Brevet FR2686408A1 — publié le 19930723

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à tubes parcourus par un fluide primaire utilisé pour le réchauffement d'un fluide secondaire tel que de l'eau de piscine ou d'eau de mer. On connaît déjà des échangeurs de chaleur et on se reportera, à titre d'exemple, aux documents FR- A-2 441 819, FR-A-2 482 717, DE-A-3 038 344, et US- A-4 739 634 Les échangeurs décrits dans ces documents sont constitués d'un corps cylindrique pourvu d'un orifice d'arrivée et d'un orifice de sortie du fluide secondaire A l'intérieur du corps, est prévu un serpentin hélicoïdal parcouru par un fluide primaire destiné à céder ses calories au fluide secondaire circulant dans le corps. Généralement, afin d'augmenter le rendement du transfert de chaleur, on fait circuler le fluide secon- daire le plus en contact possible avec le serpentin Pour cela, ce dernier est logé dans l'espace annulaire qui est formé entre la paroi interne du corps et la paroi externe d'une virole annulaire Le fluide secondaire circule donc en hélice entre deux spires du serpentin. Se posent alors des problèmes de corrosion qui, dans la majorité des cas d'utilisation, trouvent leur solu- tion, comme dans les brevets DE-A-3 038 344 et US- A-4 739 634, dans l'adoption d'écarteurs entre le corps externe et la virole. Néanmoins, compte tenu de l'utilisation particulière à laquelle les échangeurs selon l'invention sont destinés, à savoir le réchauffement d'eau de piscine et d'eau de mer, cette mesure n'est pas suffisante En effet, l'eau de piscine contient un agent oxydant, par exemple du chlore, et est donc corrosive. Le but de l'invention est donc de prévoir un échangeur de chaleur spécialement destiné au réchauf- fement d'un fluide secondaire corrosif tel que de l'eau de piscine ou de l'eau de mer. On a trouvé que l'on obtenait des résultats satisfaisants en prévoyant le corps externe dans un matériau à base de matière plastique et le tube du serpentin en titane, et en munissant le serpentin d'écarteurs entre la paroi externe de la virole et la paroi interne du corps. Un échangeur de chaleur selon l'invention est représenté à la Fig 1 en coupe longitudinale. Il comprend un corps externe 1 de forme générale cylindrique et fermé, avec étanchéité, à l'extrémité supérieure, par un couvercle 2 et, à sa base, par un socle 3 Le socle 3 est pourvu de moyens, tels que des15 trous 4 pour le passage de vis 5, qui permettent la fixation de l'échangeur sur le sol. A l'extrémité inférieure, dans la paroi cylindrique du corps 1, est prévu un manchon 6 formant orifice d'arrivée du fluide secondaire par lequel est introduit20 l'eau à réchauffer, par exemple l'eau issue d'une piscine A l'extrémité supérieure, sur la même généra- trice que le manchon 6, est prévu un manchon 7 formant orifice de sortie par lequel l'eau réchauffée dans l'échangeur retourne à la piscine.25 Le diamètre interne des manchons 6 et 7 est dimensionné de manière que l'échangeur puisse être raccordé à un circuit dans lequel le fluide secondaire puisse circuler, sans perte de charge excessive, avec des débits relativement importants, c'est-à-dire compris30 entre 5 et 20 m 3/heure, au moyen d'une pompe Ces diamè- tres sont par exemple de l'ordre de 40 mm. Le fait de pouvoir faire travailler l'échangeur sous des débits relativement élevés permet d'éviter la formation de dépôts issus de l'eau de la piscine et de son système de filtration. A l'intérieur du corps 1, coaxialement, est prévue une virole 8 constituée d'un tube cylindrique muni d'une cloison interne radiale 9. Dans l'espace annulaire entre la paroi interne du corps 1 et la paroi externe de la virole 8, est monté un serpentin 10 constitué d'un tube en hélice A son extrémité supérieure, le serpentin 10 se termine par un coude 11 traversant, avec étanchéité, le couvercle 2 et présente une entrée 12 par laquelle est introduit le fluide primaire A l'autre extrémité, le serpentin 10 forme un coude 13 prolongé par une partie rectiligne 14 traversant elle aussi le couvercle 2 avec étanchéité et débouchant, au voisinage de l'entrée 12, sur une sortie par laquelle sort le fluide primaire après avoir cédé ses calories La partie rectiligne 14 traverse également la cloison interne 9 de la virole 8. La virole 8 est fixée sur le serpentin 10 par des moyens appropriés (non représentés). A l'extrémité inférieure du corps 1, est monté un capteur de température 16 dont le signal de sortie peut servir à la commande de la circulation des fluides primaire et secondaire dans l'échangeur. Selon l'invention, le corps 1 et la virole 8 sont constitués en un matériau à base de matière plastique, renforcé ou pas, tel que du PVC ou, avantageusement, du polyester armé de fibres de verre Le serpentin 10 est en titane. On a prévu, d'une part, entre la paroi interne du corps 1 et le serpentin 10, des écarteurs 17 a se présentant sous la forme d'une bande verticale de faible largeur par rapport au diamètre du corps 1 et pourvue de logements pour chacune des spires du serpentin 10 et, d'autre part, entre la paroi externe de la virole 8 et le serpentin 10, des écarteurs 17 b se présentant sous la forme d'une bande également de faible largeur par rapport au diamètre de la virole 8 Les écarteurs 17 a et 17 b maintiennent le serpentin 10 à une distance d'environ 2 mm et du corps 1 et de la virole 8. La fonction des écarteurs 17 a et 17 b est multiple. Elle est de faciliter le montage du serpentin 10 qui se présente, une fois les écarteurs 17 a mis en place, sous la forme d'une unique pièce rigide Elle est également d'éviter les mouvements relatifs entre, d'une part, le corps 1 et la virole 8 et, d'autre part, le serpentin 10, mouvements qui sont engendrés par des vibrations de pompes et accessoires environnant l'échangeur et qui peuvent entraîner des frottements qui détériorent les éléments de l'échangeur. Elle est également de résoudre les problèmes liés à la corrosion, et ceci de deux manières D'une part, les écarteurs 17 a et 17 b créent des zones situées entre la virole 8 et le serpentin 10 et entre le corps 1 et le serpentin 10 qui sont, du point du vue de la corrosion, mortes D'autre part, en aménageant des espaces d'écoulement du fluide secondaire autour du serpentin 10, ils facilitent son écoulement et autorisent sa circulation sous des débits élevés. On notera enfin que le fait que les écarteurs 17 a présentent des logements pour chaque spire du serpentin permet de s'affranchir des écarts de diamètre d'enrou- lement de chaque spire, ces écarts étant compensés par les différences d'épaisseur que prennent, au moment du montage de l'échangeur, les écarteurs 17 a entre leur face externe et leur logement. L'eau à réchauffer s'écoule en montant dans le corps 1 (flèches A), d'une part, en hélice entre deux spires consécutives du serpentin 10 et, d'autre part, entre le serpentin 10 et le corps 1 ou la virole 8 Par contre, dans le serpentin 10, le fluide primaire s'écoule en descendant (flèches B), c'est-à-dire à contre-courant de l'eau du fluide secondaire. Le fluide primaire est, par exemple, un agent frigorifique issu d'une pompe à chaleur (non représentée) mais pourrait être aussi de la vapeur d'eau ou de l'eau chaude. REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur utilisé pour le ré- chauffement d'un fluide secondaire tel que de l'eau de piscine ou de l'eau de mer, comprenant un corps pourvu d'une entrée pour ledit fluide secondaire à réchauffer et une sortie pour ledit fluide réchauffé, une virole à l'intérieur du corps, un serpentin dans lequel circule le fluide primaire et qui est logé à l'intérieur de l'espace annulaire compris entre le corps et la virole et à l'extérieur duquel passe l'eau à réchauffer, caractérisé en ce que le corps ( 1) et la virole ( 8) sont constitués en un matériau à base de matière plastique renforcé ou non alors que le serpentin ( 10) est en titane. 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau à base de matière plastique est du polyester armé de fibres de verre. 3) Echangeur selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'entre la paroi interne du corps ( 1) et le serpentin ( 10) ainsi qu'entre la paroi externe de la virole ( 8) et le serpentin ( 10), se trouvent des écarteurs ( 17 a et 17 b). 4) Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les écarteurs ( 17 a), qui se trouvent entre la paroi interne du corps ( 1) et le serpentin ( 10), se présentent sous la forme d'une bande verticale de faible largeur par rapport au diamètre du corps ( 1) et pourvue de logements pour chacune des spires du serpentin ( 10), et en ce que les écarteurs ( 17 b), qui se trouvent entre la paroi externe de la virole ( 8) et le serpentin ( 10), se présentent sous la forme d'une bande verticale également de faible largeur par rapport au diamètre de la virole ( 8).