Brevet FR2816700A1 — publié le 20020517

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comportant une enveloppe externe en tube plastique et des dispositifs de raccordement des extrémités par deux demi-colliers assurant les rôles de fixation et d'étanchéité entre les deux circuits. On connaît déjà des échangeurs de chaleur coaxiaux ou multitubulaires destinés aux installations de chauffage, de refroidissement et aux pompes à chaleur. Ces échangeurs réalisés à l'aide de tubes cuivre ou acier présentent un certain nombre d'inconvénients comme la non-résistance au gel et à la corrosion. Certaines conceptions avec des tubes en titane permettent de résister à la corrosion, mais présentent l'inconvénient d'être très coûteux dans leur réalisation. Les échangeurs métalliques présentent par ailleurs l'inconvénient de conduire le courant et d'ioniser des particules métalliques, les rendant nocives en aquaculture par exemple. On connaît également des échangeurs avec enveloppe externe plastique comme ceux décrits dans le brevet français de Jacques BERNIER NO9803546 du 23/03/98 destinés à des tubes plastifiés extérieurement. Ces échangeurs conduisent à des raccords coûteux et volumineux. C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir un échangeur de chaleur ne présentant pas les défauts des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir un échangeur constitué de tubes coaxiaux et de colliers de prise serrant à la fois le tube extérieur et le bouchon de fixation du tube intérieur. L'intérêt du procédé permet en outre : - De ne pas être volumineux - De résister au gel - D'être adapté aux pompes à chaleur tant pour la fabrication du condenseur que de l'évaporateur. - D'être adapté au chauffage ou au refroidissement de l'eau des bassins aquacoles ou des piscines. - De ne pas être coûteux dans sa réalisation. L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention comportant un échangeur de type coaxial. 'La figure 2 représente le détail d'une des extrémités de raccordement des tubes de l'échangeur selon une version de l'invention. * La figure 3 est représente une vue en coupe de la figure 2. * La figure 4 est une version du bouchon d'extrémité. * La figure 5 est une variante où les bouchons d'extrémités comportent un raccord mécanique. * La figure 6 est une vue en coupe de l'un des tubes internes constituant l'échangeur. 'La figure 7 est une variante de l'invention destinée aux échangeurs avec fluide corrosif extérieur * La figure 8 représente l'intégration de l'invention dans une pompe à chaleur. Une installation selon l'invention figure 1 comporte une enveloppe extérieure (14) telle un tube plastique cylindrique enroulé en forme de serpentin et comportant à ses deux extrémités deux demi-colliers plastiques ou métalliques (16,20), enserrant le tube (14). A l'intérieur du tube (14) sont placés un ou plusieurs tubes (151, 152,... 15n) où circule un fluide pénétrant dans ces tubes par l'entrée (E1) et répartis par le collecteur (10). La sortie du fluide, après échange s'effectue en (S1) par le collecteur (13). Le demi-collier (20) comporte le raccord d'entrée (171) du deuxième fluide destiné à assurer l'échange thermique avec le premier fluide. Le deuxième fluide circule dans l'espace situé entre les tubes (151, 152,... 15n) et le tube (14), puis ressort par le raccord (172) en (S2) par l'autre demi collier (20). L'étanchéité de la sortie des tubes (151, 152,... 15n) est réalisée par brasure ou raccord à olive sur un bouchon (21). L'étanchéité du bouchon (21) sur le tube (14) est simplement assurée par le serrage des deux demi colliers entre eux (16) et (20) qui écrasent le tube (14) sur le bouchon d'extrémité (21). Les tubes (151, 152,... 15n) sont constitués par des tubes métalliques (en cuivre par exemple), plastiques ou métalliques plastifiés extérieurement. Ces tubes peuvent également comporter des turbulateurs ou rainurages internes et ou externes. Les figures 2 et 3 représentent le détail d'une des extrémités de raccordement des tubes de l'échangeur, dans une forme de réalisation. Les deux demi colliers (16) et (20) enserrent le tube (14) grâce au serrage effectué par les 2 boulons avants (181, 182) et les 2 boulons arrières (183,184). Le tube (14) est percé à l'entrée (E2) et l'étanchéité entre le tube (14) et le demi raccord (20) est assurée par le joint tonque (19). Dans cette représentation, le tube (151) est métallique et brasé sur le bouchon (21) par le cordon de brasure (22). Le bouchon (21) est réalisé en laiton par exemple. Les deux demi colliers (16,20) déforment le tube plastique (14), l'étanchéité est assurée grâce à la souplesse du tube (14) ou par l'adjonction de"Téflon"ou autre entre le tube (14) et le bouchon (21). La figure 4 représente une autre réalisation du bouchon d'extrémité (21). Celui ci comporte des cannelures circulaires (37) destinées à assurer l'étanchéité sur le tube plastique (14) non représenté qui arrive en butée sur la face (36) du bouchon. Le ou les tubes métalliques intérieurs de l'échangeur (151, 152,... 15n) traversent le bouchon par le ou les trous (38), les tubes sont ensuite brasés sur la face (39) du bouchon. Un joint torique (non représenté) pourra éventuellement être installé dans une gorge remplaçant une des cannelures (37), afin d'améliorer l'étanchéité. La figure 5 représente, dans une forme de réalisation, une vue en coupe des extrémités de l'échangeur dans laquelle le tube intérieur (15) est unique et son étanchéité est assurée par un raccord mécanique à olive composé d'un joint conique (23) en"Téflon"ou métallique, d'un écrou (24) qui se visse sur le bouchon d'extrémité (25) ; lors du serrage de l'écrou (24), le joint conique (23) se déforme et assure ainsi l'étanchéité. Dans cette version, les deux demi-colliers (16,20) jouent le même rôle que sur les figures 2 et 3. La figure 6 représente, dans une forme de réalisation, une vue en coupe des tubes (151, 152,... 15n) des figures 1,2, 3 ou 5 ou 7. Ces tubes sont constitués par une âme métallique (31), en cuivre par exemple, sur laquelle est extrudée une fine couche de plastique (30) tel du polyéthylène ou du polychlorure de vinyle par exemple. Le fluide 1 circulant à l'intérieur des tubes est bien sûr compatible avec le matériau (31). De même, le fluide 2 circulant à contre courant à l'extérieur des tubes est compatible avec le matériau plastique (30) et le tube (14). La figure (7) est une variante de réalisation de l'échangeur, destinée aux installations avec fluides corrosifs. Dans cette forme de réalisation, l'étanchéité du passage de l'ensemble des tubes intérieurs (151, 152,... 15n) et celles sur le tube (14) sont assurées comme sur les figures 2,3 ou 5.. Dans la version brasée représentée, le revêtement plastique (30) des tubes (151) est arrêté au niveau du bouchon d'extrémité (33) afin de permettre la brasure (32) du tube (151) sur le bouchon (33). Le coulage d'une résine (34) permet d'assurer la protection contre la corrosion du bouchon d'extrémité (33) et de la jonction par brasure du tube intérieur (151) sur le bouchon (33). 11 convient de noter que si la pression du circuit externe n'est pas très élevée, la brasure (32) peut être supprimée, l'étanchéité du passage des tubes (151, 152,... 15n) dans les bouchons d'extrémité étant alors uniquement assurée par la résine (34) (non représenté). On notera que le passage du ou des tubes (151, 152,... 15n) pourra comporter un ou des raccords mécaniques tel représenté figure 5, ce qui permettra de ne pas arrêter le revêtement plastique (30) au niveau du bouchon (33), le joint du raccord mécanique assurant l'étanchéité sur le revêtement (30) au lieu de directement sur le ou les tube (151, 152,... 15n). La figure 8 est un exemple d'utilisation de l'invention dans une installation de pompe à chaleur et assure dans cet exemple la fonction de condenseur. Les vapeurs de fluide frigorigène pénètrent par le collecteur (10) dans l'échangeur condenseur et se condensent à l'intérieur des tubes, en cédant de la chaleur au fluide circulant à contre courant entre E2 et S2 ; Le liquide formé est recueilli en (13) avant d'être envoyé dans la réserve de liquide (45). Le liquide est détendu par le détendeur (47) avant de se vaporiser dans l'évaporateur (46), qui prélève la chaleur au milieu extérieur. Les vapeurs formées sont aspirées par le compresseur (40) qui les comprime vers (10) afin de former un nouveau cycle. L'évaporateur (46) pourra également être fabriqué selon l'invention. Le fluide circulant à l'intérieur des tubes (151, 152,... 15n), est dans ces cas un fluide frigorigène à changement de phase. La présente invention est d'une manière générale applicable à tous les systèmes d'échange thermique entre deux fluides. En version évaporateur, en cas de gel du fluide 2 circulant dans l'évaporateur, l'enveloppe du tube plastique (14) se dilate évitant ainsi une détérioration de l'échangeur. Une application particulièrement intéressante est l'utilisation en condenseur et en évaporateur des pompes à chaleur ou des climatiseurs et centrales d'eau glacée. L'échangeur peut être utilisé aussi bien en échangeur de pompe à chaleur qu'en échangeur thermique avec un circuit de chaudière ou pour le chauffage de l'eau des piscines. La présence de plastique côté fluide corrosif permet de nombreuses autres applications tant dans le domaine de l'aquaculture que pour les condenseurs à eau de mer. Le dispositif trouve aussi son application dans l'industrie chimique. D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes d'échange thermique entre deux fluides et aussi partout où des risques de gel ou de corrosion permanentes ou temporaires sont à craindre. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe externe en tube plastique (14), ainsi que des dispositifs de raccordement des extrémités comportant chacun deux demi-colliers (16,20) assurant l'étanchéité du tube externe (14) et des bouchons d'extrémité (21,25, 33). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité du circuit extérieur à l'extrémité de l'échangeur est réalisée par écrasement du tube extérieur (14) sur le bouchon d'extrémité (21) par le serrage des boulons (181, 182,183, 184) des demi-colliers (16,20). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité du circuit extérieur côté raccordement (E2) est assurée par un joint torique (19) placé entre le demi-collier (20) et le tube (14) 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les tubes intérieurs (151, 152,. 15n,) sont brasés, noyés par un anneau de résine (34) ou utilisent un raccord mécanique (23,24) pour leur étanchéité sur les bouchons (21, 25,33). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les tubes intérieurs (151, 152,... 15n,) de l'échangeur sont en métal, en plastique, ou métalliques avec revêtement plastique extrudé (30). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (14) est en plastique déformable. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bouchons d'extrémité (21,25, 33) comportent des cannelures circulaires (37) et ou un joint torique pour l'étanchéité sur le tube (14). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide circulant à l'intérieur du ou des tubes (151, 152,.. 15n,), est un fluide frigorigène à changement de phase. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux demi-colliers (16,20) sont en plastique.