Brevet FR2191086A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne d'une manière générale les appareils destinés au transfert ou échange de chaleur entre deux fluides, du genre comportant un faisceau de tubes disposé à l'in térieur d'une enveloppe pouvant servir éventuellement de réservoir d'accumulation et présentant un trou d'homme, ledit faisceau de tubes étant relié à au moins un collecteur d'arrivée et à au moins un collecteur de départ pour circulation d'un premier fluide, dit fluide primaire, et ladite enveloppe étant équipée d'une tubulure d'entre et d'une tubulure de sortie pour introduction, prélèvement ou circulation d'un deuxième fluide, dit fluide secondaire. De manière usuelle un tel appareil peut permettre l'accumulation d'une quantité plus ou moins grande de calories ou de frigories transférées du fluide primaire au fluide secondaire, cette accumulation augmentant par exemple durant les périodes de soutirage faible ou nul du fluide secondaire pour être utilisée pendant les autres périodes. La présente invention vise plus particulièrement le cas où le fluide secondaire est relativement agressif vis-à-vis notamment des tubes qu'il baigne. C'est la cas en particulier lorsque le fluide secondaire est de l'eau de ville plus ou moins riche en gaz dissous et notamment en oxygène utilisée au réchauffage et à l'accumulation d'eau chaude sanitaire ; le dégagement des gaz contenus dans le fluide secondaire entratne en effet rapidement dans ce cas une corrosion des métaux usuellement utilisés pour la constitution du faisceau de tubes dans lequel circule le fluide primaire de chauffage. Pour pallier cette difficulté, il a été proposé de traiter cette eau de ville, à I'extérieur ou à l'intérieur de l'enveloppe de l'échangeur, mais le coût d'un tel traitement est souvent élevé et son efficacité dépend dans une large mesure des précautions particulières prises lors de la conception tant de l'échangeur lui meme que du réseau de canalisations situé en amont et en aval de celui-ci, ainsi que du soin apporté à l'entretien de l'ensemble. Il a également été proposé d'assurer une protection à l'égard de la corrosion des surfaces d'échange de chaleur considérées en réalisant celles-ci à l'aide de métaux ou alliages spéciaux, mais cette solution n'est jamais économique. Il a encore été proposé d'assurer une telle protection en munissant ces surfaces d'échange de chaleur d'un revttement protecteur métallique, par galvanisation par exemple, ou synthétique par le procédé dit Wrilsanisation" par exemple. Mais, compte tenu de la conception usuelle des échangeurs à faisceau tubulaire, l'application d'un tel revêtement doit se faire tube par tube, faute de quoi ce revêtement manque d'homogénéité et peut meme être totalement absent sur certaines parties d'un tel faisceau. En outre l'assemblage des tubes ainsi protégés sur les collecteurs associés crée inévitablement une discontinuité dans le revêtement protecteur de ces tubes, voire même une détérioration de ce revêtement, notamment dans le cas où cet assemblage se fait par dudgeonnage. Il est alors nécessaire de procéder à une seconde application du revêtement protecteur aux endroits où celui-ci a ainsi été détériore ou éliminé, dans la mesure où la taille et le poids de l'appareil une fois assemblé le permettent, et avec le risque que l'adhérence de ce second revêtement laisse encore à désirer aux points d'assemblage visés. La présente invention a d'une manière générale pour objet un appareil échangeur de chaleur permettant d'éviter ces inconvénients. Cet appareil est du genre à faisceau de tubes succinctement explicité ci-dessus, et est caractérisé en ce que ce faisceau de tubes est fractionné en sections modulaires semblables démontables constituant chacune une unité protégée individuellement et dans sa totalité contre la corrosion, par exemple à l'aide d'un revêtement protecteur approprié, et susceptibles chacune d'entre passées par le trou d'homme prévu à cet effet sur l'enveloppe qui contient le faisceau de tubes. Ainsi ces sections modulaires sont, après un traitement anticorrosion susceptible de les protéger dans leur intégralité, introduites une à une à l'intérieur de l'enveloppe de l'appareil et sont, dans cette enveloppe, assemblées les unes aux autres de manière à constituer le faisceau de tubes recherché. Une fois ainsi assemblées, elles restent visitables et nettoyables sans aucun démontage, et Si cependant l'une d'entre elles s'avérait devoir titre changée, elle pourrait titre aisément désolidarisée des autres, et extraite de l'enveloppe par son trou d'homme, soit pour être revêtue à nouveau d'une couche de protection, soit pour titre remplacée par une nouvelle section modulaire semblable. Selon une forme particuliers de réalisation, chaque section modulaire du faisceau de tubes colporte un élément de collecteur d'arrivée, un élément de collecteur de départ sensiblement parallèle à l'élément de collecteur d'arrivée et au moins un tube, de préférence en serpentin, dtabli transversalement d'un desdits éléments de collecteur à l'autre. De préférence, mais non obligatoirenent, le collecteur d' arrivée, résultant du montage bout k bout des- éléments de collecteurs correspondants de sections modulaires suivant l'invention, est lié à l'un des fonds transversaux de l'enveloppe de l'appareil, tandis que le collecteur de départ résultant lui aussi du montage bout à bout des éléments de collecteurs correspondants desdits sections modulaires est lié à l'autre des fonds transversaux de ladite enveloppe. Cette disposition permet, par la souplesse des serpentins, un déplacement longitudinal parallèle, lais en sens opposés, des collecteurs d'arrivée et de départ, sous l'effet de la dilatation thermique, sans provoquer de contrainte thermique ni de rupture de la couche protectrice revotant lesdits serpentins et lesdits éléments de collecteurs. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels s la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement, d' un appareil échangeur de chaleur suivant l'invention la figure 2 est une vue en bout de cet appareil suivant la flèche II de la figure 1 la figure 3 est à échelle supérieure une vue partielle en coupe de cet appareil suivant la ligne III-III de la figure 1 ; la figure 4 est à échelle différente une vue en élévation d'une section modulaire de faisceau de tubes suivant l'invention la figure 5 est une vue en plan de cette section suivant la flèche V de la figure 4. Conformément à la forme de réalisation choisie et représentée sur ces figures, l'appareil échangeur de chaleur selon l'invention comporte une enveloppe 10, globalement cylindrique, fermée à ses extrémités par des fonds transversaux en dbme 11, 12 ; dans l'exemple représenté, cette enveloppe 10 s'étend horizontalement. Le fond ll est muni d'un trou d'hoMe 13 qui, de préférence, est excentré ; la réalisation d'un tel trou d'honte est bien connoepar elle-see et ne sera pas décrite ci-après. L'enveloppe 10 est par ailleurs munie d'une arrivée 14 et d'une sortie 15 pour introduction, prélèvement ou circulation d'un fluide dit ci-après fluide secondaire. Dans l'exemple représenté l'arrivée 14 est disposée à la partie basse de l'enveloppe 10-et est constituée par un tube 16 qui s'étend horizontalement sur une partie de la longeur de l'enveloppe 10 et qui présente de place en place des entailles 17 ; cette dieposition est bien connue par elle-même. Conjointement la sortie 15 est située à la partie haute de l'enveloppe 10. L'enveloppe 10 comporte enfin des ajutages de purge 18, des brides de fixation 19, une soupape de sécurité 20 et un purgeur d'air 21. Dans l'enveloppe 10 est disposé un faisceau de tubes 25. Suivant l'invention ce faisceau de tubes est fractionné en sections modulaires semblables 26 dont une est représentée isolément sur les figures 4 et 5. Une telle section modulaire 26 comporte un élément de collecteur d'arrivée 27, un élément de collecteur de départ 28 sensiblement parallèle à l'élément de collecteur d'arrivée 27, et au moins un tube 29 établi transversalement d'un de ces éléments de collec tueurs à l'autre ; ces divers organes sont par exemple réalisés en acier. Dans l'exemple représenté il y a deux tubes 29 établis entre les éléments de collecteurs 27, 28 et chacun de ces tubes 29 constitue un serpentin i axe perpendiculaire à l'axe des éléments de collecteurs. Chaque élément de collecteur 27, 28 est muni à chacune de ses extrémités d'une bride d'assemblage 30. Chacune des sections modulaires 26 est établie de manière à pouvoir être passée individuellement à travers le trou d'home 13 et est soumise individuellement à un traitement anticorrosion, consistant par exemple à l'application à une telle section d'un. revêtement anticorrosion, notamment par rilsanisation". Un tel traitement comporte de manière connue le chauffage, en général dans un four, la section à traiter qui, selon l'invention, est prise dans son intégralité, c'est-à-dire alors que les serpentins qu'elle comporte sont déjà raccordés par soudage aux éléments de collecteurs correspondants et alors que ceux-ci sont déjà munis de leurs brides d'assemblage. Après un tel chauffage on trempe la section à traiter dans un bain de la matière synthétique vendue sous la désignation *RILSAN", puis on la soumet à un processus de polymérisation, ces opérations intéressant, comme précédemment, la totalité de la surface externe de la section traitée. La forme et les dimensions des sections modulaires selon 1' invention, ainsi que l'homogénéité de la matière constituant ces sections, permettent d'obtenir au cours d'un tel traitement un revêtement protecteur anticorrosion homogène et parfaitement adhérent en tout point de la section, et ce revttement ne se trouve pas endommagé par les opérations d'assemblage entre sections successives. En effet ces opérations d'assemblage, qui sont conduites à l'intérieur de l'enveloppe 10, consistent simplement à mettre bout à bout les éléments de collecteur d'arrivée 27 des diverses sections 26 et à les fixer deux à deux à l'aide de leurs brides 30, par simple boulonnage de celles-ci. L'extrémité libre de l'éliment de collecteur d'arrivée de la première section est, de manière semblable, fixée à une canalisation d'arrivée 32 prévue à cet effet sur le fond transversal 11 de l'enveloppe 10 et traversant celle-ci, cependant que, dans l'exemple représenté, l'extrémité libre correspondante de son élément de collecteur de départ est fermée par un flasque 33. Conjointement, dans l'exemple représenté, l'extrémité libre de l'élément de collecteur de départ de la dernière section 25 est de manière semblable fixée sur une canalisation de départ 34 liée au fond transversal 12 de l'enveloppe 10 et traversant celle-ci, cependant que l'extrémité libre de son élément de collecteur d'arrivée est obturée par un flasque 35. Le raccordement des canalisations 32 et 34 sur les fonds 11 et 12 de l'enveloppe 10 est assorti de dispositions d'étanchéité usuelles. Dans l'exemple représenté le faisceau 25 ainsi constitué sert à la circulation d'un fluide, dit fluide primaire, qui est le plus souvent le fluide chaud. Il y a donc réchauffage du fluide secondaire contenu dans l'enveloppe 10 et celui-ci peut être stocké ou soutiré à la demande. De préférence, tel que représenté, le faisceau de tubes 25 laisse libre à l'intérieur de l'enveloppe 10 un espace 36 suffisant pour en permettre la visite. Il. est ainsi possible d'assurer la maintenance de ce faisceau de tubes, et éventuellement la dépose d'une quelconque de ses sections 26 si cela s' avérait nécessaire à son entretien, voire même à son remplacement par une autre section modulaire semblable, de telles sections pouvant individuellement être passées par le trou d'nomme 13. Dans l'exemple représenté les collecteurs constitués par les éléments de collecteurs 27 et 28 et les canalisations 32, 34 correspondantes sont rectilignes et s'étendent horizontalement. Il va de soi que ces collecteurs pourraient être curvilignes, et par exemple ondulés, et/ou ils pourraient être verticaux dans le cas où l'enveloppe 10 serait elle-même verticale ; la mise en oeuvre de collecteurs curvilignes est d'ailleurs connue par ellemême dans un tel cas d'enveloppe cylindrique à axe vertical. Dans l'exemple représenté les tubes 29 forment des serpentins à axe verticaux, mais il va de soi que ces serpentins pourraient être à axe horizontaux dans le cas où l'enveloppe 10 serait verticale. Dans l'exemple représenté enfin, le collecteur d'arrivée est lié à l'un des fonds de l'enveloppe 10, tandis que le collecteur de départ est lié à l'autre fond de cette enveloppe. Outre la possibilité de dilatations parallèles en sens inverses qu'offre cette disposition, elle présente l'avantage que chaque circuit de section collecteur darrivée-serpentins-collecteur de retour a une même longueur, et que par suite le fluide primaire se répartit également entre les diverses sections 26 quel que soit le nombre de celles-ci. Mais il va de soi que les collecteurs d'arrivée et de départ pourraient en variante être fixés à un même fond transversal de l'enveloppe 10. Il est également possible, suivant diverses autres variantes non représentées, d'avoir plusieurs collecteurs d'arrivée et plusieurs collecteurs de départ en parallèle. Dans tous les cas les éléments de collecteurs d'arrivée des diverses sections 26 sont tous montés en série les uns à la suite des autres et les éléments de collecteurs de départ de ces sections sont tous également montés en série les uns à la suite des autres, suivant une deuxième série. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution, notamment en ce qui concerne le nombre de tubes par sections, ce nombre pouvant être supérieur à deux, et/ou on ce qui concerne la-configuration en serpentin ou autre de ces tubes, et/ou en ce qui concerne le nombre et/ou la hauteur des sections mises en oeuvre ; en particulier, en modifiant cette hauteur, il est possible de réaliser des surfaces d'échange de chaleur importantes, grâce à l'assemblage d'un nombre suffisant de sections semblables, pourvu que l'ensemble reste visitable après montage. Par ailleurs l'invention trouve son application dans tous les appareils d' échange de chaleur entre deux fluides et tout particulièrement lorsqu'il est souhaitable de disposer d'une facilité de pose ou de dépose, de contrôle, de nettoyage, de traitement de surfaces d'échange de chaleur de grande importance. Elle trouve donc particulièrement son application, mais non exclusivement, à la préparation d'eau chaude sanitaire, notamment lorsque le traitement préalable de l'eau à chauffer n'est pas suffisamment efficace, ou qu'il est impossible ou non prévu. De manière plus générale l'invention trouve encore son application, notamment dans l'industrie, pour tous les appareils échangeurs de chaleur véhiculant des fluides corrosifs, ou pour tous les appareils de chaleur dont les dimensions, le poids ou les con disions de service nécessitent un montage ou un démontage aisé avec des moyens de manutention limités. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné au transfert ou échange de chaleur entre deux fluides, du genre comportant un faisceau de tubes disposé à l'intérieur d'une enveloppe pouvant servir éventuellement de réservoir d'accumulation et présentant un trou d'homme, ledit faisceau de tubes étant relié à au moins un collecteur d'arrivée et à au moins un collecteur de départ pour circulation d'un premier fluide, dit fluide primaire, et ladite enveloppe étant équipée d'une tubulure d'entrée et d'une tubulure de sortie pour introduction, prélèvement ou circulation d'un deuxième fluide, dit fluide secondaire, un tel appareil caractérisé en ce que ledit faisceau de tubes est fractionnd en sections modulaires semblables démontables constituant chacune une unité protégée individuellement et dans sa totalité contre la corrosion, et susceptible chacune d'être passée par ledit trou d'homme. 2. Appareil suivant la revendication 1, osractérisé en ce que chaque section modulaire du faisceau de tubes est en acier muni d'un revêtement contre la corrosion, ledit revêtement s'étendant sur toute la surface extérieure de ladite section. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ce revêtement est en matière synthétique telle que celle vendue sous la désignation commerciale "RILSAN". 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque section modulaire du faisceau de tubes comporte un élément de collecteur d'arrivée, un élément de collecteur de départ sen siblement parallèle à l'élément de collecteur d'arrivée, et au moiunn pn tube établi transversalement d'un de ces dits éléments de e lecteur à l'autre. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il y a plusieurs tubes, deux par exemple, établis entre les éléments de collecteur. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ces tubes sont en serpentin. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque élément de collecteur est muni, à chacune de ses extrémités, d'une bride d'assemblage. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau de tubes laisse libre à l'intérieur de l'enveloppe un espace suffisant pour en permettre la visite. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur d'arrivée est lié à l'un des fonds transversaux de l'enveloppe, tandis que le collecteur de départ est lié à l'autre des fonds transversaux de ladite enveloppe. 10. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les collecteurs d'arrivée et de départ sont sensiblement horizontaux et rectilignes, et les tubes établis entre ceux-ci forment des serpentins d'axes sensiblement verticaux.