Brevet FR2474678A1 — publié le 19810731

Echancieur de chaleur à faisceau tubulaire. La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour la transmission de chaleur entre deux milieux en écoulement, comportant une enveloppe tubulaire destinée à être traversée par l'un desdits milieux et qui entoure un faisceau tubulaire destiné à etre traversé par l'autre milieu. Des échangeurs de chaleur de ce type sont déjà connus ils fonctionnent également en tant que condenseurs à dépression. Prioritairement, ils sont surtout utilisés alors lorsqu'un milieu à refroidir ou à condenser ne doit pas venir en contact avec le milieu refroidissant, par exemple en raison de la protection nécessaire de l'environnement, ou encore lorsque l'on doit récupérer les condensats. Le plus souvent, ces échangeurs de chaleur sont constitués sous la forme d'échangeurs à faisceaux tubulaires, dans lesquels le milieu à refroidir ou à condenser est amené autour des tubes tandis que le milieu refroidissant est amené à travers ceux-ci, ou l'inverse. Comme matériaux pour la constitution de tels échangeurs de chaleur à faisceaux tubulaires, on a utilisé jusqu'à présent de l'acier, de l'acier recouvert d'un vernis, de l'acier inoxydable, du bronze et encore d'autres alliages spéciaux. Si en raison d'une agressivité particulière des milieux en cause, on n'utilise plus de matériaux à base métallique, on utilise les matériaux ou combinaisons de matériaux suivants 1) Echangeurs de chaleur en graphite imprégné, et en parti culier a) Echanyeurs de chaleur à faisceaux tubulaires dont les faisceaux et l'enveloppe tubulaire sont en graphite imprégné (en cas de fonctionnement avec un milieu corrosif autour des tubes) b) Echangeurs de chaleur compacts dans lesquels les deux milieux empruntent des cheminements séparés dans des évidements croisés, lesquels se trouvent dans un ou plusieurs blocs reliés entre eux, blocs constitués de graphite imprégné. 2) Echangeurs de chaleur en verre, et en particulier dont les faisceaux tubulaires et l'enveloppe tubulaire sont en verre (en cas de fonctionnement avec un milieu cor rosif autour des tubes). 3) Echangeurs de chaleur à faisceaux tubulaires ou compacts en graphite (comme sous 1)), avec une enveloppe tubulai re en matière synthétique. 4) Echangeurs de chaleur à faisceaux tubulaires ou compacts en graphite (comme sous 1)), avec une enveloppe tubulai re en verre. Les inconvénients des échangeurs de chaleur définis sous 1), 2) et 4) sont que l'enveloppe en graphite ou en verre ainsi que les branchements qu'elle porte sont sensi bles aux chocs et que le prix de tels échangeurs de chaleur reste relativement élevé. L'inconvénient des échangeurs de chaleur définis sous 3) réside dans le fait que la matière synthétique ne possède pas la stabilité chimique et ther mique du graphite et du verre. Le but de la présente invention est par conséquent d'obtenir un échangeur de chaleur dont le matériau consti tutif soit particulièrement dur et résistant vis-à-vis des chocs,et qui soit au surplus extrêmement stable chimique ment tout en restant d'un prix relativement bas. La solution de ce problème est fournie par un échangeur de chaleur qui, conformément à l'invention, est caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire est constituée de porcelaine. La porcelaine appropriée est bien connue dans l'industrie chimique et est déjà utilisée par exemple pour les récipients, les conduites tubulaires, les condenseurs à méianges et les pompes à jet. Elle a , par ailleurs, pratique-' ment la même stabilité chimique et thermique que le verre. Pour permettre des échanges de chaleur avec une hauteconductivité thermique, il est avantageux que le faisceau tubulaire soit constitué de tubes en graphite ou par des évidements pratiqués dans un bloc de graphite. Si l'on utilisait du verre au lieu d'utiliser du graphite, on aurait besoin d'une surface d'échange de chaleur plus importante, car la conductivité thermique du graphite est de 116 a' 145 W/m.K tandis que la conductivité thermique du verre est seulement de 0,7 à 1,16 W/m.K. Une étanchéité efficace entre le faisceau tubulaire et l'enveloppe tubulaire est obtenue en ce que le faisceau tubulaire s'étend entre deux fonds, dont l'un au moins est relié de façon étanche à ladite enveloppe tubulaire par l'intermédiaire d'une bague de presse-étoupe ou d'une bague d'étanchéité ronde. Un échangeur de chaleur conforme à l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente un échangeur de chaleur dans ses parties constitutives essentielles, à l'état démonté : et - la figure 2 montre la partie supérieure d'un échangeur de chaleur conforme à la figure 1, à l'état assemblé. L'échangeur de chaleur comporte une enveloppe tubulaire 2 en porcelaine et un faisceau tubulaire 4 en graphite. Le faisceau tubulaire 4 se termine des deux cotés dans des fonds 5 et 7 en graphite. Ces sondes 5 et 7 aboutissent respectivement à un raccord d'arrivée 6 et à un raccord de départ 8. Le raccord inférieur 8 présente un épaulement annulaire 10 sur lequel l'enveloppe tubulaire 2 est destinée à reposer ;le fond supérieur 5 peut coulisser dans une certaine mesure dans l'enveloppe tubulaire 2. A la partie supérieure de l'enveloppe tubulaire 2 est formé un branchement d'amenée 12. A cette partie inférieure sont formés, en deux cotés opposés de l'enveloppe et avec un décalage en hauteur, un branchement d'évacuation 14 pour la vapeur non condensée et un branchement d'évacuation 16 pour les condensats. Sur la figure 2, on a représenté dans la partie gauche un étanchement du fond 5 vis-à-vis de l'enveloppe tubulaire 2 par l'intermédiaire d'une bague de presse-étoupe 18, et à droite un étanchement par l'intermédiaire d'une bague d'éétanchéité ronde 20, laquelle est pressée par une surface inclinée 22 prévue sur une bague de pressage 24, d'une part sur le fond 5 et d'autre part sur l'enveloppe tubulaire 2. De façon correspondante, la bague de presse-étoupe 18 est soumise à la pression d'une bague 30. Les deux raccords 6 et 8 comportent des brides, respectivement 26 et 28, qui sont sollicitées l'une vers l'autre par des tirants 32. Les bagues 24 et 30 sont sollicitées vers le bas par des vis de pression, respectivement 34 et 36, qui traversent la bride 26. Si l'enveloppe tubulaire 2 a une longueur dépassant 1,5 m, il est alors opportun pour des raisons techniques de fabrication qu'elle soit -élaborée sous la forme de deux sections 40, 42 qui sont emmanchées l'tune sur l'autre par des épaulements annulaires 44, 46. Dans l'espace de séparation entre les deux sections 40, 42 est inséré un joint d'étanchéité plat. Pour que les tirants 32 puissent avoir une certaine élasticité soul1effet des dilatations auxquelles peuvent être soumis le faisceau tubulaire 4, les fonds 5 et 7 et les raccords 6 et 8, ils sont soumis à l'action de ressorts 48. Les tubes du faisceau tubulaire 4 sont coniques à leurs extrémités 50, et ils sont collés dans des logements coniques correspondants 52 des fonds. Comme il va de soi, et comme il resulte d;ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application etîde réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; telle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur pour la transmission de chaleur entre deux milieux en écoulement, comportant une enveloppe tubulaire destinée à être traversée par l'un desdits milieux et qui entoure un faisceau tubulaire destiné à être traversé par l'autremilieu,caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire (2) est constituée de porcelaine. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire (4) est constitué de tubes de graphite. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire (4) est constitué par des évidements formés dans un bloc de graphite. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau tubulaire (4) s'étend entre deux fonds (5, 7), dont l'un au. moins est relié de façon étanche à ladite enveloppe tubulaire (2) par l'intermédiaire d'une bague de presse-étoupe (18) ou d'une bague d'étanchéité ronde (20). 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (2) est constituée par l'assemblage d'au moins deux sections (40, 42).