Brevet FR2501355A1 — publié le 19820910

La présente invention concerne un échangeur dc chaleur coaxial comportant un tube interne, un tube externe entourant le tube interne, à distance de celui-ci, pour former une chambre annulaire, un premier ajutage débouchant dans le tube interne, à son extrémité, dans ln direction axiale, et un second ajutage débouchant dans la chambre annulaire, dans son tronçon extrême, dans une direction sensiblement radiale. De tcls échangeurs de chaleur sont connus et sont S fabriques jusqu'à ce jour avantageusement en cuivre parce Que cette matière présente, d'une part, une conductibilité thermique élevée et, d'autre part, des possibilités d'usi- nage relativement aisées. A l'extrémité de ces échangeurs de chaleur coaxiaux sont emboîtées des pièces de forme qui présentent aussi bien le premier que le deuxième ajutage et avec lesquelles les tubes interne et externe sont liés bout à bout. Un inconvénient que présente un échangeur de chaleur réalisé en cuivre est que cette matièren'est pas neutre du point de vue électrolytique si bien qu'un tel échangeur de chaleur est limité dans ses possibilités d'utilisation: par exemple il ne peut pas être utilisé avec des canalisations zinguées. L'utilisation du cuivre ne peut permettre en outre d'atteindre au'un taux de travail limité et il existe égale- ment une limitation en ce qui concerne les agents pouvant constituer les fluides en circulation. Dans le cas d'eaux agressives, par exemple dans l'industrie alimentaire ou des boissons, dans les laveries et dans beaucoup d'autres doma- nes d'utilisation, l'utilisation d'échangeurs de chaleur en 3r] cuivre n'est pas possible ou bien elle ne l'est que dans des limites très précises. Il y a par conséquent une tendance h utiliser dle préférence des échangeurs de chaleur en acier spécial parce Que cette matière est neutre du point de vue électrioue, j5 elle peut supporter des pressions plus élevées et elle peut tre également utilisée même avec des fluides agressifs. Pour cette raison les échangeurs de chaleur en acier spécial sont utilisables dans de très nombreux cas et ils simplifient par conséquent le stockage. En tant que fluides caloporteurs on utilise fréquem- ment des fluides spéciaux qui sont connus par exemple dans le commerce sous les marques "FRIGEN" ou "TKL". Pour des raisons de prescription légale, comme cela est par exemple le cas en Allemagne Fédérale ou aux Etats-Unis, on doit veiller à ce que ces fluides ne puissent venir en contact avec l'eau utilisée, en particulier l'eau potable. La cons- truction des échangeurs de chaleur doit être par conséquent conçue de telle façon qu'en cas de corrosion, le volume interne du tube interne ne puisse venir en communication avec la chambre annulaire délimitée par les tubes interne et externe. Même si les échangeurs de chaleur sont fabriqués en acier spécial, un tel danger n'est pas écarté si, par exem- ple, des cordons de soudure deviennent perméables, par suite de la corrosion, si bien que ce danger, dans le cas d'échan- geurs de chaleur en acier spécial, exige d'être pris en considération parce que, par suite de la résistance élevée que présente l'acier spécial à l'égard de fluides agressifs, les cordons de soudure sont soumis, dans de tels échangeurs de chaleur, à des attaques plus importantes. L'utilisation des pièces de forme présentant des ajutages et qui sont prévues dans le cas des échangeurs de chaleur coaxiaux réalisés en cuivre se révéle désavantageuse dans le cas d'échangeurs de chaleur coaxiaux en acier spé- cial parce que la fabrication de telles pièces de forme en acier spécial entraînerait des coûts excessivement élevés qui chargeraient à leur tour le prix de revient global de l'ensemble de l'échangeur de chaleur. Un autre inconvénient est que, lors de l'apparition d'une corrosion du cordon de soudure servant à la liaison entre le tube interne et la pièce de forme, les fluides se trouvant respectivement dans le tube interne et dans la chambre annulaire comprise entre les tubes interne et externe pourraient venir en contact l'un avec l'autre, ce qui doit être absolument évité pour les raisons exposées précédemment. La présente invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur coaxial qui puisse être utilisé dans de nombreux domaines et qui rende ainsi possible le stockage simple, qui puisse résister également à des fluides agres- sifs, qui présente des caractéristiques particulières qui empêchent que les fluides différents se trouvant des deux côtés de la surface d'échange thermique puissent venir en contact l'un avec l'autre, et dont en outre la construction est conçue de telle façon que la fabrication d'un tel échan- geur puisse être réalisée à un prix de revient remarquable- ment bas. Pour atteindre ces buts, l'échangeur de chaleur est conçu de telle façon qu'il soit réalisé en acier spécial, que le premier ajutage soit soudé dans le tube interne et que la partie extrême du tube externe soit rendue conique, en dehors de la zone du second ajutage, par la formation de plis de sertissage s'étendant, sur le tube externe, en direction de l'extrémité de ce tube, jusqu'à atteindre le diamètre externe du tube interne, le tube externe étant soudé au tube interne. Cette construction offre l'avantage que l'on peut éviter l'utilisation de pièces de forme très coûteuse aux deux extrémités de l'échangeur de chaleur coaxial, tout en garantissant une séparation totale et sure des fluides cir- culant le long des deux parcours. Si la soudure entre le tube externe et le tube interne se révéle ne pas être étan- che le fluide se trouvant dans la chambre annulaire peut sortir uniquement à l'extérieur du premier ajutage, tout en restant séparé du fluide se trouvant dans le tube interne. Si la soudure entre le tube interne et le premier ajutage se révéle ne pas être étanche, le fluide se trouvant dans le tube interne peut sortir entre le premier ajutage et le tube interne, tout en restant absolument isolé de la chambre annulaire comprise entre les tubes interne et externe. Par ailleurs, grâce à la liaison par soudure, on peut obtenir une économie notable quant au temps de travail, ce qui se révéle être particulièrement avantageux en ce qui concerne le prix de revient de l'échangeur de chaleur. Suivant une forme d'exécution particulièrement avan- tageuse de l'invention,-le tube externe et le tube interne présentent, dans la zone de leur liaison par soudure, des parties cylindriques si bien que l'on peut réaliser une sou- dure particulièrement sûre. Suivant une autre forme d'exécution avantageuse de l'invention, le tube interne est entouré d'un chemisage tubulaire et le tube interne ou bien ce chemisage tubulaire est pourvu d'au moins une gorge longitudinale réalisée par pressage. De cette façon, on évite, dans le cas d'un dommage causé au tube interne ou au chemisage tubulaire par suite de la corrosion, qu'un échange de fluides puisse avoir lieu entre les deux courants. Dans le cas de dommages dus à la corrosion, le fluide se rassemble entre le tube interne et le chemisage tubulaire et il est conduit, par la ou les gor- ges longitudinales, à l'extérieur, ce qui permet de signaler des dommages qui sont apparus. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limita- tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure l est une vue en élévation, partiellement en coupe axiale, de la zone extrême d'un échangeur de cha- leur coaxial en acier spécial. La figure 2 est une vue de l'échangeur de chaleur prise dans la direction de la flèche Il de la figure 1, en supposant le premier ajutage enlevé. La figure 3 est une vue en coupe axiale, à plus grande échelle, de la partie extrême d'une autre forme d'exécution d'un échangeur de chaleur coaxial, en coupe suivant la ligne I1I-III de la figure 4. La figure 4 est une vue prise dans la direction de la flèche IV de la figure 3. L'échangeur de chaleur qui est représenté sur les figures 1 et 2 et qui est indiqué dans son ensemble par la référence 10 comprend deux parties extrêmes 12 qui servent au raccordement de canalisations et dont une seule est re- présenté sur le dessin. L'échangeur de chaleur lui-même 250 1355 comporte un tube interne 14 et un tube externe 16 entourant le précédent à une certaine distance, si bien qu'une chambre annulaire 18 se trouve être formée entre le tube interne et le tube externe. Un premier ajutage 20, réalisé sous la forme d'un coude tubulaire, est engagé, par un tronçon cylindrique 22, dans une partie élargie cylindrique 24, formant manchon, prévue à l'extrémité du tube interne 14 et il est soudé à ce tube interne 14 le long de la surface de contact cylindrique ID Un second ajutage 28, disposé sensiblement radiale- ment, est soudé au tube externe 16, dans sa partie extrême 12, à une distance déterminée de l'extrémité 26 de ce tube externe. Deux plis de sertissage 30, 32 dont la largeur ou hauteur va en décroissant en direction de l'extrémité 26 du tube externe 16, sont formés en deux emplacements diamétra- lement opposés sur le tube externe, dans la zone comprise entre le second ajutage 28 et l'extrémité 26 de ce tube externe, si bien que celui-ci présente une forme conique convergeant en direction de l'extrémité 26, la dernière partie 34 du tube externe 16 étant toutefois cylindrique et adaptée, par son diamètre interne, au diamètre externe de la partie élargie cylindrique 24 du tube interne 14, le tube externe 16 étant soudé au tube interne 14 par sa dernière partie cylindrique 34. Comme il apparaît clairement sur la figure 1, le fluide se trouvant dans le tube interne 14 ne peut s'écouler que vers l'extérieur, dans le cas d'une soudure non étanche, sans pouvoir venir en contact avec le fluide se trouvant dans la chambre annulaire 18 et de la même façon le fluide se trouvant dans la chambre annulaire 18 ne peut s'écouler que vers l'extérieur, dans le cas d'une soudure non étanche, sans pouvoir venir en contact avec le fluide se trouvant dans le tube interne 14. Une pièce de raccordement coûteuse n'est donc absolument pas nécessaire, l'échangeur de chaleur est réalisé à partir d'éléments simples et il peut être fa- briqué dans son ensemble avec un prix de revient relative- ment bas. Dans la forme d'exécution illustrée sur les figures 3 et 4, l'échangeur de chaleur comporte un tube interne à double paroi, c'est-à-dire que le tube interne 14 est em- boîté étroitement dans un chemisage tubulaire externe 35. Si des dommages dus à la corrosion sont causés à la paroi de séparation entre les deux fluides qui doivent être stricte- ment séparés, paroi qui est composée du tube interne 14 et du chemisage 35, le fluide chemine entre le tube interne 14 et le chemisage 35, il est collecté dans la gorge longitu- dinale 36 et il sort à l'extrémité de cette gorge si bien que cette sortie de fluide peut signaler les dégâts causés et que l'on peut alors y porter remède rapidement, par exem- ple par un remplacement-de l'échangeur de chaleur. Si la gorge longitudinale 36 est réalisée par pres- sage dans le tube interne 14, l'ajutage 20 doit être égale- ment pourvu d'une gorge correspondante dans la zone de liai- son. Toutefois, il est également possible de former par pressage une gorge longitudinale 36 dans le chemisage 35. Enfin, il est également possible de prévoir plusieurs gorges longitudinales 36 au lieu d'une seule. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur coaxial comportant un tube interne et un tube externe entourant le tube interne, à dis- tance de celui-ci, en formant ainsi une chambre annulaire, un premier ajutage débouchant dans le tube interne, à son extrémité, dans la direction axiale et un second ajutage débouchant dans la chambre annulaire, à son extrémité, dans une direction sensiblement radiale, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (10) est réalisé en acier spécial, le premier ajutage (20) est soudé dans le tube interne (14) et la partie extrême du tube externe (16) est rendue conique et convergente, en dehors de la zone du second ajutage (28), par la formation de plis de sertissage (30, 32) prévus sur la face externe du tube et s'étendant en direction de l'ex- trémité (26) du tube pour atteindre le diamètre externe du tube interne (14), le tube externe (16) étant soudé au tube interne (14). 2.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube externe (16) et le tube interne (14) comportent des tronçons cylindriques (24, 34) dans la zone de leur liaison par soudure. 3.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube interne est entouré d'un chemisage tubulaire (35) et le tube interne (14) ou le chemisage tubulaire (35) est pourvu d'au moins une gorge longitudinale (36) réalisé par pres- sage. 4.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie extrême (12) du tube externe (16) est pourvue de deux plis de sertissage (30, 32) s'étendant dans la direc- tion longitudinale du tube et se trouvant en deux endroits diamétralement opposés.