Echangeur de chaleur La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur.
Dans le brevet Np 352755, on a décrit une torche de soudure comprenant une électrode pour la sou dure à l'arc, par exemple en tungstène, disposée dans une pièce tubulaire et dont la pointe est en re gard d'une ouverture ménagée dans la paroi latérale de ladite pièce, un corps dans lequel ladite pièce tubulaire est montée, des moyens pour disposer la dite pièce tubulaire et l'électrode de soudure co- axialement dans un tube à souder, et une connexion d'amenée d'un gaz inerte dans la pièce tubulaire, ce gaz étant de préférence de l'argon.
Cette torche permet de fixer des tubes de faible diamètre et présentant un pas étroit sur le collecteur d'un échangeur de chaleur par une soudure interne de ces tubes à des tronçons tubulaires préalablement soudés au collecteur ou à des anneaux cylindriques formés dans la surface du collecteur en taillant des rainures autour des ouvertures ménagées dans la paroi du collecteur.
La technique de soudure des tubes de faible dia mètre et présentant un pas étroit à une paroi de col lecteur, rendue possible par cette torche, peut être utilisée pour fabriquer les échangeurs de chaleur en visagés ici.
L'échangeur de chaleur faisant l'objet de la pré sente invention est caractérisé en ce qu'il comprend des collecteurs tubulaires connectés entre eux par au moins une série de tubes de faible diamètre sou dés par leurs extrémités, depuis l'intérieur, à des tronçons tubulaires que présentent les collecteurs, lesdits tronçons tubulaires présentant un pas non supérieur à 1,5 fois le diamètre extérieur desdits tubes.
Si les tubes doivent être soudés directement à la paroi d'un collecteur, celle-ci peut être préparée en formant des anneaux cylindriques d'une épaisseur pratiquement identique à celle des parois des tubes et obtenus en taillant une rainure annulaire autour des ouvertures de la paroi du collecteur. Cette opé ration peut être nécessaire pour éviter une surchauffe des parois relativement minces des tubes et un en dommagement de la matière constituant la paroi rela tivement épaisse du collecteur quand on atteint la température de soudure.
Si les tubes doivent être soudés à des tronçons tubulaires s'étendant depuis la paroi du collecteur, ces tronçons sont de préférence fixés au collecteur par soudure sur la surface extérieure du collecteur autour d'ouvertures de même diamètre que le dia mètre intérieur des tubes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'échangeur de cha leur objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des coupes partielles d'une première et d'une seconde forme d'exécution respec tivement.
La fig. 3 est une coupe d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe selon IV-IV de la fig. 3. Les fig. 5, 6, 7, 8 et 9 sont respectivement des coupes d'une quatrième, cinquième, sixième, sep tième et huitième forme d'exécution.
La fig. 10 est une coupe selon X-X de la fig. 9. La fig. 1 montre comment est soudé intérieure ment un tube 100 sur un tronçon de tube 120 s'éten dant depuis la paroi d'un collecteur 102. Le tronçon 120 est soudé à la paroi autour d'une ouverture 124 de cette paroi présentant un diamètre égal au dia mètre intérieur du tronçon 120.
L'extrémité du tronçon 120 qui doit être soudée à la paroi du collecteur est biseautée extérieurement et la soudure est effectuée avec un métal d'apport et une technique de soudure extérieure connue. Le tronçon 120 peut avoir 32 mm de longueur.
Le tube 100 est soudé à l'extrémité extérieure du tronçon 120 à l'aide de la torche décrite dans le brevet No 352755. Avant d'insérer la torche dans l'ouverture 124 de la paroi du collecteur 102, il peut être nécessaire d'éliminer le bourrelet produit par la soudure du tronçon 120 sur ladite paroi. Cela peut être fait à l'aide d'une fraise d'une dimension légèrement supérieure au diamètre intérieur du tron çon et au diamètre de l'ouverture.
La fig. 2 montre une forme d'exécution dans la quelle les tronçons tubulaires sont formés autour des ouvertures de la paroi du collecteur par formation de rainures annulaires 122. Celles-ci sont concentriques aux ouvertures 124 et laissent subsister des anneaux cylindriques 126 de même épaisseur que les parois des tubes 100. Si les tubes 100 ont un diamètre in térieur de 9,5 mm et une épaisseur de paroi de 1,6 mm, les rainures 122 peuvent avoir une largeur de 1,6 mm et une profondeur de 9,5 mm, bien qu'on puisse obtenir des résultats satisfaisants avec une profondeur de 1,6 mm. Les fonds des rainures sont arrondis pour éviter des tensions dangereuses et le rayon de courbure peut être égal à la largeur des rainures.
L'échangeur représenté aux fig. 3 et 4 comprend une série de tubes en U 100 disposés entre un col lecteur d'entrée 102 et un collecteur de sortie 104. Les collecteurs 102 et 104 sont parallèles l'un à l'autre et sont placés horizontalement dans la partie inférieure d'une enveloppe cylindrique 106.
L'enveloppe 106 comprend une conduite d'entrée 108 et une conduite de sortie<B>110.</B>
Les collecteurs 102 et 104 sont fixés intérieure ment à l'enveloppe 106 au moyen de connexions d'entrée 112 et de sortie 114.
Les tubes 100 peuvent avoir un diamètre inté rieur de 9,5 mm, une épaisseur de paroi de 1,6 mm et être répartis avec un pas de 19 mm.
Cet échangeur peut être fabriqué en soudant les tubes 100 à des tronçons tubulaires préalablement soudés aux collecteurs 102 et 104 de manière à for mer un ensemble de tubes complet qui est inséré dans l'enveloppe 106 avant de mettre en place l'ex trémité inférieure de celle-ci. Ce procédé de fabrica tion peut être simplifié en disposant les connexions d'entrée et de sortie 112 et 114 parallèlement l'une à l'autre, et non comme représenté à la fig. 3.
Quatre portes d'accès 116 sont ménagées dans l'enveloppe et sont alignées avec quatre couvercles amovibles 118 placés sur les extrémités des collec teurs 102 et 104. En retirant les portes d'accès 116 et les couvercles 118, on peut accéder à l'intérieur des collecteurs 102 et 104 pour l'inspection et, si nécessaire, pour boucher des tubes défectueux.
Dans un échangeur destiné à supporter une pres sion de 140 kg/cm2, les collecteurs 102 et 104 peuvent présenter une longueur de 122 cm, un dia- mètre intérieur de 305 mm et une épaisseur de paroi d'environ 76 mm.
L'échangeur représenté à la fig. 5 est semblable à celui décrit ci-dessus sauf qu'il comprend deux cir cuits parallèles pour le fluide dans les tubes inté rieurs. Il comprend deux séries de tubes 150 et 152 disposées côte à côte dans une enveloppe 154. Les tubes 150 joignent un premier collecteur d'entrée 156 à un collecteur de sortie 160 tandis que les tubes 152 joignent un second collecteur d'entrée 158 au même collecteur de sortie. L'enveloppe 154 comprend une conduite d'entrée 162 et une conduite de sortie 164.
L'échangeur représenté à la fig. 6 est très sem blable à celui représenté aux fig. 3 et 4 et n'en diffère que par la présence de tubes rectilignes à la place des tubes en U. Une série de tubes 200 est montée entre un collecteur d'entrée 202 et un collecteur de sortie 204 aux extrémités opposées d'une enveloppe cylindrique 206 qui comprend une conduite d'entrée 208 et une conduite de sortie 210. Les collecteurs 202 et 204 sont fixés dans l'enveloppe 206 par des connexions d'entrée 212 et de sortie 214.
L'échangeur représenté à la fig. 7 comprend deux séries de tubes rectilignes 250 et 251 remplaçant les tubes en U 100 des fig. 3 et 4. Les séries de tubes 250 et 251 sont disposées côte à côte dans une en veloppe 252. Les tubes 250 joignent un collecteur d'entrée 254 à un premier collecteur intermédiaire 256 et les tubes 251 joignent un second collecteur intermédiaire 258 à un collecteur de sortie 260. Les collecteurs intermédiaires 256 et 258 sont reliés par un tuyau 262.
L'enveloppe 252 comprend une conduite d'entrée 264 et une conduite de sortie 266. Elle est divisée en deux compartiments par une paroi longitudinale 268 et le fluide dans l'enveloppe est dirigé sur les tubes 250 et 251 par de courtes parois transversales 270.
L'échangeur représenté à la fig. 8 est destiné à être utilisé dans le cas où il est absolument nécessaire d'éviter le risque de mélange des deux fluides de l'échangeur. Deux séries de tubes 300 et 302 sont disposées par rangs alternés dans une enveloppe 304. Les tubes 300 relient un collecteur d'entrée 306 à un collecteur de sortie 308 tandis que les tubes 302 relient un collectur d'entrée<B>310</B> à un collecteur de sortie 312. L'enveloppe 304, quand l'échangeur fonc tionne, est remplie d'un troisième fluide présentant une bonne conductibilité thermique et grâce auquel la chaleur peut être transmise entre les deux séries de tubes 300 et 302.
L'enveloppe 304 peut être équipée d'un appareil de détection des fuites de fluide de l'une ou l'autre série de tubes dans le fluide intermédiaire. On pourrait insérer plus de deux cir cuits d'échange dans l'enveloppe.
L'échangeur représenté aux fig. 9 et 10 diffère de ceux décrits précédemment en ce que les collecteurs sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal d'une enveloppe cylindrique. Cet échangeur comprend une série de tubes 350 relativement courts joignant un collecteur d'entrée 352 à un collecteur de sortie 354 fixés dans l'enveloppe 356 par des connexions d'en trée 358 et de sortie 360. L'enveloppe comprend une conduite d'entrée 362 et une conduite de sortie 364 à ses extrémités opposées de manière que le fluide dans l'enveloppe s'écoule entre les tubes 350.
La construction décrite ci-dessus présente l'avan tage qu'il n'est pas nécessaire de tenir compte de l'expansion thermique différente des tubes 350 et de la matière constituant l'enveloppe 356 quand les dif férences de température du côté chaud et du côté froid sont grandes. Cette construction présente le léger inconvénient de nécessiter des collecteurs 352 et 354 presque aussi longs que l'enveloppe 356, de sorte que l'inspection et le bouchage des tubes 350 vers le milieu de l'enveloppe sont plus difficiles que dans les constructions présentant des collecteurs courts.
Dans toutes les formes d'exécution décrites plus haut, on peut prévoir des voies d'accès aux collec teurs comme décrit dans l'échangeur représenté aux fig. 3 et 4.
La soudure des tubes à l'extérieur des collecteurs et l'emploi de collecteurs disposés entièrement dans l'enveloppe éliminent beaucoup des inconvénients rencontrés dans les échangeurs de chaleur usuels à enveloppes et à tubes dans lesquels les tubes s'éten dent entre des plateaux tubulaires.
En effet, la soudure des tubes à l'extérieur des collecteurs élimine la possibilité de corrosion au ni veau des crevasses qui peuvent exister à l'intérieur d'un tube dilaté ; il n'y a aucun risque de dépôt de sédiment sur les joints des tubes ni par conséquent de corrosion inhérente à un tel dépôt ; dans le cas d'un échangeur de grand diamètre et dont les tubes sont à haute pression, l'épaisseur des collecteurs peut être très réduite comparativement à celle qui estnéces- saire pour un plateau tubulaire, avec allégement des très fortes contraintes thermiques comparativement à celles associées à un plateau tubulaire épais. et à l'enveloppe adjacente ;
les portes d'accès et les cou- vercles relativement petits donnent accès aux collec teurs pour l'inspection et le bouchage des tubes beau coup plus facilement que les grandes portes d'accès ordinairement utilisées dans les échangeurs connus ; le pas étroit des tubes et l'élimination des boîtes d'eau permet de réduire notablement les dimen sions de l'échangeur pour la même performance thermique ; enfin l'échangeur de chaleur décrit peut être construit de manière que toutes ses parties puis sent être vidées.