Brevet FR2392349A1 — publié le 19781222

La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur perfection- né. Certains échangeurs de chaleur émaillés connus se composent de deux récipients concentriques dont l'un est émaillé extérieurement et l'autre intérieurement. Le recipient extérieur, qui est émaillé intérieurement, est entouré d'une double enveloppe dans laquelle on peut faire circuler de la vapeur d'eau, par exemple. L'un des inconvénients de ces échangeurs de chaleur émailles réside dans le fait que leur capacite d'échange specifique est relativement faible.D'autres modes de construction émaillés connus, tels que les échangeurs de chaleur à deux circuits, les échangeurs a serpentins ou a cylindres sont, par contre, d'une construction relativement compliquée ou bien ne peuvent êt-re émaillés que du coté de l'un des fluides. En conséquence, la présente invention-s'est fixé pour but de réaliser un échangeur de chaleur émaillé, du type spécifié ci-dessus, qui permet d'éviter, dans une très large mesure, les ineonvénients et les diffieultés de la technique antérieure et qui, comme les éehangeurs de chaleur tubulaires usuels en acier ou en matière plastique, peut être pourvu d'un faisceau de tubes dont le montage ne nécessite pas le recours à des plateaux, et qui, comparativement aux échangeurs de chaleur emaillés connus, peut être fabrique dans aes conditions plus économiques. L'invention atteint le but qu'elle s'est fixé par un échangeur de chaleur qui est caractérisé en ce qu'il utilise un faisceau de tubes émaillés inté ne térieurement et/ou extérieurement quiXsont relies les uns aux autres que par des couches d'émail prévues à leurs extrémités opposées. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel . - la figure 1 est une coupe longitudinale et transversale à travers un tube, pour un échangeur de chaleur émaillé conforme à l'invention -; - la figure 2 est une vue en bout d'un faisceau de tubes d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention, faisceau qui se compose de tubes tels que celui de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe longitudinale à travers un échangeur de chaleur émaillé conforme à l'invention, dans lequel est installé un faisceau de tubes tel que celui de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 illustrent des variantes de réalisation des fais ceaux de tubes destinés à la fabrieation.dt'eehangeurs de chaleur conformes à l'in- vention, ces tubes ayant une section rectangulaire ; et, - la figure 6 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un échangeur de chaleur émaillé conforme à ltinvention, comportant un faisceau de tubes tels que celui de la figure 5. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1-3, on utilise des tubes 1 dont la partie centrale 2 a une section circulaire et dont les extrémités 3 ont été mandrinées de façon à présenter une section hexagonale Les tubes de ce genre peuvent être facilement préparés à partir de sections sans soudure faites d'un acier se prêtant à l'émaillage. Les tubes 1 peuvent etre pourvus, de façon connue extérieurement et, le cas échéant, aussi intérieurement, d'un revêtement d'émail, par exemple, par une procédure de trempage. Lorsque les tubes 1 ne doivent être émaillés qu'inté- rieurement, il suffit d'appliquer sur ceux-ci, extérieurement, une composition d'émaillage dans la région des extrémités 3. On rassemble ensuite les tubes 1, pourvus de la composition d'émaillage, en un faisceau tel que celui représenté sur la figure 2, faisceau auquel on fait subir une cuisson dans un four d'émaillage. Pendant la cuisson se produit une solidarisation des tubes 1 le long des surfaces latérales des extrémités adjacentes 3, ce qui a pour résultat d'unir les tubes par une couche d'émail vitrifiée 4. On a constaté avec surprise que les propriétés mécaniques de cette couche d'émail vitrifiée, résistante à la corrosion (qui a une résistance à la traction d'environ 7 kg/mm2 et une résistance à la pression 70 kg/mm2) ) sont suffisantes pour supporter les pressions et les températures qui apparaissent au cours des processus ehimiques usuels et qui nécessitent la présence de plateaux dans les échangeurs de chaleur tubulaires classiques. Pour produire des échangeurs de chaleur comportant, de façon classique, une enveloppe, comme représenté sur la figure 3, qui comprend un couvercle 5, un corps cylindrique 6 et un fond 7, ces trois parties pouvant être reliées les unes aux autres par des brides, il est judicieux de prévoir à la partie inférieure et à la partie supérieure du faisceau de tubes 1, des anneaux de montage émaillés 8, 9. Le pourtour intérieur de ces anneaux de montage 8, 9 peut être réalisé conformément au pourtour extérieur du faisceau de tubes de la figure 2, afin que pendant la cuisson de l'émail se produise une soudure entre lesdits anneaux et le faisceau de tubes, d'une manière analogue à celle qui se produit entre les divers tubes. Comme représenté sur la figure 3, l'anneau de montage inférieur 8 peut avoir un diamètre extérieur suffisant pour pouvoir être serré entre la partie centrale cylindrique 6 et le fond 7 de l'enveloppe. Pour compenser les variations de la dilatation thermique, on utilise un anneau de montage supérieur 9, ayant un plus petit diamètre extérieur que l'on fixe au moyen d'un élément élastique 10 venant se placer entre les brides du couvercle et de la partie centrale de l'en- veloppe ou bien qui peut être relié à cette dernière. t'élément élastique 10 peut, etre en tantale ou en polytétrafluoréthylène. Le fonctionnement d'un tel échangeur de chaleur émaillé est identique à celui d'un échangeur de chaleur tubulaire classique, c'est-a-dire, que. l'un des fluides circule à l'intérieur des tubes, tandis que l'autre balaie--ceux-ci exte*- rieurement, comme l'indiquent les flèches de la figure 3. Lorsque ces deux fluides sont corrosifs, les tubes 1 doivent être émailles intérieurement et extérieurement. L'enveloppe peut, dans ce cas, également etre émaillée intérieurement. Quand un seul fluide est corrosif, il suffit d'émailler les tubes d'un côté. En conséquenee, les tubes peuvent ntetre émaillés qu'intérieurement ou qu'ex- térieurement, suivant le eas. Toutefois, dans le cas d'un émaillage intérieur, les tubes doivent néanmoins être également émaillés extérieurement, dans la région des extrémités mandrinées, afin de permettre la solidarisation du faisceau de tubes au cours de la cuisson de l'émail. A la différence de l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1-3, les tubes pourraient aussi avoir une section ayant une forme différente, par exemple, une section rectangulaire. Lors de l'utilisation de tubes ayant une section rectangulaire, il est -- avantageux de prévoir, en remplacement au mandrinage des extrémités, et pour réaliser l'espacement voulu entre les tubes pour former les canaux de circulation extérieurs, entre chaque paire de tubes 1,un fer plat 11 fixé par émaillage, comme dans l'exemple de réalisation de la figure 4. On pourrait également produire des canaux rectangulaires en disposant entre deux plaques de tôle émaillées sur les deux faces 12 (figure 5) des fers plats 11 fixés par émaillage aux extrémités de deux plaques opposées, ces fers plats étant disposés alternativement dans le sens horizontal et dans le sens vertical, en produisant en conséquence des canaux de circulation horizontaux et verticaux. t' échangeur de chaleur représenté sur la figure 6 contient un faisceau de tubes correspondant à l'exemple de réalisation de la figure 5. L'enveloppe de eelti-ei peut etre réalisée d'une manière analogue à celle représentée sur la figure 3. Toutefois, dans le mode de réalisation de la figure 6, la partie centrale cylindrique 6 de l'enveloppe présente une ouverture 18 pour l'admission d'un fluide. A la différence de la figure 3, le pourtour des extrémités des tubes n'est pas relié par une couche d'émail à un anneau de montage. En effet, dans l'exemple de réalisation de la figure 6, des anneaux de support 15, 17 ont été soudés sur la paroi intérieure de la partie centrale cylindrique 6 de l'enveloppe. L'anneau de montage inférieur 17 porte un joint 16 sur lequel viens reposer le faisceau de tubes, permettant ainsi à celui-ci de se dilater latéralement. A l'anneau de support supérieur 14, un intervalle a été prévu entre son bord intérieur et le pourtour extérieur du faisceau de tubes et l'une des extrémités d'un élément élastique 10 a été fixée à celui-ci par l'intermédiaire d'un joint 1k, son autre extrémité étant également fixée par l'intermédiaire d'un joint 13 au pourtour extérieur de l'extrémité supérieure du faisceau. Comme il a été indiqué, l'élément élastique 10 peut etre en tantale ou en polytétrafluoréthylène. Dans ces conditions, le faisceau de tubes peut également se dilater librement par rapport à l'enveloppe qui l'entoure. De plus, après avoir enlevé le couvercle 5, le faisceau de tubes peut être facilement enlevé de son enveloppe. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur émaillé, caractérisé en ce qu'il comprend unfaisceau de tubes émaillés intérieurement etlou extérieurement, qui ne sont reliés entre eux que par des couchesd'émail (4) prévues à leurs extrémités opposées (3) 2. Echangeur de chaleur émaillé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau se eompose de tubes profilés (1) dont les extrémités (3) ont été élargies. 3. Echangeur de chaleur -émaillé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités élargies des tubes ont une section hexagonale. 4. échangeur de chaleur émaillé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourtour des extrémités des tubes est relié par une couche d'émail à un anneau de montage (8,9). 5. Echangeur de chaleur émaillé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un des anneaux de montage (8) a un plus grand diamètre extérieur, et est'serré entre le fond (7) d'une enveloppe et la partie cylindrique (6) de celleci, et en ce que l'autre anneau de montage 9 est fixé ou serré, par l'intermédiaire d'un élément élastique 10, entre le fond (5) de l'enveloppe et la partie centrale cylindrique de celle-ci. 6. Echangeur de chaleur émaillé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes (1) ont une section reetangulaire et en ce que entre les extrémités voisines desdits tubes est respectivement interposé un fer plat (11). . Changeur de chaleur émaillé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes sont limités de part et d'autre par des tôles émaillées (12) entre lesquelles sont fixés, par émaillage alternativement, des fers plats horizontaux et verticaux (11). 8. Echangeur de chaleur émaillé selon l'une quelconque des revendications précédêntes, caractérisé en ce que, pour améliorer l'échange chaleur, certaines régions des surfaces d'échange ont été structurées. 9. Procédé pour fabriquer un faisceau de tubes pour un échangeur de chaleur émaillé tel que spécifié dans l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un certain nombre de tubes profilés pouvant être émaillés et fixés à leurs- extrémités, caractérise en ce qu'on élargit les extrémités de tous les tubes profilés pour leur donner une section polygonale, en ce qu'on applique, au moins, sur les surfaces extérieures des extrémités ainsi élargies des tubes, une composition d'émaillage et en ce qu'on solidarise par une cuisson dans un four d'émaillage, les extrémités élargies des tubes dont les surfaces, appliquées les unes contre les autres, ont été pourvues de ladite couche de composition d'émaillage. 10. Procédé selon la revendication 9, pour fabriquer un faisceau de tubes, tel que spécifié dans la revendication 4, caractérisé en ce que, avant de l'introduire dans le four d'émaillage, on entoure l'une des extrémités du faisceau de tubes, d'une bordure annulaire et en ce qu'on dispose entre le pourtour intérieur de la bordure et le pourtour extérieur du faisceau de tubes, d'une couche de composition d'émaillage.