FR3130949A1 - Echangeur de chaleur à calandre et tubes - Google Patents
Echangeur de chaleur à calandre et tubes Download PDFInfo
- Publication number
- FR3130949A1 FR3130949A1 FR2113713A FR2113713A FR3130949A1 FR 3130949 A1 FR3130949 A1 FR 3130949A1 FR 2113713 A FR2113713 A FR 2113713A FR 2113713 A FR2113713 A FR 2113713A FR 3130949 A1 FR3130949 A1 FR 3130949A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- end support
- support plates
- additive manufacturing
- shell
- calender
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 36
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 26
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 4
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 claims description 4
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 claims description 3
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 9
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006659 PA12 Polymers 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920001651 Cyanoacrylate Polymers 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 1
- 125000002573 ethenylidene group Chemical group [*]=C=C([H])[H] 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
- F28F21/062—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
- F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Echangeur de chaleur à calandre et tubes Echangeur de chaleur (5) comportant :- une calandre (10) comportant un corps de calandre (55) tubulaire d’axe X comportant une paroi (70), au moins un orifice d’entrée (75) et un orifice de sortie (80) étant ménagés dans la paroi,- un assemblage (50) monolithique logé dans la calandre et comportant deux plaques support terminales (90) opposées et un faisceau (95) de tubes (100) creux s’étendant selon l’axe X entre les plaques support terminales, chacune des plaques support terminales étant munie de trous (105) la traversant de part en part dans son épaisseur, chaque trou d’une des plaques support terminales étant prolongé par l’un des tubes jusqu’à un trou correspondant de l’autre plaque support terminale, chaque tube venant de matière avec les plaques support terminales,le corps de calandre et l’assemblage délimitant une chambre de circulation fluidique (125) qui est étanche entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie. Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur du type à calandre et tubes, notamment destinés à refroidir un fluide dont la température est inférieure à 300 °C.
Un échangeur de chaleur 5 du type à calandre et tubes de l’art antérieur est illustré sur la . Il comporte une calandre 10 de forme générale cylindrique et creuse dans laquelle est logée un faisceau 15 tubulaire d’axe X formé de tubes 20 parallèles les uns aux autres. Des plaques support terminales 25 sont disposées de part et d’autre du faisceau tubulaire selon l’axe X et obturent axialement la calandre. Les plaques support terminales, la calandre et les tubes peuvent être métalliques, généralement en acier inoxydable, par exemple en acier 304L ou 316L.
Des trous 30 sont ménagés dans chaque plaque support terminale. Chaque tube 20 est introduit à chacune de ses extrémités respectives dans un trou 30 correspondant. Le diamètre extérieur du tube est égal au diamètre du trou correspondant et une liaison étanche de chaque tube sur la plaque terminale correspondante est assurée par dudgeonnage et/ou soudage.
Les trous sont par ailleurs distants les uns des autres de manière à maintenir les tubes espacés. Par ailleurs, les plaques support terminales présentent une face latérale de forme complémentaire à la face interne de la paroi de la calandre. Ainsi, la calandre, le faisceau de tubes et les plaques support terminales délimitent une chambre de circulation fluidique 35 étanche à un fluide. La calandre comporte en outre un orifice d’entrée 40 et un orifice de sortie 45 ménagés dans sa paroi. Un fluide, dénommé fluide côté calandre, introduit par l’orifice d’entrée 40 s’écoule dans la chambre de circulation fluidique 35 autour des tubes 20 jusqu’à l’orifice de sortie 45 comme indiqué par la flèche C. Conjointement, un autre fluide, dénommé fluide côté tubes, s’écoule dans les tubes entre les plaques support terminales, comme indiqué par la flèche T. Un échange de chaleur s’opère ainsi entre le fluide côté tube et le fluide côté calandre.
L’échangeur de chaleur est soumis à des pressions de fluide et températures élevées qui peuvent endommager la liaison étanche entre les tubes et les plaques support terminales. Pour cette raison, une attention particulière est apportée à la réalisation de cette liaison.
Par ailleurs, les échangeurs de chaleur du type à calandre et tubes métalliques conventionnels, en acier inoxydable ou en aluminium, sont inadaptés dès lors qu’il est nécessaire de refroidir des fluides hautement corrosifs. Il est alors nécessaire de mettre en œuvre des métaux ou alliages résistants qui sont particulièrement coûteux, ou du verre ou du graphite qui complexifient la fabrication de l’échangeur de chaleur, en particulier l’assemblage entre les tubes et les plaques terminales.
Pour refroidir de tels fluides corrosifs et/ou purs pour lesquels aucune contamination métallique n’est acceptable, il est connu de réaliser des échangeurs de chaleur du type à calandre et tubes en un matériau polymère résistant à la corrosion, tel le polytétrafluoroéthylène, le polyfluorure de vinylidène, le polyéthylene chlorotrifluoroéthylène, le polytétrafluoroéthylène, le perfluoroalkoxy ou l’éthylène propylène fluoré.
Cependant, la production de tels échangeurs de chaleur nécessite de coller chaque tube sur les plaques support terminales, ce qui est complexe lorsque le diamètre des tubes est faible, par exemple de l’ordre de quelques millimètres, et pose des problèmes de qualité, car il est important d’assurer une étanchéité parfaite de la liaison. En outre, seuls des tubes ayant une section circulaire peuvent être envisagés pour que l’étanchéité puisse être facilement assurée.
Il existe donc un besoin pour un échangeur de chaleur du type à calandre et à tubes dans lequel l’étanchéité entre le fluide coté calandre et le fluide côté tubes est assurée, qui soit léger, compact, de fabrication aisée, et optionnellement apte à échanger avec un fluide corrosif ou pur.
L’invention vise à satisfaire au moins partiellement ce besoin et propose un échangeur de chaleur comportant :
- une calandre comportant un corps de calandre tubulaire d’axe X comportant une paroi, au moins un orifice d’entrée et un orifice de sortie étant ménagés dans la paroi,
- un assemblage monolithique logé dans la calandre et comportant deux plaques support terminales opposées et un faisceau de tubes creux s’étendant selon l’axe X entre les plaques support terminales, chacune des plaques support terminales étant munie de trous la traversant de part en part dans son épaisseur, chaque trou d’une des plaques support terminales étant prolongé par l’un des tubes jusqu’à un trou correspondant de l’autre plaque support terminale, chaque tube venant de matière avec les plaques support terminales,
le corps de calandre et l’assemblage délimitant une chambre de circulation fluidique qui est étanche entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie.
- une calandre comportant un corps de calandre tubulaire d’axe X comportant une paroi, au moins un orifice d’entrée et un orifice de sortie étant ménagés dans la paroi,
- un assemblage monolithique logé dans la calandre et comportant deux plaques support terminales opposées et un faisceau de tubes creux s’étendant selon l’axe X entre les plaques support terminales, chacune des plaques support terminales étant munie de trous la traversant de part en part dans son épaisseur, chaque trou d’une des plaques support terminales étant prolongé par l’un des tubes jusqu’à un trou correspondant de l’autre plaque support terminale, chaque tube venant de matière avec les plaques support terminales,
le corps de calandre et l’assemblage délimitant une chambre de circulation fluidique qui est étanche entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie.
L’assemblage étant monolithique, l’invention s’affranchit d’une fixation, notamment d’un collage, des tubes sur les plaques support terminales. L’échangeur de chaleur selon l’invention permet ainsi d’assurer une étanchéité parfaite entre le fluide côté calandre et le fluide côté tubes. En outre, la nature monolithique de l’assemblage limite les risques de rupture à l’interface entre les tubes et les plaques support terminales.
De préférence l’assemblage est obtenu par mise en œuvre d’une technique de fabrication additive. La fabrication additive permet la réalisation d’un assemblage de forme complexe. Notamment, l’assemblage peut être avantageusement compact. En particulier, il peut être conformé pour présenter une forme complémentaire d’un objet contre lequel il est destiné à être disposé. Par ailleurs, la fabrication additive permet d’optimiser la forme de l’assemblage en fonction de l’application à laquelle ce dernier est destiné. En outre, elle simplifie par exemple le raccordement direct au réseau, sans raccords et/ou embouts intermédiaires des interfaces fluidiques.
De préférence, l’assemblage est en un matériau polymérique.
Le matériau polymérique peut être choisi parmi l’acide polylactique, l’acrylonitrile butadiène styrène, le polytéréphtalate d'éthylène, le polyamide, le polyuréthane thermoplastique, le polycarbonate, le polypropylène, le polyfluorure de vinylidène, le polyéthylene chlorotrifluoroéthylène, le polytétrafluoroéthylène, le perfluoroalkoxy, l’éthylène propylène fluoré et leurs mélanges. De préférence, le matériau polymérique est choisi parmi l’acide polylactique, l’acrylonitrile butadiène styrène, le polytéréphtalate d'éthylène, le polyamide, par exemple de dénomination PA6 ou PA12, le polyuréthane thermoplastique, le polycarbonate et leurs mélanges. Par exemple, le matériau polymérique peut être un mélange de polycarbonate et d’acrylonitrile butadiène styrène.
L’assemblage peut être fait d’un matériau composite comportant une matrice constituée du matériau polymérique et d’une charge dispersée dans la matrice. La charge peut se présenter sous la forme de fibres et/ou de billes et se présenter sous la forme de fibres et/ou de billes, par exemple sphériques. La charge peut être en un verre et/ou en graphite. Par exemple, la charge comporte des billes de verre et/ou des fibres de verre et/ou des fibres de carbone. Par exemple, l’assemblage est en un matériau composite à base de polyamide dans lequel des billes de verre sont dispersées, dénommé « PA12 GB ».
L’assemblage s’étend selon un axe X qui peut être rectiligne. En variante, l’axe X peut être curviligne, notamment sinueux, ou consister en une succession de portions rectilignes. L’axe X peut consister en une succession de portions curvilignes et de portions rectilignes.
Les tubes peuvent être disposés de manière irrégulière ou, de préférence, de manière régulière au sein du faisceau. Lorsqu’observés selon l’axe X, les tubes peuvent former un réseau à maille carrée ou rectangulaire, ou être disposées en quinconce. Une conformation du réseau en quinconce permet de fabriquer un assemblage compact. Un réseau de tubes à maille carrée facilite le dépoudrage de l’assemblage lorsque ce dernier est obtenu par fabrication additive.
Les tubes peuvent être tous identiques.
Les tubes peuvent être tous rectilignes ou tous curvilignes.
Par ailleurs, au moins une partie, voire tous les tubes peuvent présenter une forme ondulée ou en dents de scie qui suit un axe parallèle à l’axe X, afin d’augmenter la surface d’échange entre le fluide côté calandre et le fluide côté tube. Dans un exemple de réalisation, l’assemblage peut comporter des tubes rectilignes et des tubes ondulés. Les tubes rectilignes peuvent être disposés sur une première rangée de tubes et les tubes ondulés peuvent être disposés sur une deuxième rangée espacée de la première rangée. Une telle conformation permet d’optimiser l’échange thermique pour l’adapter au cheminement du fluide côté calandre dans la chambre de circulation fluidique.
En ce qui concerne les plaques support terminales, elles sont de préférence identiques.
Les plaques support terminales sont de préférence planes. Elles peuvent présenter une épaisseur supérieure à 1 mm. Par ailleurs, elles présentent de préférence une section transverse, observée dans un plan normal à l’axe X, dont le contour extérieur est complémentaire du contour interne de la section transverse du corps de calandre, observé dans le même plan. Au moins une des plaques support présente une section transverse à l’axe X de forme circulaire, rectangulaire ou carrée. Le diamètre d’une plaque support peut être compris entre 5 cm et 30 cm.
De préférence, les plaques support terminales sont fixées sur la calandre. Elles peuvent être encliquetées sur la calandre, de préférence sur le corps de calandre. Notamment, le corps de calandre peut comporter au moins une portion en relief faisant saillie de la face interne de sa paroi et comportant chacun un évidement conformé pour l’encliquetage d’une plaque support correspondantes. Un joint d’étanchéité peut en outre être logé dans l’évidement, la plaque support correspondante encliquetée comprimant le joint d’étanchéité pour étanchéifier la liaison entre ladite plaque support et le corps de calandre.
Dans une variante, les plaques support terminales sont collées sur la calandre. La colle pour fixer les plaques support terminales sur la calandre peut être une colle thermodurcissable ou une colle réactive, par exemple une colle réactive comprenant un composant ou deux composants. La colle thermodurcissable peut en outre être une colle thermofusible.
La colle peut être choisie parmi les compositions à base d’acrylate, notamment à base de méthyl méthacrylate, ou à base de polyuréthane ou à base de silicone ou être une colle époxy. Une telle colle permet d’obtenir une interface entre la calandre et l’assemblage qui est mécaniquement résistante, notamment en cisaillement, au choc et en flexion. Afin d’accélérer son durcissement, la colle peut comporter un composé cyanoacrylate.
L’espacement entre deux tubes peut être constant quel que soit le plan normal à l’axe X dans lequel cet espacement est mesuré. Par « espacement », on entend la plus petite distance, mesurée dans un plan normal à l’axe X, entre les faces extérieures de deux tubes adjacents. L’espacement entre deux tubes peut être compris entre 1 mm et 10 mm.
Chaque tube peut présenter une section de forme et/ou de diamètre constant le long de l’axe X. La section d’un tube, mesurée dans un plan normal à l’axe X, peut présenter un contour intérieur et/ou un contour extérieur qui ont une forme circulaire ou une forme polygonale, notamment rectangulaire ou carrée. Le diamètre interne de chaque tube peut être compris entre 1 mm et 10 mm. Par « diamètre interne » d’un tube, on entend le diamètre du plus petit cercle circonscrit au contour de la face interne de la paroi du tube observée dans un plan normal à l’axe X.
Les tubes peuvent présenter chacun une paroi dont l’épaisseur est comprise entre 200 µm et 5 mm.
Ils peuvent présenter une longueur comprise entre 5 cm et 500 cm.
Par ailleurs, le faisceau peut comporter plus de cent, voire plus de cinq cent tubes.
La calandre comporte un corps de calandre tubulaire d’axe X dans lequel l’assemblage est logé.
Le corps de calandre peut être formé du même matériau que l’assemblage.
L’orifice d’entrée et l’orifice de sortie traversent chacun la paroi du corps de calandre de part en part dans l’épaisseur de cette paroi. L’orifice d’entrée et l’orifice de sortie sont disposés de préférence le long de l’axe X entre les plaques support terminales.
La chambre de circulation fluidique est étanche entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie. Autrement dit, l’échangeur de chaleur est conformé pour que tout volume de fluide qui est injecté dans la chambre de circulation fluidique ressorte intégralement de ladite chambre par l’orifice d’entrée et/ou par l’orifice de sortie, de préférence uniquement par l’orifice de sortie. Par « étanchéité », on entend une étanchéité à un gaz ou à un liquide.
De préférence, la paroi du corps de calandre est pleine à l’exception de l’orifice d’entrée et de l’orifice de sortie.
L’orifice d’entrée et l’orifice de sortie peuvent être disposés sur une même face de la paroi. En variante, ils peuvent être disposés sur des faces de la paroi opposées l’une à l’autre, l’assemblage étant disposé entre ces faces.
Le corps de calandre s’étend selon l’axe X, qui comme décrit ci-dessus, peut être rectiligne, curviligne ou comporter des portions curvilignes et/ou rectilignes. Autrement dit, le corps de calandre peut présenter une forme générale coudée ou comporter une succession de portions cylindriques qui peuvent être rectilignes et/ou coudées. Il est ainsi possible d’adapter la forme du corps de calandre à l’environnement dans lequel l’échangeur de chaleur doit être intégré.
Par ailleurs, la calandre comporte au moins un corps de fermeture recouvrant une extrémité du corps de calandre, une des plaques support terminales étant fixée, de préférence collée sur le corps de fermeture. La calandre peut comporter un deux corps de fermeture, chacun recouvrant une extrémité opposée du corps de calandre, chacune des plaques support terminales étant fixée sur le corps de fermeture correspondant.
Par ailleurs, le ou les corps de fermeture comportent chacun un couvercle superposé au corps de calandre et un relief faisant saillie du couvercle selon l’axe X et qui est introduit dans le corps de calandre. De préférence, le relief présente une forme complémentaire de la face interne du corps de calandre. De préférence, une des plaques support terminales correspondante est fixée, de préférence collée, au relief.
L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur selon l’invention, le procédé comportant la production de l’assemblage monolithique par une technique de fabrication additive.
Une technique de « fabrication additive », comme cela est bien connu de l’homme du métier, comporte le dépôt d’un matériau en passes successives pour former un empilement de couches jusqu’à l’obtention d’une pièce monolithique.
De préférence, la technique de fabrication additive est une technique de fabrication additive sur lit de poudre, par exemple choisie parmi la fabrication additive par frittage sélectif par laser, aussi dénommée fabrication additive « SLS », et la fabrication additive par fusion multi-jet, aussi dénommée fabrication additive « MJF », notamment mise en œuvre par la société HP. Ces techniques de fabrication additive sont bien connues de l’homme du métier.
La fabrication additive de l’assemblage peut comporter la fabrication additive d’au moins une chicane telle que décrite ci-dessus, venant de matière avec au moins une partie des tubes et/ou des plaques support terminales.
De préférence, le procédé comporte l’insertion de l’assemblage dans l’espace intérieur du corps de calandre. Avantageusement, la production de l’assemblage séparément du corps de calandre simplifie la fabrication de l’échangeur de chaleur. Notamment, lorsqu’une technique de fabrication additive sur lit de poudre est mise en œuvre, elle permet de simplifier le dépoudrage de l’assemblage.
Par ailleurs, le procédé comporte de préférence une étape de collage de l’assemblage sur la calandre. Il comporte de préférence le collage d’au moins une, voire des deux plaques support terminales sur la calandre, notamment sur la face interne du corps de calandre.
De préférence, le procédé comporte la fermeture d’une extrémité du corps de calandre avec le corps de fermeture, de préférence par insertion d’au moins une partie du corps de fermeture, notamment du relief, dans le corps de calandre.
Par ailleurs, le procédé comporte de préférence le collage du corps de fermeture sur la plaque terminale de support.
Le corps de fermeture peut être collé sur la plaque support terminale lors de l’insertion du corps de fermeture dans l’espace intérieur du corps de calandre, au moins une des parties collées du corps de fermeture, notamment le relief, et de la plaque support terminale ayant préalablement été revêtues d’une couche de colle.
Le procédé peut comporter la production du corps de calandre et/ou du ou des corps de fermeture par une technique choisie parmi le moulage par injection et une technique de fabrication additive. Une technique de fabrication additive peut avantageusement être mise en œuvre lorsque le corps de calandre et/ou le ou les corps de fermeture ne peuvent être obtenus par moulage par injection.
L’invention concerne enfin l’utilisation de l’échangeur de chaleur selon l’invention pour refroidir un fluide, gazeux ou liquide, dont la température est inférieure à 300 °C.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
-
-
-
-
-
La a été décrite dans la partie introductive de la présente description.
On a illustré sur les figures 1 à 5 un exemple d’échangeur de chaleur 5 selon l’invention. Il comporte une calandre 10 et un assemblage 50.
La calandre 10 comporte un corps de calandre 55 et deux corps de fermeture 60 qui sont montés sur la calandre. Dans une variante, un des corps de fermeture peut venir de matière avec le corps de calandre.
Le corps de calandre est de forme générale tubulaire d’axe X et creuse qui définit un espace intérieur 65 dans lequel l’assemblage 50 est logé. La paroi 70 du corps de calandre comporte par ailleurs un orifice d’entrée 75 et un orifice de sortie 80, afin d’introduire un fluide côté calandre dans l’échangeur de chaleur, comme cela sera décrit ci-après. L’orifice d’entrée 75 et l’orifice de sortie 80 sont superposés à l’assemblage 50.
L’assemblage est monolithique. Il comporte deux plaques support terminales 90 et un faisceau 95 de tubes 100 creux, les tubes venant de matière avec les plaques de support terminales.
Les plaques support terminales sont disposées transversalement à l’axe X et obturent axialement le corps de calandre 55.
Elles sont pourvues de trous 105. Les trous forment un réseau hexagonal, comme cela est observé sur la . Une telle disposition des trous n’est pas limitative, les trous 105 pouvant selon un autre exemple être disposés selon un réseau à maille carrée.
Les plaques support terminales 90 prennent en sandwich le faisceau 95 de tubes. Chaque tube est en contact à chacune de ses extrémités 120 avec l’une des plaques support terminales correspondantes.
Les tubes sont rectilignes et espacés les uns des autres. Chaque tube débouche à chacune de ses extrémités 120 sur l’un des trous 105 d’une plaque support terminale 90 correspondante. Chaque tube met ainsi en communication de fluide par ses extrémités 120 deux trous 105 correspondants des plaques support terminales. Ainsi l’étanchéité de la liaison d’un tube à chacune de ses extrémités avec une plaque support terminale correspondante est parfaite.
De cette façon, le corps de calandre et l’assemblage délimitent dans l’espace intérieur une chambre de circulation fluidique 125 pour un fluide côté calandre qui est introduit à travers l’orifice d’entrée et extrait par l’orifice de sortie.
Par ailleurs, les corps de fermeture, quant à eux, obturent chacune des extrémités axiales du corps de calandre.
Ils sont pourvus chacun d’une ouverture 130 pour l’entrée et la sortie d’un fluide côté tubes.
Chaque corps de fermeture définit ainsi avec la plaque support terminale qui lui est adjacente une cavité de circulation fluidique 135 du fluide côté tubes.
Les corps de fermeture comportent en outre chacun un couvercle 140 et un relief 145 qui fait saillie selon l’axe X et qui est de forme complémentaire à de la face interne du corps de calandre 55.
Chaque corps de fermeture est introduit par une extrémité du corps de calandre dans l’espace intérieur. Ainsi, chaque couvercle est en appui sur une face axiale du corps de calandre et chaque relief est en appui sur la face interne du corps de calandre.
En outre, le relief 145 est collé sur l’intégralité de sa périphérie à l’une des plaques support terminales 90, ce qui permet d’assurer une étanchéité parfaite entre la chambre de circulation fluidique 125 et les cavités de circulation fluidique 90. De cette façon, la chambre de circulation fluidique 125 est étanche au fluide côté calandre, sauf à travers l’orifice d’entrée 75 et l’orifice de sortie 80. Les cavités de circulation fluidique sont mises en communication de fluide par l’intermédiaire des tubes, et sont étanches au fluide côté tubes, sauf par les ouvertures 130 d’entrée et de sortie respectivement.
Comme cela apparait à la lecture de la description, l’invention permet de fabriquer simplement un échangeur de chaleur du type à calandre et tubes dans lequel l’étanchéité entre les circulations des fluide côté tube et côté calandre est assurée.
Bien évidemment, l’invention ne doit être comprise comme étant limitée aux exemples décrits à titre illustratif.
Claims (13)
- Echangeur de chaleur (5) comportant :
- une calandre (10) comportant un corps de calandre (55) tubulaire d’axe X comportant une paroi (70), au moins un orifice d’entrée (75) et un orifice de sortie (80) étant ménagés dans la paroi,
- un assemblage (50) monolithique logé dans la calandre et comportant deux plaques support terminales (90) opposées et un faisceau (95) de tubes (100) creux s’étendant selon l’axe X entre les plaques support terminales, chacune des plaques support terminales étant munie de trous (105) la traversant de part en part dans son épaisseur, chaque trou d’une des plaques support terminales étant prolongé par l’un des tubes jusqu’à un trou correspondant de l’autre plaque support terminale, chaque tube venant de matière avec les plaques support terminales,
le corps de calandre et l’assemblage délimitant une chambre de circulation fluidique (125) qui est étanche entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie. - Echangeur selon la revendication 1, l’assemblage étant en un matériau polymérique.
- Echangeur selon la revendication 2, le matériau polymérique étant choisi parmi l’acide polylactique, l’acrylonitrile butadiène styrène, le polytéréphtalate d'éthylène, le polyamide, le polyuréthane thermoplastique, le polycarbonate, le polypropylène, le polyfluorure de vinylidène, le polyéthylene chlorotrifluoroéthylène, le polytétrafluoroéthylène, le perfluoroalkoxy, l’éthylène propylène fluoré et leurs mélanges.
- Echangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’axe X étant rectiligne ou curviligne ou consistant en une succession de portions rectilignes, voire en une succession de portions curvilignes et de portions rectilignes.
- Echangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le diamètre interne de chaque tube étant compris entre 1 mm et 10 mm et/ou les tubes présentant chacun une paroi dont l’épaisseur est comprise entre 200 µm et 5 mm.
- Echangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes, les plaques support terminales étant fixées, de préférence collées et/ou encliquetées, sur la calandre.
- Echangeur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la calandre comportant au moins un corps de fermeture (60) recouvrant une extrémité du corps de calandre (55), une des plaques support terminales étant fixée, de préférence collée, sur le corps de fermeture.
- Echangeur selon la revendication précédente, le ou les corps de fermeture comportant chacun un couvercle (140) superposé au corps de calandre et un relief (145) faisant saillie du couvercle selon l’axe X et qui est introduit dans le corps de calandre, une des plaques support terminales correspondante étant fixée, de préférence collée, au relief.
- Procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant la production de l’assemblage monolithique par une technique de fabrication additive.
- Procédé selon la revendication précédente, la technique de fabrication additive étant une technique de fabrication additive sur lit de poudre, par exemple choisie parmi la fabrication additive par frittage sélectif par laser, aussi dénommée fabrication additive « SLS », et la fabrication additive par fusion multi-jet, aussi dénommée fabrication additive « MJF ».
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 et 10, comportant l’insertion de l’assemblage (50) dans l’espace intérieur du corps de calandre (55).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant la production du corps de calandre et/ou du ou des corps de fermeture par une technique choisie parmi le moulage par injection et une technique de fabrication additive.
- Utilisation de l’échangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 pour refroidir un fluide, gazeux ou liquide, dont la température est inférieure à 300 °C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2113713A FR3130949B1 (fr) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | Echangeur de chaleur à calandre et tubes |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2113713 | 2021-12-16 | ||
| FR2113713A FR3130949B1 (fr) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | Echangeur de chaleur à calandre et tubes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3130949A1 true FR3130949A1 (fr) | 2023-06-23 |
| FR3130949B1 FR3130949B1 (fr) | 2024-01-05 |
Family
ID=81325786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2113713A Active FR3130949B1 (fr) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | Echangeur de chaleur à calandre et tubes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3130949B1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150041107A1 (en) * | 2012-03-23 | 2015-02-12 | Raumedic Ag | Heat Exchanger for an Oxygenator and Method for Producing Such a Heat Exchanger |
| US10018424B2 (en) * | 2016-02-05 | 2018-07-10 | Hamilton Sundstrand Corporation | Counter spiral tube and shell heat exchanger |
| US20180328673A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | The Boeing Company | Hollow Lattice Thermal Energy Storage Heat Exchanger |
| US20200080789A1 (en) * | 2018-09-11 | 2020-03-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Shell and tube heat exchanger with perforated fins interconnecting the tubes |
| US20210003349A1 (en) * | 2019-07-05 | 2021-01-07 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat Exchanger |
| US20210231381A1 (en) * | 2020-01-24 | 2021-07-29 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fractal heat exchanger with bypass |
-
2021
- 2021-12-16 FR FR2113713A patent/FR3130949B1/fr active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150041107A1 (en) * | 2012-03-23 | 2015-02-12 | Raumedic Ag | Heat Exchanger for an Oxygenator and Method for Producing Such a Heat Exchanger |
| US10018424B2 (en) * | 2016-02-05 | 2018-07-10 | Hamilton Sundstrand Corporation | Counter spiral tube and shell heat exchanger |
| US20180328673A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | The Boeing Company | Hollow Lattice Thermal Energy Storage Heat Exchanger |
| US20200080789A1 (en) * | 2018-09-11 | 2020-03-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Shell and tube heat exchanger with perforated fins interconnecting the tubes |
| US20210003349A1 (en) * | 2019-07-05 | 2021-01-07 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat Exchanger |
| US20210231381A1 (en) * | 2020-01-24 | 2021-07-29 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fractal heat exchanger with bypass |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3130949B1 (fr) | 2024-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0636825B1 (fr) | Système de raccordement d'un tuyau véhiculant un fluide chaud à un organe en matière plastique et son utilisation dans un moteur à combustion interne | |
| FR3066264B1 (fr) | Echangeur thermique, notamment pour la regulation thermique de batteries, et procede de fabrication correspondant | |
| FR2827373A1 (fr) | Echangeur de chaleur de gaz d'echappement | |
| WO2008125485A1 (fr) | Echangeur de chaleur pour gaz, et son procede de fabrication correspondant | |
| FR2962206A1 (fr) | Collecteur pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur equipe d'un tel collecteur | |
| EP3461297B1 (fr) | Dispositif de refroidissement de batteries et procede de fabrication correspondant | |
| EP2912396A2 (fr) | Échangeur thermique, notamment pour vehicule automobile | |
| CA2987540A1 (fr) | Profile creux tel qu'un tube realise en materiaux composite thermodurcissable et son procede | |
| FR2746892A1 (fr) | Dispositif de raccordement pour echangeur de chaleur a plaques, en particulier pour vehicule automobile | |
| FR2838509A1 (fr) | Echangeur de chaleur a plaques presentant des passages de fluide en saillie | |
| FR3130949A1 (fr) | Echangeur de chaleur à calandre et tubes | |
| WO2018002544A2 (fr) | Échangeur de chaleur mécanique et procédé de fabrication associe | |
| FR3077129A1 (fr) | Boite collectrice pour un echangeur thermique, notamment pour la regulation thermique de batteries, echangeur thermique et procede de fabrication correspondant | |
| FR3077128A1 (fr) | Echangeur thermique, notamment pour la regulation thermique de batteries, et procede de fabrication correspondant | |
| EP3577408B1 (fr) | Collecteur pour échangeur de chaleur | |
| FR3069920A1 (fr) | Dispositif de refroidissement de batteries et procede de fabrication correspondant | |
| FR2874074A1 (fr) | Dispositif d'etancheite pour l'etancheification au niveau de leur bout de deux elements de construction tubulaire | |
| EP1762798A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un réservoir destiné à être intégré dans un échangeur thermique | |
| FR3081545A1 (fr) | Dispositif de refroidissement de batteries et procede de fabrication correspondant | |
| EP3695492B1 (fr) | Machine électrique et procédé de fabrication | |
| WO2017108615A1 (fr) | Ensemble unité de conduite de gaz avec filtre à particules, procédé de fabrication de celui-ci et échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d'échappement d'un moteur | |
| FR2914411A1 (fr) | Boitier de distribution pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur comportant un tel boitier | |
| FR2792706A1 (fr) | Embout de raccordement de reservoir d'air comprime ou autres gaz a haute pression et circulation interne du fluide | |
| FR3081216A1 (fr) | Echangeur de chaleur comprenant un joint principal d’etancheite et un joint secondaire d’etancheite | |
| WO2024132866A1 (fr) | Echangeur de chaleur en polymère |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230623 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |