FR2960051A3

FR2960051A3 - Dispositif de placage de plaques tubulaires pour echangeurs de chaleur

Info

Publication number: FR2960051A3
Application number: FR1053710A
Authority: FR
Inventors: Jerome Teillard
Original assignee: THERMI CONSULT
Current assignee: THERMI CONSULT
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-18
Anticipated expiration: 2016-05-12
Also published as: FR2960051B3

Abstract

L'échangeur de chaleur à plaque tubulaire est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (D) incluant une plaque tubulaire (3) réalisée avec au moins une première couronne (3a) en métal, en fonction de l'étanchéité à obtenir, et susceptible d'être assemblée et présentant des ouvertures (3a. 1) de passage et de guidage des tubes échangeurs (2), et en ce que la dite première couronne (3a) est susceptible de recevoir par sa face apparente (3a.2) un disque de placage (5) réalisé en un autre matériau et agencé avec des ouvertures (5.1) en correspondance pour le passage des tubes échangeurs et en ce que sont rapportés pour entourer les tubes échangeurs dans la plaque tubulaire et dans les ouvertures formées dans la plaque tubulaire et le disque de placage au moins une pièce de serrage (8) et un fouloir (10) et étant disposés en alignement avec des joints d'étanchéité (12) (13).

Description

DISPOSITIF DE PLACAGE DE PLAQUES TUBULAIRES POUR ECHANGEURS DE CHALEUR L'invention se rattache au secteur technique des échangeurs de chaleur et notamment échangeurs tubulaires en carbure de silicium. L'invention se rattache également au système d'assemblage de tubes, notamment pour échangeurs mais ne devant pas être soudés. Le problème à résoudre est défini ci-après.

Dans le cas d'échangeurs de chaleur en carbure de silicium, la dimension maximale de la virole est de l'ordre de 400 à 450 mm suivant les contraintes de pression et de température. Cette limitation est due au fait que la plaque tubulaire est réalisée en polytétrafluoroéthylène connu sous le sigle PTFE et la marque commerciale TEFLON. Cette plaque tubulaire est usinée. Elle n'est pas résistante à la pression ce qui limite considérablement les dimensions possibles de la virole, et en outre, cette plaque tubulaire doit avoir une épaisseur importante. On connaît aussi la réalisation de plaques tubulaires en acier émaillé. Cependant le nombre de trous importants et nécessaires pour le passage de tubes d'échange rend l'opération d'émaillage délicate et n'offre pas une garantie importante vis-à-vis des cycles thermiques et de pression. Les deux solutions et mises en oeuvre ne sont donc pas satisfaisantes en égard de la problématique posée. La démarche du Demandeur a donc été de rechercher une solution qui permette d'augmenter le diamètre de la virole et conséquemment la surface d'échange tout en offrant des garanties de sécurité suffisantes. Le Demandeur devait prendre également en considération une autre contrainte propre aux échangeurs tubulaires en carbure de silicium qui ne peuvent être soudés de par la nature du matériau constitutif Face à l'ensemble de ces contraintes, le Demandeur a mis au point une solution qui répond efficacement aux problèmes posés en permettant un dimensionnement plus conséquent de la virole avec un diamètre de celle-ci pouvant aller jusqu'à 850 à 900 mm, tout en assurant la maîtrise des contraintes mécaniques et chimiques et résultant des fortes pressions et hautes températures. Selon une première caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur à plaque tubulaire est remarquable en ce qu'il comprend un dispositif incluant une plaque tubulaire réalisée avec au moins une première couronne en métal en fonction de l'étanchéité à obtenir, et présentant des ouvertures de passage et de guidage des tubes échangeurs, et en ce que la dite première couronne est susceptible de recevoir par sa face apparente un disque de placage réalisé en un autre matériau et agencé avec des ouvertures en correspondance pour le passage des tubes échangeurs et en ce que sont rapportés pour entourer les tubes échangeurs dans la plaque tubulaire et dans les ouvertures formées dans la plaque tubulaire et le disque de placage au moins une pièce de serrage et un fouloir et étant disposés en alignement avec des joints d'étanchéité.

Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustré de manière non limitative aux figures des dessins où : La figure 1 est une vue d'ensemble d'un échangeur de chaleur à plaque tubulaire incluant le dispositif selon l'invention, La figure 2 est une vue partielle éclatée et en demi-coupe illustrant les différents composants selon l'invention avant montage, La figure 3 est une vue partielle selon la figure 2 après montage des différents composants, La figure 4 est une vue partielle en perspective d'une pièce de serrage, La figure 5 est une vue en perspective du fouloir, La figure 6 est une vue en perspective de la bague intermédiaire, La figure 7 est une vue en perspective de la pièce de placage, Les figures 8A et 8B sont des vues en perspective avant et arrière de la plaque tubulaire en métal selon son premier composant, La figure 9 est une vue en perspective du second composant de la plaque tubulaire en métal, La figure 10 est une vue partielle illustrant le dispositif après montage en relation avec la figure 3, La figure 10A est une vue agrandie d'un détail de montage de la figure 10, La figure 10B est une vue agrandie d'un second détail de montage de la figure 10, La figure 1OC est une vue agrandie d'un troisième détail de montage de la figure 10,

Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. On a représenté figure 1 à titre d'exemple un échangeur de chaleur à plaque tubulaire pour permettre la compréhension de l'invention et son application. Cet échangeur de chaleur peut être de toutes caractéristiques connues sur le marché. La virole est représentée par (la) et les tubes échangeurs par (2). Selon l'invention, l'échangeur de chaleur à plaque tubulaire comprend un dispositif (D) incluant une plaque tubulaire (3) réalisée en une ou deux couronnes (3a) et (3b) en métal, pour une simple ou double étanchéité, et susceptibles d'être assemblées par placage par des moyens de liaisons (4) de type connus pénétrant par exemple dans des ouvertures taraudées (3.1) formées sur les dites couronnes. Celles-ci sont agencées respectivement avec des ouvertures (3a.1) et (3b.1) pour le passage et le guidage des tubes échangeurs (2). La première couronne (3a) est susceptible de recevoir par sa face apparente (3a.2) un disque de placage (5) réalisé en un autre matériau. Ce disque de placage (5) est agencé avec des ouvertures (5.1) en correspondance avec les ouvertures formées sous les couronnes (3a) et (3b) pour permettre le passage des tubes échangeurs (2). La couronne (3a) présente sur chacune de ses faces (3a.2) et (3a.3) une gorge annulaire (3a.4) et (3a.5) pour permettre le positionnement d'un joint torique (6) et (7). Le disque de placage (5) présente également sur sa face interne une gorge annulaire (5.2) pour le positionnement du joint torique (6). La seconde couronne (3b) présente une gorge annulaire (3b.2) pour permettre le positionnement du joint torique (7).

En outre, le disque de placage (5), la première couronne (3a) et la seconde couronne (3b) de la plaque tubulaire sont agencés pour autoriser le positionnement de composants complémentaires susceptibles d'entourer les tubes échangeurs. Ces composants sont respectivement une pièce de serrage (8), une bague intermédiaire (9) et un fouloir (10) qui sont réalisés en un même matériau ou non que le disque de placage (5). Ce matériau peut-être du polytétrafluoroéthylène - sigle PTFE - et marque commerciale TEFLON, ou du PFA. Dans le cas d'une double étanchéité les trois composants (8), (9), (10) sont disposés en alignement successif dans les ouvertures formées dans le disque de placage (5) et les deux couronnes (3a) et (3b) de la plaque tubulaire. Ces trois composants viennent en butée les uns contre les autres à l'encontre de joints toriques complémentaires (11) (12) (13). Les joints (11) et (12) sont disposés respectivement entre le fouloir (10) et la bague intermédiaire (9) et entre la bague intermédiaire (9) et l'extrémité de la pièce de serrage (8). Le joint torique (13) vient en appui entre une portée annulaire (8.1) formée sur la pièce de serrage et une partie épaulée intérieure (5.3) formée sur le disque de placage. La pièce de serrage (8) ainsi que le fouloir (10) présentent sur l'une de leurs faces des parties à crans (8.3) et (10.1) pour assurer leur positionnement et serrage. Le fouloir présente un épaulement intérieur (10.2) formant butée d'appui du tube d'échange (2) correspondant. Les tubes d'échanges sont ainsi parfaitement tenus. De par la nature des composants constitutifs du dispositif, la résistance mécanique de l'ensemble est assurée par la plaque tubulaire (3) et ses composants (3a) (3b) en matériau métallisé, en acier ou en inox. Le disque de placage (5) et les composants, pièce de serrage (8), bague intermédiaire (9) et fouloir (10) sont réalisés par exemple en PTFE et assurent une fonction de barrière chimique anticorrosion. Il est à noter que ces pièces de serrage constituées par la pièce de serrage (8) la bague intermédiaire (9) et le fouloir (10) peuvent être changés sans avoir à changer la plaque tubulaire (3). On a ainsi représenté aux figures (10), (10A), (10B), (10C) les différents aspects de montage et de liaisons des composants précités, on a représenté par la référence (14) le conduit d'arrivée des gaz de pressurisation.

En variante, dans le cas d'une simple étanchéité, le disque de placage est installé sur la plaque tubulaire (3) constituée de la seule couronne (3a), sans qu'il soit nécessaire alors d'avoir la bague intermédiaire (9) et le joint (11). Les avantages ressortent bien de l'invention et en particulier la conception du dispositif qui permet de mettre en oeuvre des viroles de plus grandes dimensions aptes à répondre aux contraintes de pression et de température.

Claims

REVENDICATIONS- 1- Echangeur de chaleur à plaque tubulaire caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (D) incluant une plaque tubulaire (3) réalisée avec au moins une première couronne (3a) en métal, en fonction de l'étanchéité à obtenir, et susceptible d'être assemblée et présentant des ouvertures (3a.1) de passage et de guidage des tubes échangeurs (2), et en ce que la dite première couronne (3a) est susceptible de recevoir par sa face apparente (3a.2) un disque de placage (5) réalisé en un autre matériau et agencé avec des ouvertures (5.1) en correspondance pour le passage des tubes échangeurs et en ce que sont rapportés pour entourer les tubes échangeurs dans la plaque tubulaire et dans les ouvertures formées dans la plaque tubulaire et le disque de placage au moins une pièce de serrage (8) et un fouloir (10) et étant disposés en alignement avec des joints d'étanchéité (12) (13). -
2- Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (D) inclut une plaque tubulaire (3) réalisée en deux couronnes (3a) (3b) pour une double étanchéité, les dites couronnes présentant des ouvertures (3a.1) (3b.1) de passage et de guidage des tubes échangeurs (2), et en ce que sont rapportés pour entourer les tubes échangeurs dans la plaque tubulaire et dans les ouvertures formées dans la plaque tubulaire et les disques de placage, une pièce de serrage (8), une bague intermédiaire (9) et un fouloir (10) et étant disposés en alignement avec des joints d'étanchéité (11) (12) (13). -
3- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la plaque tubulaire (3) est réalisée en une ou deux couronnes (3a) et (3b) en métal et susceptibles d'être assemblées parplacage par des moyens de liaisons (4) pénétrant dans des ouvertures taraudées (3.1) formées sur les dites couronnes, et en ce que celles-ci sont agencées respectivement avec des ouvertures (3a.1) et (3b.1) pour le passage et le guidage des tubes échangeurs (2) et en ce que la première couronne (3a) est susceptible de recevoir par sa face apparente (3a.2) un disque de placage (5) réalisé en un autre matériau. -
4- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le disque de placage (5) est agencé avec des ouvertures (5.1) en correspondance avec les ouvertures formées sous la ou les couronne(s) (3a) et (3b) pour permettre le passage des tubes échangeurs (2). -
5- Echangeur de chaleur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couronne (3a) présente sur chacune de ses faces (3a.2) et (3a.3) une gorge annulaire (3a.4) et (3a.5) pour permettre le positionnement d'un joint torique (6) et (7), et en ce que le disque de placage (5) présente sur sa face interne une gorge annulaire (5.2) pour le positionnement du joint torique (6) et en ce que la seconde couronne (3b) présente une gorge annulaire (3b.2) pour permettre le positionnement du joint torique (7). -
6- Echangeur de chaleur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le disque de placage (5), la première couronne (3a) et la seconde couronne (3b) de la plaque tubulaire sont agencés pour autoriser le positionnement de composants complémentaires susceptibles d'entourer les tubes échangeurs, et en ce que les dits composants sont une pièce de serrage (8), une bague intermédiaire (9) et un fouloir (10). -
7- Echangeur de chaleur selon la revendication 6 caractérisé en ce que la pièce de serrage (8), une bague intermédiaire (9) et un fouloir (10) sont réalisés en un même matériau que le disque de placage (5).-
8- Echangeur de chaleur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau est du polytétrafluoroéthylène. -9- Echangeur de chaleur selon la revendication 7 caractérisé en ce que les trois composants (8), (9), (10) sont disposés en alignement successif dans les ouvertures formées dans le disque de placage (5) et les deux couronnes (3a) et (3b) de la plaque tubulaire, et en ce que les trois composants viennent en butée les uns contre les autres à l'encontre de joints toriques complémentaires (11) (12) (13). - 10- Echangeur de chaleur selon la revendication 9 caractérisé en ce que les joints (11) et (12) sont disposés respectivement entre le fouloir (10) et la bague intermédiaire (9) et entre la bague intermédiaire (9) et l'extrémité de la pièce de serrage (8), et en ce que le joint torique (13) vient en appui entre une portée annulaire (8.1) formée sur la pièce de serrage et une partie épaulée intérieure (5.3) formée sur le disque de placage. - 11- Echangeur de chaleur selon la revendication 9 caractérisé en ce que la pièce de serrage (8) ainsi que le fouloir (10) présentent sur l'une de leurs faces des parties à crans (8.3) et (10.1) pour assurer leur positionnement et serrage et en ce que le fouloir présente un épaulement intérieur (10.2) formant butée d'appui du tube d'échange (2) correspondant.25