Brevet FR2543283A1 — publié le 19840928

Echangeur de chaleur à faisceau de tubes comportant des plaques tubulaires en matière synthétique. La présente invention concerné un échangeur de chaleur à faisceau de tubes qui comporte des plaques tubu- laires en matière synthétique à l'intérieur desquelles est éventuellement mise en place une plaque métallique et dans lesquelles les tubes sont montés dans des trous présentant un changement de section graduel et sont chacun logés de manière étanche à l'aide d'une garniture d'étanchéité entourant le tube et qui se trouve soumise à un effort exercé par une douille filetée vissée dans la partie plus large du trou. Il y a une quinzaine d'années on a déjà cherché à permettre aux échangeurs de chaleur à faisceau de tubes connus, réalisés en métal, d'être fabriqués en verre. Jusque-là les seuls échangeurs de chaleur fabriqués en verre étaient ceux du type serpentin A cet égard il se présentait cependant diverses difficultés Ainsi des pla- ques tubulaires en verre ne peuvent être fabriquées que moyennant des dépenses importantes En outre, le fait de relier les tubes en verre aux plaques tubulaires en verre est une opération très coûteuse car il n'est pas possible d'engager les tubes en verre dans de telles plaques par laminage, les tubes et les plaques devant au contraire être réunis par fusion Il va sans dire qu'un tel mode de réali- sation se prête très mal à des réparations. C'est pourquoi on s'est mis à fabriquer les plaques tubulaires dans des matières synthétiques chimiquement résistantes, comme par exemple le polytétrafluoréthylène (PTFE), une plaque métallique étant éventuellement incorpo- rée dans la matière synthétique afin de contrarier un fluage indésirable de la matière synthétique A cet égard il se posait des problèmes particuliers en ce qui concerne l'étanchéification des tubes en verre par rapport aux plaques tubulaires en matière synthétique Cette étanchéi- fication se réalise à l'heure actuelle habituellement au moyen de dispositifs du genre presse-étoupe, tels qu'ils sont décrits plus en détail ci-dessous. Comme garnitures d'étanchéité sont à cet égard utilisées des bagues toriques, lesquelles se composent généralement d'un noyau élastique muni d'une gaine en matière résistante recouvrant ce dernier partiellement ou entièrement, des bagues élastiques cylindriques ou des garnitures en graphite, en amiante ou en PTFE non fritté. Tous ces joints d'étanchéité présentent des inconvénients dans la mesure o, du fait que l'élasticité va en diminuant au cours du fonctionnement et/ou par suite de processus de fluage dans la matière constitutive des plaques tubulaires, ils occasionnent parfois des fuites fâcheuses Il en est notamment ainsi lorsque les échangeurs de chaleur sont utilisés à des températures plus ou moins élevées auxquelles les efforts font l'objet de variations par suite de différences de coefficient de dilatation entre les différentes matières constitutives Ce problème ne peut pas être entièrement résolu même par l'utilisation de plaques tubulaires dans lesquelles est mise en place une plaque métallique. La présente invention a pour but, en ce qui concerne un échangeur de chaleur à faisceau de tubes du genre décrit plus haut, d'assurer une parfaite étanchéité entre les tubes et les plaques tubulaires réalisées en matière synthétique. Ce but est atteint selon l'invention, pour un échangeur de chaleur à faisceau de tubes comportant des plaques tubulaires en matière synthétique à l'intérieur desquelles est éventuellement mise en place une plaque métallique et dans lesquelles les tubes sont disposés dans des trous présentant un changement de section graduel et sont chacun logés de manière étanche à l'aide d'une garniture d'étanchéité entourant le tube et qui se trouve soumise à un effort par une douille filetée vissée dans la partie plus large du trou, par le fait que la garniture d'étanchéité est constituée par une bague de serrage en matière synthétique présentant un passage cylindrique et dont les deux côtés frontaux s'étendent coniquement de façon à déterminer une section pointue. De manière surprenante il s'est avéré qu'en cas d'utilisation d'une bague de serrage selon l'invention la matière constitutive des plaques tubulaires a moins tendance à occasionner des processus de fluage, notamment en ce qui concerne des processus de fluage radiaux, qui sont responsables en particulier des fuites mentionnées pour les modes de réalisation connus Dans le cas des modes de réalisation connus la garniture d'étanchéité est soumise à une pression de façon qu'elle se trouve écrasée dans son ensemble, ce qui a pour effet de produire des efforts agissant radialement. La présente invention revêt un intérêt particulier lorsque les tubes de l'échangeur de chaleur sont en verre ou en céramique puisque dans le cas d'échangeurs de chaleur en métal les plaques tubulaires sont le plus souvent elles aussi en métal et que des liaisons métalliques sont beaucoup plus faciles à réaliser Le fait que les tubes de l'échangeur de chaleur soient en métal rentre cependant également tout à fait dans le cadre de l'invention. En tant que matière constitutive des plaques tubulaires peuvent être utilisées notamment des matières synthétiques hautement résistantes comme par exemple le PTFE Pour la bague de serrage sont utilisées des matières analogues. Dans une forme de réalisation préférée les deux côtés frontaux de la bague de serrage s'étendent de façon à faire un même angle avec l'axe de celle-ci Il est en outre préféré que la surface extérieure de la bague de serrage soit cylindrique. Des conditions favorables du point de vue des efforts exercés sont obtenues lorsque le changement de section graduel du trou et/ou le côté frontal de la douille filetée situé en regard de la bague de serrage s'étendent parallèlement' au côté frontal avoisinant de la bague de serrage. Dans une forme de réalisation préférée la face extérieure de la bague de serrage se trouve à une certaine distance de la paroi du trou qui l'entoure On évite ainsi que les plaques tubulaires ne subissent des efforts radiaux lorsque la bague d'étanchéité est comprimée lors du montage. Les plaques tubulaires sont généralement cylindri- ques, bien que ceci ne soit pas absolument nécessaire Dans le cas de plaques tubulaires cylindriques il convient de monter sur leur surface cylindrique une bague métallique qui s'oppose aux processus de fluage de la matière consti- tutive de la plaque cylindrique. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe partielle d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes selon l'invention, la partie gauche étant représentée à l'état monté et la partie droite en vue éclatée, et la figure 2 est une coupe, à plus petite échelle, de la plaque tubulaire représentée en partie seulement sur la figure 1. La figure i montre en détail une plaque tubulaire 1 avec un trou destiné à recevoir un tube 5 en verre Le trou comporte une partie relativement étroite 2 et une partie plus large 4, la zone de transition s'étendant coniquement sous un angle ÈC 1 Sur le tube en verre 5 est montée une bague de serrage 6 qui est chanfreinée en bas sous un angle i J, et en haut sous un angle p 2 La partie plus large 4 du trou présente un taraudage 3 dans lequel est vissée une douille filetée 7 dont le c 6 té frontal situé en regard de la bague de serrage 6 est conique de telle sorte qu'il fait un angle o C 2 avec l'axe de la douille filetée 7 La figure fait ressortir que les angles OC 1 et 1 de l'autre, alors que les angles O C 2 et /32 sont égaux. La plaque tubulaire 1, la bague de serrage 6 et la douille filetée 7 sont toutes en PTFE. Pour monter un tube 5 en verre dans une plaque tubulaire 1 une bague de serrage 6 est d'abord glissée sur le tube en verre, après quoi celui-ci est introduit dans le trou 2, 4 Puis une douille filetée 7 est placée pardessus cet ensemble et serrée à bloc. Suivant la figure 2 la plaque tubulaire 1 est en- tourée par une bague métallique 8 qui s'oppose à un fluage de la matière constitutive de la plaque tubulaire 1. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes comportant des plaques tubulaires en matière synthétique à l'intérieur desquelles est éventuellement mise en place une plaque métallique et dans lesquelles les tubes sont disposés dans des trous présentant une zone de changement de section graduel et sont chacun logés de manière étanche à l'aide d'une garniture d'étanchéité entourant le tube et qui se trouve soumise à un effort par une douille filetée vissée dans la partie plus large du trou, caractérisé en ce que la garniture d'étanchéité est constituée par une bague de serrage ( 6) en matière synthétique présentant un passage cylindrique et dont les deux côtés frontaux s'étendent coniquement de façon à déterminer une section pointue. 2 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux côtés frontaux de la bague de serrage ( 6) font un même angle avec l'axe de celle-ci. 3 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que-la surface extérieure de la bague de serrage ( 6) est cylindrique. 4 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que la zone de changement de section graduel du trou ( 2,4) et/ou le côté frontal de la douille filetée ( 7) situé en regard de la bague de serrage ( 6) s'étendent respectivement parallèlement au côté frontal avoisinant de la bague de serrage ( 6). Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que la surface extérieure de la bague de serrage ( 6) se trouve à une certaine distance de la paroi de la partie plus large ( 4) du trou. 6 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques tubulaires ( 1) sont cylindriques et portent sur leur surface cylindrique une bague métallique ( 8).