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Tic
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2519751A1
Family ID 1984185
Probable Assignee Chausson Usines Sa
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title ECHANGEUR DE CHALEUR POUR DEUX FLUIDES DONT L'UN PEUT ETRE
CORROSIF
Abstract
_________________________________________________________________
L'ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTE UN FAISCEAU 1 EN MATIERE CERAMIQUE
DANS LEQUEL SONT PREVUS DES CONDUITS 2 ET DES CONDUITS 3 POUR DEUX
FLUIDES DONT L'UN CIRCULE SUIVANT LES FLECHES F ET L'AUTRE SUIVANT LES
FLECHES F. LE FAISCEAU 1 EST DISPOSE DANS UNE ENVELOPPE 6 CONSTITUEE
PAR DEUX DEMI-COQUILLES SERREES SUR DES FLASQUES 4, 4A DU FAISCEAU ET
SUR DES NERVURES 8A DE CELUI-CI DE FACON QUE LE FLUIDE, QUI CIRCULE
SUIVANT LA FLECHE F ET QUI SE TROUVE A LA PRESSION LA PLUS ELEVEE,
EXERCE EN PERMANENCE UNE CONTRAINTE DE COMPRESSION SUR LE FAISCEAU.
Description
_________________________________________________________________
19751
La presente invention concerne les echangeurs de chaleur pour deux
fluides dont l'un peut etre corrosif, ces echangeurs de chaleur
comportant au moins un faisceau
en matiere ceramique.
Il a ete constate que les ceramiques qui peuvent etre utilisees pour
fabriquer des appareils d'echange de
chaleur subissent au cours du temps une fissuration inter-
ne qui reduit leur duree de vie, en particulier lorsque ces ceramiques
sont soumises a des tensions qui provoquent
le developpement de defauts initiaux.
Des echangeurs en matiere ceramique sont, par ail-
leurs, tres utiles lorsque l'un des fluides est corrosif et aussi
lorsqu'il existe un gradient de temperatures eleve entre deux fluides
Ces deux circonstances se rencontrent
l 5 par exemple lorsqu'il y a lieu de refroidir les gaz d'e-
chappement d'un moteur thermique par de l'water ou un fluide
frigorigene permettant de recuperer une partie au moins
des calories normalement perdues dans les gaz d'echappement.
L'invention est partie de la constatation qui a ete
faite que les matieres ceramiques utilisees dans les echan-
geurs ne devaient en aucun cas etre soumises a des contrain-
tes de traction ou de flexion.
Conformement a l'invention, l'echangeur de chaleur
pour deux fluides dont l'un peut etre corrosif, ledit echan-
geur comportant un faisceau fabrique en matiere ceramique, est
caracterise en ce que ledit faisceau est soumis a une
contrainte de compression.
Suivant une autre caracteristique importante de l'in-
vention, la contrainte de compression est appliquee pour celui des
deux fluides qui se trouve a la pression la plus elevee. Diverses
autres caracteristiques de l'invention
ressortent d'ailleurs de la description detaillee qui suit.
Des formes de realisation de l'objet de l'invention sont representees,
a titre d'exemples non limitatifs, au
dessin annexe.
La fig 1 est une perspective schematique d'un faisceau echangeur de
chaleur en matiere ceramique faisant
application de l'invention.
La fig 2 est une perspective en partie arrachee d'un echangeur realise
a partir du faisceau de la fig 1.
La fig 3 est une coupe partielle en partie schema-
tic illustrant un detail de realisation.
La fig 4 est une coupe schematique d'une variante.
La fig 5 est un schema en elevation d'un develop-
pement de l'invention.
La fig 6 est une coupe schematique illustrant une
variante de realisation de l'invention.
La fig 7 est une demi-coupe analogue a la fig 6
illustrant une autre caracteristique.
La fig 8 est une perspective d'un faisceau en ma-
tielre ceramique egalement realise suivant l'invention.
La fig 9 est une coupe d'un echangeur de chaleur
realise a partir du faisceau echangeur de la fig 8.
La fig 10 est une coupe vue suivant la ligne X-X
de la fig 9.
La fig 11 est une coupe analogue a la fig 10 d'une variante. La fig 12
est une coupe-elevation analogue a la
fig 9 d'un autre mode de realisation de l'invention.
L'echangeur represente au dessin comporte un fais-
ceau 1 fabrique en ceramique, notamment par filage, pour
delimiter des conduits de circulation 2 s'etendant longi-
tudinalement et debouchant aux deux extremites du faisceau.
Un conduit sur deux est ensuite ferme aux deux extremites
et des ouvertures 3 sont taillees, par exemple par frai-
sage ou meulage, dans ceux des conduits dont les extremi-
tes sont fermees Il est ainsi possible de realiser dans
ceux des conduits qui sont fermes aux extremites une cir-
culation suivant les fleches f 1 et dans ceux des conduits
qui ne sont pas fermes une circulation suivant les fle-
ches '2 -2 Le faisceau changeur est muni, se extrmits, Le faisceau
echangeur 1 est muni, a ses extremites, ou en tout cas le plus pres
possible de ses extremites, de flasques 4, 4 a de section circulaire
ou elliptique Le
faisceau comporte egalement des nervures laterales 5.
Les nervures laterales 5 peuvent 8 tre formees de preference lors du
filage du faisceau, c'est-a-dire lors de la fabrication de celui-ci Au
contraire, les flasques
4 sont rapportes par exemple en meme temps qu'un des con-
duits sur deux est ferme aux extremites du faisceau La formation des
flasques 4 et les bouchons de fermeture des conduits peuvent etre
realises par frittage ou par apport d'un beton ceramique ou autre
beton refractaire cuit sur
le faisceau.
La fig 2 illustre que le faisceau realise comme decrit ci-dessus en
reference a la fig 1 est mis en place
dans une enveloppe 6 realisee par exemple par deux demi-
coquilles 7, 8 L'enveloppe est conformee pour 8 tre appli-
quee sur les flasques 4, 4 a avec interposition d'un joint
9 Le Joint 9 peut etre un joint metallique ou metallo-
plastique ou un joint en elastomere ou en d'autres matie-
res selon les temperatures de travail.
Lorsque l'echangeur est destine a refroidir des gaz
chaude par exemple des gaz d'echappement se deplacant sui-
vant les fleches 2, le refroidissement etant assure par de l'water
circulant suivant les fleches f, il est possible
que le joint 9 sur le cote d'entree soit un joint metalli-
que tandis que le Joint sur le c 8 te sortie soit un Joint
en elastomere.
Les demi-coquilles 7, 8 se terminent sur leurs cot 6 s lateraux par
des reglettes 7 a, 8 a qui sont serrees sur les
nervures 5 formees par l'echangeur.
A leur extremite, les demi-coquilles 7, 8 forment des demi-brides 71,
81 pour le raccordement de l'echangeur
a des tubulures d'amenee et de sortie.
Les demi-coquilles constituant l'enveloppe delimi-
tent avec l'echangeur et les nervures des compartiments 10, 11 qui
sont separes par les nervures 5 qui forment des cloisons obligeant le
fluide circulant suivant les fleches 251975 t a passer par les
conduits du faisceau echangeur En prevoyant que le fluide circulant
suivant la fleche L se trouve-toujours a une pression superieure au
fluide circulant suivant les fleches f 2, on est assure que le
faisceau echangeur est toujours maintenu sous pression.
Lorsque le faisceau est de section carree ou sensi-
blement carree, il est avantageux que les flasques 4, 4 a
soient de section circulaire et fassent saillie par rap-
port aux nervures 5 ce qu'illustre la fig 3 Dans ce cas, les
demicoquilles 7, 8 forment des brides completes et des collerettes 12
qui sont enfilees sur les brides 4 Une tubulure 13 formant une bride
14 peut ainsi etre appliquee sur la face externe des flasques 4 avec
interposition
eventuelle d'un joint 15.
Un dispositif a collier de serrage 16 est alors avantageusement prevu
pour serrer chaque flasque 4, 4 a
entre respectivement les brides 71 et les brides 14 Lors-
que les flasques 4, ka sont cylindriques, il est possible
de constituer l'enveloppe 6 a en une seule piece# le fais-
ceau 1 etant enfile dans cette enveloppe cylindrique comme l'illustre
la fig 4 Dans cette realisation, les nervures sont supprimees mais il
est prevu un flasque median 17 qui assure la separation entre l'entree
et la sortie du fluide circulant suivant les fleches fi, c'est-a-dire
le
fluide sous haute pression.
La fig 5 montre schematiquement que cette disposi-
tion peut etre developpee en permettant de concevoir des
circulations plus complexes pour le fluide circulant sui-
vant les fleches f si les conditions de l'echange thermi-
que et les pertes de charge l'exigent.
Lorsque la pression du fluide sous la plus haute
pression est a un niveau tel que la poussee sur les extre-
mites des conduits de circulation fermees engendre des contraintes qui
seraient prejudiciables a la longevite du faisceau 1, il est possible
de maintenir celui-ci sous une
pression mecanique.
La fig 6 illustre des tirants 18 pour exercer une
19751
contrainte de compression sur les flasques d'extremite 4 a par
l'intermediaire des brides 14, une garniture elastique 19 etant dans
ce cas interposee entre les brides 4, 4 a et
les brides 14 pour compenser les dilatations differentiel-
les entre le faisceau 1 et les tirants 18. La fig 7 illustre un
developpement suivant lequel les tirants 18 sont munis d'elements de
poussee elastique qui exercent une precontrainte longitudinale
permanente
sur le faisceau 1.
Les fig 8 a 10 illustrent une variante de realisa-
tion suivant laquelle le faisceau 1 est toujours fabrique a partir
d'uns structure filee dont par exemple un conduit de circulation sur
deux est ensuite ferme a ses extremites, ces conduits etant mis en
communication par fraisage, meulage ou autre operation de taille avec
les ouvertures 3
par lesquelles le fluide circule suivant les fleches fi.
Cependant, le faisceau ne comporte pas les flasques 4, 4 a
ni les nervures 5, ce qui facilite grandement sa fabri-
cation par filage ou autre procede analogue.
Dans cette realisation, un joint moule 21 est dispo-
se autour du faisceau, ce joint delimitant deux ceintures
21 a, 21 b reliees par deux barrettes laterales 211, 212.
La ceinture 21 a est la ceinture amont si l'on considere le
sens de circulation du fluide, notamment des gaz a refroi-
dir, et elle est placee en retrait par rapport a la face
d'entree desdits gaz a refroidir Ainsi, les gaz sont pre.
refroidis et le faisceau ou corps de l'echangeur se trouve deja a une
temperature relativement basse au niveau de la ceinture 21 a, ce qui
permet de realiser le joint 21 de
facon bon marche en elastomere.
Une tresse en fibres refractaires 22 est interposee
au niveau de la face d'entree entre le corps 1 et l'enve-
loppe 6 pour emp Scher les gaz chauds de lecher la ceinture 21 a
formant joint et egalement pour empecher l'accumulation
des condensats dans la zone amont, c'est-a-dire le compar-
timent 23.
L'enveloppe 6 est, par exemple, la aussi, constituee par deux
demicoquilles 6 a, 6 b presentant des bords 6 prenant appui sur les
barrettes 211 Les demi-coquilles
6 a, 6 b sont serrees par des frettes quelconques, par exem-
ple des profiles en U 24 disposes a l'aplomb des ceintures 21 a, 21 b.
La fig 9 illustre que les ouvertures 3 peuvent etre
realisees de maniere que le circuit du fluide de refroi-
dissement s'etablisse suivant une boucle 25 Ce fluide qui
circule @ une pression plus elevee que le fluide traver-
sant le faisceau suivant les fleches f 2 maintient, par
consequent, celui-ci toujours sous pression puisqu'il s'ap-
plique sur la paroi externe en meme temps que dans les
conduits de circulation qui lui sont propres.
La fig Il illustre une variante suivant laquelle l'enveloppe comporte
un bottier 6 ' de preference en forme de trapeze, ce bottier
delimitant des pattes ou rebords
6 t 1 pour le serrage de parties saillantes 26 des ceintu-
res 21 a, 21 b au moyen d'un couvercle 27.
La fig 12 illustre une autre variante selon laquelle
l'enveloppe 6 est tubulaire et est munie de brides conti-
nues 7 a a ses extremites Dans ce cas, les ceintures 21 a, 21 b
delimitent au moins une levre deformable 28 qui est dirigee vers le
compartiment 29 dans lequel circule le
second fluide refroidisseur La pression de ce fluide main-
tient ainsi appliquees les levres 28 contre la paroi in-
terne de l'enveloppe 6 Pour ameliorer encore l'etancheite, il est
possible que les levres 28 soient appliquees contre
des saillies tubulaires 30 formees par l'enveloppe.
Pour assurer l'etancheite entre les barrettes 21 et l'interieur de
l'enveloppe, celles-ci peuvent aussi etre munies de levres deformables
pouvant rejoindre les levres 28 ou encore il est possible, comme
illustre, de prevoir
une ou plusieurs rainures 31 pour former un joint laby-
rinthe Certaines des rainures 31 peuvent etre totalement
ou partiellement occupees par une ou des nervures longitu-
dinale formees a l'interieur de l'enveloppe 6.
7- L'invention ntest pas limitee aux exemples de
realisation representes et decrits en detail, car diver-
ses modifications peuvent y etre apportees sans sortir
de son cadre.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Echangeur de chaleur pour deux fluides dont l'un peut etre corrosif,
ledit echangeur comportant un faisceau fabrique en matiere ceramique,
caracterise en ce que ledit faisceau 1 est soumis a une contrainte de
compression.
2 Echangeur suivant la revendication 1, caracte- rise en ce que la
precontrainte est exercee par celui des deux fluides qui se trouve a
la pression la plus elevee.
3 Echangeur suivant l'une des revendications 1 et 2, caracterise en ce
que le faisceau est dispose dans une enveloppe, le fluide a la
pression la plus elevee occupant au moins partiellement l'espace
compris entre le faisceau et l'enveloppe.
4 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce
que l'espace compris entre le fais- ceau et l'enveloppe est divise en
deux parties, l'une reliee a l'entree du fluide a la pression la plus
elevee, l'autre a la sortie de ce fluide.
5 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce
que le faisceau est fabrique par fi- lage pour delimiter des conduits
longitudinaux dont cer- tains sont fermes a leurs extremites, des
ouvertures etant taillees dans la paroi laterale du faisceau pour le
pas- sage du fluide a pression elevee.
6 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a , caracterise en ce
que le faisceau est muni lateralement de nervures ( 5) ou baguettes (
211).
7 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 6, caracterise en ce
que le faisceau est muni lateralement de nervures ( 5) et, a ses
extremites, de flasques circu- laires ou elliptiques ( 4, 4 a)
fabriques en matiere cerami- que ou beton refractaire pouvant etre
ceramique.
8 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 7, caracterise en ce
que l'enveloppe comporte deux demi- coquilles ( 7, 8) epousant les
flasques ( 4, 4 a) et les ner- vures ( 5).
9 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 8, caracterise par
des joints d'etancheite interposes entre les flasques et les brides et
nervures, lesdits joints etant metalliques ou plastiques ou composites
me- talliques plastiques.
10 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 8, caracterise en ce
que les flasques sont maintenus dans une collerette formee a partir
des brides de l'enveloppe, une bride des conduits d'amenee
respectivement de depart etant egalement appliquee contre chaque
flasque et main- tenue par un dispositif a collier de serrage.
11 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a , caracterise en ce
que le faisceau comporte au moins un flasque entre les flasques
d'extremite.
12 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 11, caracterise en
ce que l'enveloppe est en une seule piece de forme tubulaire.
13 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 12, caracterise en
ce que le faisceau est supplementairement soumis a l'action d'une
force de compression mecanique exercee dans le sens de sa longueur.
14 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 13, caracterise en
ce que la force de compression est as- suree par des tirants reliant
des brides prenant appui sur la face externe des flasques du faisceau.
15 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 14, caracterise en
ce que des garnitures elastiques sont interposees entre les brides et
les flasques.
16 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 15, caractgri e en
ce que les tirants sont munis d'elements elastiques exercant une
precontrainte.
17 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 16, caracterise en
ce que le faisceau, lorsqu'il n'est pas muni de flasques et nervures,
est entoure par un joint moule delimitant deux barrettes ( 211) et
deux ceintures ( 21 a, 21 b) pour assurer l'etancheite avec
l'enveloppe.
18 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 17, caracterise en
ce que la ceinture ( 21 a) disposee sur la partie la plus chaude du
faisceau est placee a distance de l'extremite la plus chaude dudit
faisceau, ladite ex- tremite etant entouree par une tresse refractaire
interpo- see entre le faisceau et l'enveloppe.
19 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 18, caracterise en
ce que les barrettes ( 211) font saillie par rapport aux ceintures (
21 a, 21 b) et sont serrees entre des rebords formes par deux
demi-coquilles constituant l'enveloppe.
20 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 19, caracterise en
ce que l'enveloppe est constituee par un bottier ( 6 ') et un
couvercle ( 27) serrant respective- ment les ceintures ( 21 a, 21 b)
et des pattes saillantes ( 26) formees a partir desdites ceintures.
21 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a , caracterise en ce
que le bottier ( 6 ') est de section legerement trapezoidale.
22 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 21, caracterise en
ce que l'enveloppe ( 1) est tubulaire et munie de brides continues ( 7
a) a ses extremites, les ceintures ( 21 a, 21 b) delimitant au moins
une levre defor- mable ( 28) qui est dirigee vers le compartiment dans
lequel circule le fluide a la plus haute pression.
23 Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 22, caracterise en
ce que les barrettes reliant les cein- tures delimitent aussi au moins
une levre deformable.
24 Echangeur suivant tl'une des revendications 1 a 23, caracterise en
ce que les barrettes ( 24) delimitent au moins une rainure ( 31) d'un
joint labyrinthe. Echangeur suivant l'une des revendications 1 a 24,
caracterise en ce que l'enveloppe delimite des saillies cooperant avec
les levres deformables des ceintures et/ou barrettes.
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