. An O-ring (not shown) could possibly be installed in a groove replacing one of the grooves (37), in order to improve the seal.

La figure 5 représente, dans une forme de réalisation, une vue en coupe des extrémités de l'échangeur dans laquelle le tube intérieur (15) est unique et son étanchéité est assurée par un raccord mécanique à olive composé d'un joint conique (23) en"Téflon"ou métallique, d'un écrou (24) qui se visse sur le bouchon d'extrémité (25) ; lors du serrage de l'écrou (24), le joint conique (23) se déforme et assure ainsi l'étanchéité. Dans cette version, les deux demi-colliers (16,20) jouent le même rôle que sur les figures 2 et 3. 5 shows, in one embodiment, a sectional view of the ends of the exchanger in which the inner tube (15) is unique and its sealing is ensured by a mechanical connection with olive composed of a conical seal (23 ) in "Teflon" or metal, a nut (24) which screws onto the end plug (25); when tightening the nut (24), the conical seal (23) deforms and thus ensures sealing. In this version, the two half-collars (16,20) play the same role as in Figures 2 and 3.

La figure 6 représente, dans une forme de réalisation, une vue en coupe des tubes (151, 152,... 15n) des figures 1,2, 3 ou 5 ou 7. Ces tubes sont constitués par une âme métallique (31), en cuivre par exemple, sur laquelle est extrudée une fine couche de plastique (30) tel du polyéthylène ou du polychlorure de vinyle par exemple. Le fluide 1 circulant à l'intérieur des tubes est bien sûr compatible avec le matériau (31). De même, le fluide 2 circulant à contre courant à l'extérieur des tubes est compatible avec le matériau plastique (30) et le tube (14). Figure 6 shows, in one embodiment, a sectional view of the tubes (151, 152, ... 15n) of Figures 1,2, 3 or 5 or 7. These tubes are constituted by a metal core (31) , copper for example, on which is extruded a thin layer of plastic (30) such as polyethylene or polyvinyl chloride for example. The fluid 1 circulating inside the tubes is of course compatible with the material (31). Similarly, the fluid 2 flowing against the current outside the tubes is compatible with the plastic material (30) and the tube (14).

La figure (7) est une variante de réalisation de l'échangeur, destinée aux installations avec fluides corrosifs. Dans cette forme de réalisation, l'étanchéité du passage de l'ensemble des tubes intérieurs (151, 152,... 15n) et celles sur le tube (14) sont assurées comme sur les figures 2,3 ou 5.. Dans la version brasée représentée, le revêtement plastique (30) des tubes (151) est arrêté au niveau du bouchon Figure (7) is an alternative embodiment of the exchanger, intended for installations with corrosive fluids. In this embodiment, the tightness of the passage of all of the inner tubes (151, 152, ... 15n) and those on the tube (14) are ensured as in Figures 2,3 or 5. the brazed version shown, the plastic coating (30) of the tubes (151) is stopped at the plug

d'extrémité (33) afin de permettre la brasure (32) du tube (151) sur le bouchon (33). Le coulage d'une résine (34) permet d'assurer la protection contre la corrosion du bouchon d'extrémité (33) et de la jonction par brasure du tube intérieur (151) sur le bouchon (33). 11 convient de noter que si la pression du circuit externe n'est pas très élevée, la brasure (32) peut être supprimée, l'étanchéité du passage des tubes (151, 152,... 15n) dans les bouchons d'extrémité étant alors uniquement assurée par la résine (34) (non représenté). On notera que le passage du ou des tubes (151, 152,... 15n) pourra comporter un ou des raccords mécaniques tel représenté figure 5, ce qui permettra de ne pas arrêter le revêtement plastique (30) au niveau du bouchon (33), le joint du raccord mécanique assurant l'étanchéité sur le revêtement (30) au lieu de directement sur le ou les tube (151, 152,... 15n). end (33) to allow the brazing (32) of the tube (151) on the plug (33). Pouring a resin (34) provides protection against corrosion of the end plug (33) and of the solder joint of the inner tube (151) on the plug (33). It should be noted that if the pressure of the external circuit is not very high, the solder (32) can be eliminated, the sealing of the passage of the tubes (151, 152, ... 15n) in the end plugs then being only provided by the resin (34) (not shown). Note that the passage of the tube (s) (151, 152, ... 15n) may include one or more mechanical connections as shown in Figure 5, which will not stop the plastic coating (30) at the plug (33 ), the joint of the mechanical connection sealing on the coating (30) instead of directly on the tube (s) (151, 152, ... 15n).

La figure 8 est un exemple d'utilisation de l'invention dans une installation de pompe à chaleur et assure dans cet exemple la fonction de condenseur. Les vapeurs de fluide frigorigène pénètrent par le collecteur (10) dans l'échangeur condenseur et se condensent à l'intérieur des tubes, en cédant de la chaleur au fluide circulant à contre courant entre E2 et S2 ; Le liquide formé est recueilli en (13) avant d'être envoyé dans la réserve de liquide (45). Le liquide est détendu par le détendeur (47) avant de se vaporiser dans l'évaporateur (46), qui prélève la chaleur au milieu extérieur. Les vapeurs formées sont aspirées par le compresseur (40) qui les comprime vers (10) afin de former un nouveau cycle. L'évaporateur (46) pourra également être fabriqué selon l'invention. Le fluide circulant à l'intérieur des tubes (151, 152,... 15n), est dans ces cas un fluide frigorigène à changement de phase. FIG. 8 is an example of use of the invention in a heat pump installation and in this example performs the function of condenser. The refrigerant vapors penetrate through the collector (10) into the condenser exchanger and condense inside the tubes, yielding heat to the fluid circulating against the current between E2 and S2; The liquid formed is collected in (13) before being sent to the liquid reserve (45). The liquid is expanded by the expansion valve (47) before vaporizing in the evaporator (46), which takes the heat from the outside environment. The vapors formed are sucked by the compressor (40) which compresses them towards (10) in order to form a new cycle. The evaporator (46) can also be manufactured according to the invention. The fluid circulating inside the tubes (151, 152, ... 15n) is in these cases a refrigerant with phase change.

La présente invention est d'une manière générale applicable à tous les systèmes d'échange thermique entre deux fluides. The present invention is generally applicable to all heat exchange systems between two fluids.

En version évaporateur, en cas de gel du fluide 2 circulant dans l'évaporateur, l'enveloppe du tube plastique (14) se dilate évitant ainsi une détérioration de l'échangeur. In the evaporator version, in the event of freezing of the fluid 2 circulating in the evaporator, the envelope of the plastic tube (14) expands, thus avoiding deterioration of the exchanger.

Une application particulièrement intéressante est l'utilisation en condenseur et en évaporateur des pompes à chaleur ou des climatiseurs et centrales d'eau glacée. A particularly interesting application is the use of heat pumps or air conditioners and chilled water plants as condensers and evaporators.

L'échangeur peut être utilisé aussi bien en échangeur de pompe à chaleur qu'en échangeur thermique avec un circuit de chaudière ou pour le chauffage de l'eau des piscines. La présence de plastique côté fluide corrosif permet de nombreuses autres The exchanger can be used both as a heat pump exchanger and as a heat exchanger with a boiler circuit or for heating swimming pool water. The presence of plastic on the corrosive fluid side allows many other

applications tant dans le domaine de l'aquaculture que pour les condenseurs à eau de mer. applications both in the field of aquaculture and for seawater condensers.

Le dispositif trouve aussi son application dans l'industrie chimique. The device also finds its application in the chemical industry.

D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes d'échange thermique entre deux fluides et aussi partout où des risques de gel ou de corrosion permanentes ou temporaires sont à craindre.In general and without limitation, the invention applies in all heat exchange systems between two fluids and also everywhere where risks of permanent or temporary freezing or corrosion are to be feared.

Claims

CLAIMS 1. Heat exchanger characterized in that it comprises an external envelope in plastic tube (14), as well as devices for connecting the ends each comprising two half-collars (16,20) ensuring the tightness of the external tube ( 14) and end caps (21,25, 33).

2. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the sealing of the external circuit at the end of the exchanger is achieved by crushing the external tube (14) on the end plug (21) by tightening the bolts (181, 182,183, 184) of the half-collars (16,20).

3 Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the sealing of the external circuit on the connection side (E2) is ensured by an O-ring (19) placed between the half-collar (20) and the tube (14) 4 Heat exchanger heat according to claim 1 characterized in that the inner tube or tubes (151, 152 ,. 15n,) are brazed, embedded by a resin ring (34) or use a mechanical connection (23,24) for their sealing on the plugs (21, 25.33).

5. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the inner tube or tubes (151, 152, ... 15n) of the exchanger are made of metal, plastic, or metal with extruded plastic coating (30).

6. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the tube (14) is of deformable plastic.

7. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the end plugs (21,25, 33) have circular grooves (37) and or an O-ring for sealing on the tube (14).

8. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the fluid circulating inside the tube or tubes (151, 152, .. 15n,) is a refrigerant with phase change.

9. Heat exchanger according to claim 1 characterized in that the two half-collars (16,20) are plastic.