Brevet FR2707380A1 — publié le 19950113

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur pour fluides dits incompatibles. Par cette ex- pression. il faut comprendre des fluides qui, lorsqu'ils sont mis en présence, sont susceptibles de réagir de façon dangereuse, par exemple par inflammation, ou en- core des fluides qui, lorsqu'ils sont mélangés dans certaines conditions sont susceptibles de créer des composés toxiques. Pour permettre un échange thermique efficace, on a proposé des échangeurs thermiques comportant une cuve dont un côté est ouvert et sur lequel est bridé un col- lecteur auquel des tubes en épingle sont eux-mêmes fixés, ces tubes s'étendant dans la cuve. Dans cette réalisation connue, un premier flui- de circule dans la cuve qui peut comporter des chicanes, tandis qu'un second fluide circule dans les tubes, ce second fluide étant amené à une extrémité des tubes par une boîte collectrice et récupéré depuis l'autre extré- mité des tubes par une seconde boite collectrice. Les échangeurs connus du type rappelé ci-dessus sont satisfaisants quant aux capacités d'échange ther- mique qu'ils présentent mais il peut se produire que des fuites adviennent, en particulier au niveau des pieds de tubes engages dans le collecteur fermant la cuve dans laquelle circule le premier fluide. Les fuites peuvent aussi être produites par percement des tubes à paroi mince, généralement de l'ordre de 6 à 8/10e de mm. L'invention crée un nouvel échangeur de chaleur rendant impossible toute communication entre les deux fluides, toutes fuites éventuelles ne pouvant se pro- duire que vers l'extérieur de l'échangeur sans que les deux fluides puissent jamais être mis en contact l'un avec l'autre. Conformément à l'invention, l'échangeur annu- laire de sécurité pour fluides incompatibles est carac- térisé en ce qu'il comporte un corps creux fermé à une extrémité par un fond, ce corps contenant une bouteille formée par un fourreau fermé par un fond, ledit fourreau étant engagé dans ledit corps creux qui présente une surface d'appui pour une bride du fourreau à l'intérieur duquel un premier fluide est amené à circuler par un couvercle distributeur tandis qu'un second fluide est amené à circuler à l'extérieur du fourreau entre des canaux d'entrée et de sortie faisant partie du corps creux. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'in- vention sont représentés, à titre d'exemples non li- mitatifs, au dessin annexé. La figure unique est une coupe-élévation de l'échangeur de chaleur, objet de l'invention. L'échangeur illustré au dessin comporte un corps, ou enveloppe, 1 réalisé par moulage en métal, par exemple en aluminium ou alliage de ce métal, en "Inconel" ou encore par usinage, soit en alliage léger, soit en acier inoxydable, titane ou autre métal approprié à l'utilisation envisagée. Le corps 1 délimite une enveloppe 2 de forme générale cylindrique fermée à une extrémité par un fond 3 formé d'une pièce avec l'enveloppe 2. Le corps 1 délimite intérieurement une paroi cy- lindrique 4 présentant à ses extrémités des évidements distributeur et collecteur 5 et 6- L'évidement 6 est an- nulaire tandis que l'évidement 5 peut ne s'étendre que sur une fraction de la périphérie de la paroi cylindri- que 4. Les évidements 5 et 6 communiquent respective- ment avec un canal d'entrée 7 et un canal de sortie 8 destinés à être reliés à des raccords menant à des ca- nalisations d'amenée et d'évacuation non représentées. Dans la réalisation représentée, le corps 1 est muni d'un flasque de fixation 9 destiné à être monté sur un support non représenté pouvant être quelconque. Le corps 1 pourrait, sans sortir du cadre de l'invention, faire partie intégrante d'un carter de mo- teur ou d'un autre dispositif analogue. L'extrémité du corps 1 qui est opposée au fond 3 délimite une surface d'appui 10 pour une bride 11 formée à une extrémité d'un fourreau 12 fermé par un fond 13 en constituant une bouteile étanche. Le fourreau, la bride 11il et le fond 13 sont constitués en une seule pièce, de préférence en alliage léger, réalisés par un procédé d'usinage faisant que la paroi du fourreau est relati- vement épaisse, par exemple de l'ordre de 2 à 3 mm. Le procédé d'usinage choisi pour la réalisation du fourreau 12 du fond 13 et de la bride 11 est choisi parmi ceux faisant qu'aucune crique ne puisse exister dans la paroi de séparation de fluide qui constitue l'ensemble en forme de bouteille ci-dessus qui comprend ledit fourreau 12, ledit fond 13 et ladite bride 11. L'usinage d'une pièce massive constitue un mode de réalisation approprié de même qu'une réalisation par laminage du fourreau et soudure du fond. Un procédé de repoussage ou de forgeage peut aussi être utilisé. Un joint 14, par exemple de forme torique, est interposé entre la bride 11 et la surface d'appui 10 du corps 1. Comme l'illustre le dessin, les dimensions respectives du fourreau 12 et du corps 1 sont choisies pour qu'un intervalle 15 existe entre la paroi interne du fond 13 et la paroi externe du fond 13 ainsi qu'entre la paroi externe du fourreau 12 et la paroi interne de l'enveloppe 2 du corps 1. Des dissipateurs 16, par exemple constitués par une bande ondulée, par des ailettes, des picots ou d'autres éléments analogues, font saillie de la paroi interne du fourreau et, de même, des dissipateurs 17 font saillie de la paroi externe dudit fourreau 12 pour s'étendre sur toute la longueur utile de celui-ci. Lorsque les dissipateurs 16 et 17 sont consti- tués par des bandes ondulées, bien connues dans la technique des échangeurs de chaleur, ils sont reliés au fourreau 12, par exemple par brasage. Lorsqu'ils sont constitués par des ailettes, ou par des doigts, ils sont réalisés par usinage, par exemple par fraisage dans un centre d'usinage assurant la fabrication de la paroi de séparation de fluides formée en partie par le fourreau 12 et le fond 13. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant le fourreau 12 et les dissipateurs par fonderie. Les dissipateurs 17 sont entourés par une viro- le 18 qui peut être métallique ou éventuellement en ma- tière synthétique et qui s'étend sur toute la longueur utile desdits dissipateurs 17 tout en ménageant un es- pace annulaire libre avec la paroi interne de la bride 11, d'une part, et avec la paroi interne du fond 13 du corps 1, d'autre part. Un joint d'étanchéité 19 est de préférence in- terposé entre la virole 18 et la paroi cylindrique 4 de l'enveloppe 2, ce joint pouvant n'assurer qu'une étan- chéité relative. De façon analogue à ce qui est décrit ci-dessus en ce qui concerne les dissipateurs 17, une seconde virole 20 est engagée à l'intérieur des dissipateurs 16. La seconde virole 20 s'étend sur toute la longueur utile des dissipateurs 16 et elle est supportée dans un décol- letage 21 d'un couvercle distributeur 22 appliqué contre la paroi externe de la bride 11 décrite dans ce qui pré- cède. Un joint d'étanchéité 23 est interposé entre le couvercle distributeur 22 et la bride 11 et des moyens de fixation et de serrage 24, par exemple des vis ou des boulons, assurent la fixation du couvercle distributeur 22 sur la bride 11 et la fixation de cette dernière sur le corps 1. Le couvercle distributeur 22 délimite un conduit d'entrée 25, de préférence coaxial, au fourreau 12 et un collecteur annulaire 26 communiquant avec l'espace an- nulaire 27 délimité entre la seconde virole 20 et la paroi interne du fourreau 12. Le collecteur 26 mène à un conduit de sortie 28. L'échangeur décrit ci-dessus est destiné essen- tiellement à permettre l'échange thermique entre des fluides incompatibles, c'est-à-dire entre des fluides ne devant en aucun cas pouvoir être amenés en contact l'un avec l'autre comme cela peut être le cas entre un com- bustible, par exemple du kérosène et de l'huile de lu- brification de parties d'un moteur lorsque ces deux fluides se trouvent à des températures très différentes, l'huile devant par exemple être refroidie par le combustible amené au moteur. Le premier fluide par exemple le combustible est amené dans l'échangeur par le conduit d'entrée 25 suivant la flèche fl; il est ensuite conduit à passer dans l'espace 27 délimité entre la seconde virole 20 et la surface externe du fourreau 12 et contenant les dis- sipateurs 16. Ce premier fluide est ainsi amené au collecteur annulaire 26 puis au conduit de sortie 28. Le second fluide, par exemple un lubrifiant, est amené suivant la flèche f2 au canal d'entrée 7 qui le dirige vers l'évidement annulaire 6 constituant un dis- tributeur qui répartit ce fluide pour être conduit à l'intérieur de la virole 18 en circulant ainsi à l'ex- térieur du fourreau 12 le long des dissipateurs que porte ce fourreau. L'espace 15 séparant le fond 13 du fourreau 12 du fond 3 du corps 1 forme collecteur pour ce second fluide qui est ainsi amené vers l'évidement 5 puis dans le canal de sortie 8. Ce qui précède montre qu'aucun passage ne peut exister entre les circuits des premier et-second flui- des. Si une fuite existait, celle-ci ne pourrait se produire qu'entre la bride 11 et la surface d'appui 10 du corps 1 en cas de défaut du joint 14 mais, dans ce cas, le second fluide serait conduit vers l'extérieur sans pouvoir rejoindre une partie du circuit parcouru par le premier fluide. D'une facon analogue, une fuite dans le circuit du premier fluide ne pourrait se produire qu'entre l'ex- térieur de la bride 11 et le joint 23 du couvercle dis- tributeur 22. Dans ce cas, cette fuite éventuelle qui serait due à un défaut du joint 23 ne pourrait conduire le premier fluide que vers l'extérieur sans que ce pre- mier fluide puisse en aucun cas venir dans le circuit du second fluide. Dans l'exemple décrit, la circulation des deux fluides s'effectue à contre courant. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en établissant un autre mode de circulation pour des moyens habituels à la technique. Il est possible en particulier d'établir des cloisons aux extrémités de certains dissipateurs pour établir une circulation en zigzag de l'un et/ou l'autre des deux fluides. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la virole 18 qui a été décrite comme étant portée par les dissipateurs 16 peut être fixée à la paroi interne de l'enveloppe 2 mais, dans ce cas, elle est prévue pour que les dissi- pateurs puissent éventuellement être déplacés par rap- port à sa paroi interne afin d'éliminer tous risques de contraintes dues à des dilatations différentielles. De même, la seconde virole 20 est prévue pour pouvoir coulisser par rapport aux dissipateurs 16 ou si elle est rendue solidaire de ceux-ci pour pouvoir être déplacée par rapport au décolletage 21, ceci afin éga- lement d'éviter des contraintes pouvant prendre nais- sance du fait de dilatations différentielles. De même, le fourreau 12 ainsi que la paroi 4 du corps 1 qui cons- tituent les parties essentielles des parois de sépara- tion des fluides, peuvent ne pas être cylindriques mais présenter une forme polygonale, par exemple carrée, ou encore une forme en arc de cercle. De cette manière, il est possible d'augmenter la surface d'échange utile sans augmenter de façon appréciable, l'encombrement de l'é- changeur et de l'adapter à la forme des dispositifs qui doivent le recevoir. REVENDICATIONS 1. Echangeur annulaire de sécurité pour fluides incompatibles, caractérisé en ce qu'il comporte un corps creux (1) fermé à une extrémité par un fond (3), ce corps contenant une bouteille formée par un fourreau (12) fermé par un fond (13), ledit fourreau (12) étant engagé dans ledit corps creux (1) qui présente une sur- face d'appui (10) pour une bride (11) du fourreau à l'intérieur duquel un premier fluide est amené à circu- ler par un couvercle distributeur (22) tandis qu'un second fluide est amené à circuler à l'extérieur du fourreau entre des canaux d'entrée et de sortie (7, 8) faisant partie du corps creux. 2. Echangeur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le fourreau (12), son fond (13) et sa bride (11) délimitant une bouteille étanche constituent une paroi de séparation entre le premier et le second fluide. 3. Echangeur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le fourreau (12), son fond (13) et sa bride (11) sont fabriqués en une seule pièce. 4. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par des dissipateurs (16, 17) s'éten- dant sur les parois interne et externe du fourreau (12). 5. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fourreau (12) présente une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 mm. 6. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par une virole (18) entourant des dis- sipateurs (17) disposés sur la paroi externe du fourreau (12), ladite virole ouvrant dans un évidement (6) du corps (1) et dans un intervalle (15) séparant le four- reau (12) et son fond (13) de la paroi interne du corps (1), ledit intervalle (15) ouvrant dans un canal de sor- tie (8) du second fluide. 7. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la virole (18) est déplaça- ble, soit par rapport à la paroi interne du corps (1), soit par rapport aux dissipateurs (17) de la paroi ex- terne du fourreau (12). 8. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des dissipateurs (16) portés par la paroi interne du fourreau (12) entourent une seconde virole (20) reliée à un couvercle distributeur (22) serré contre la bride (11) du fourreau (12) et délimitant un conduit d'entrée (25) amenant le premier fluide à l'intérieur de la seconde virole (20), ledit second fluide étant conduit à l'extérieur de ladite seconde virole à un collecteur annulaire formé à l'intérieur du couvercle distributeur (22) et menant à un conduit de sortie (28) d'un couvercle. 9. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par des joints d'étanchéité (14, 23) interposés respectivement entre la surface d'appui (10) du corps (1) et la bride (11) du fourreau (12), d'une part, et ladite bride (11) et le couvercle distributeur (22), d'autre part. 10. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la paroi interne du corps (1) et le fourreau (12) sont indifféremment de section circulaire polygonale ou en arc de cercle. 11. Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la circulation des fluides est indifféremment réalisée à contre-courant parallèlement et/ou en zigzag.