LU84879A1 - Echangeur de chaleur,notamment economiseur,a tubes - Google Patents

Description

2 "Echangeur de chaleur, notamment économiseur, à tubes".

I La présente invention est relative à un échangeur de chaleur, notamment économiseur, a tubes dans lesquels circule un fluide sous pression, ces tubes étant montés dans une enceinte traversée car 5 un courant d'un autre fluide ayant une température différ nte ce celle du fluide sous pression.

L’invention concerne plus particulièrement un tel type d’échangeur de chaleur dans lequel le fluide traversant l’enceinte est constitué de cran 10 corrosifs présentant une température relativement élevée,tels que des gaz de combustion de chaudières par exemple.

Les tubes dans lesquels circule le fluide sous pression sont généralement réalisés en acier,de 15 manière à pouvoir résister à cette pression.

Toutefois, de tels tubes sont rapidement corrodés au contact de gaz de combustion chauds.

Pour remédier à cet-inconvénient, il a été 20 envisagé de recouvrir les surfaces extérieures de ces tubes d’un revêtement pouvant résister à la corrosion.

Toutefois, il a été constaté qu’une telle solution ne donne pas entière satisfaction dans la plupart des cas et que ce revêtement se détériore ra-25 pidement,notamment par suite des différences qui 3 existent entre les coefficients de dilatation de l'acier et de ce revêtement.

Un des buts essentiels de la présente invention consiste à présenter un nouveau type d'échangeur 5 de chaleur gui permet de résoudre complètement ce problème et ceci sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des matériaux coûteux.

A cet effet, suivant l’invention, les parties ! des tubes situées dans le courant précité sont entourées 10 par des manchons en une matière résistant à la corrosion s'étendant à une certaine distance de la paroi extérieure de ces tubes, un fluide intermédiaire étant emprisonné dans 1'esoace ménagé entre les tubes et les manchons, des moyens étant prévus pour permettre une expansion 15 du volume de ce fluide intermédiaire au moins à partir d'une pression déterminée provenant d'une augmentation de la température de ce dernier.

Avantageusement, les manchons précités sont montés élastiguement, par l'intermediaire ce joints 20 d'étanchéité, sur les tubes dans lesquels circule le fluide sous pression, les moyens précites comprenant une chambre d'expansion pouvant être mise en communication avec l'espace entre les manchons et les tubes au moment où le fluide emprisonné dans cet espace 25 atteint une pression déterminée sous l'effet de la température.

Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, la chambre d'expansion est délimitée à au moins un de ses côtés par un joint 30 d'étancheité, ce dernier présentant au moins un passage vers l'espace précité qui peut s'ouvrir au moment où le 4 fluide intermédiaire atteint la pression déterminée.

Dans une forme particulièrement avantageuse de l'invention, les joints c'étanchéieé sont constitués par des anneaux présentant sur au moins une de leurs 5 surfaces cilincrigues une succession d'ailettes annulaires,coaxiales et souples obturant le passage précité, les bords de ces ailettes s’appliquant élastique-ment contre les parois du manchon ou du tube suivant que ces ailettes sont situées sur la surface cilincri-10 que extérieure ou intérieure des joints d'étanchéité.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, ce quelques formes de réalisation particulières de l'invention avec référence 15 aux dessins annexés.

La figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie essentielle d'un échangeur de chaleur suivant 1'invention.

La figure 2 est une vue analogue d'une 20 deuxième forme de réalisation ce cette partie de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.

La figure 3 est également une vue analogue d'une troisième forme de réalisation ce cette partie de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.

25 Dans les différentes figures les mêmes chiffres de référence désignent des éléments identiques ou analogues.

D'une manière générale, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une série 30 de tubes parallèles montés dans une enceinte avec 5 leurs extrémités fixées dans ces plaques tubulaires.

Ces tubes soit débouchent avec leurs extrémités liores dans des collecteurs soit sont reliés en série entre-eux en dehors de l’enceinte par des raccords courbés.

5 Dans ces tubes circule un fluide sous pres sion/ tel que de l'eau, tandis que l'enceinte est traversée F"r un courant d'un autre fluide,tel qu'un gaz de combustion, ayant une température différente et généralement supérieure à celle du fluide sous 10 pression.

Les détails du montage et d'assemblage de ces tubes dans les plaques tubulaires n'ort pas été représentés étant donne que ces détails ne font pas partie de l’objet de l'invention et peuvent, en fait, 15 être considérés comme connus par tout homme ce métier.

Ainsi, les figures ne montrent qu'une partie d'un des tubes 1 situés dans l'enceinte traversée par le courant précité qui se déplace sensiblement perpendiculairement à l'axe de ces tubes, comme montre 2O par la flèche 2.

Suivant 1’invention, ces tubes sont entourés par des manchons 3,en une matière résistant à la corrosion,s 1 étendant à une certaine distance de la paroi extérieure des tubes 1.

25 Un fluide intermédiaire est emprisonné dans l'espace 4 ménagé entre les tubes 1 et les manchons 3.

De plus, des moyens sont prévus pour permettre une expansion du volume de ce fluide intermé-30 diaire au moins à partir d'une pression déterminée 6 provenant d'une augmentation de la température de ce dernier.

Ainsi, la pression régnant dans l'espace 4 est toujours maintenue sous contrôle.

5 Ceci constitue un avantage très important de' l'invention étant donne que ceci permet l'utilisation de manchons 3 en une matière présentant peu de résistance à la pression.

Dans la forme de réalisation montrée à la 10 figure 1, le manchon 3 est monté élastiçuement sur les tubes 1 par l'intermédiaire de joints d'étanchéité 5 prévus aux ceux extrémités ce ces cubes.

Les joints sont constitués par des anneaux, de préférence réalisés en Teflon, qui, dans la forme 15 ce réalisation ce la figure 1, présentent dans leur surface cylindrique extérieure une rainure annulaire 7 formant une chambre d'expansion. Cette dernière peut être mise en communication avec l'espace 4 entre le manchon 3 et les tubes 1 au moment où le fluide, emprison-20 né dans cet espace, atteint la pression déverminée précitée .

Cette rainure 7 est délimitée de part et d'autre par une série d'ailettes souples B et 9 qui sont également annulaires et coaxiales.

25 Les bords de ces ailettes sont courbés vers la rainure 7 en s'appliquant élastiquement contre la paroi intérieure du manchon 3.

Ainsi, lorsque le fluide intermédiaire enfermé dans l'espace 4 atteint la pression prédé-30 terminée, les ailettes 9 situées du côté de cet espace 7 par rapport à la rainure 7 seront rabattues pour s'écarter de la paroi du manchon 3, de manière à mettre l'espace 4 en communication avec la rainure 7 formant la chambre d'expansion.

5 Dans une variante,cette rainure 7, ainsi que les ailettes S et S pourraient se situer sur la surface cilindrique intérieure des joints c'étanchéité 5. Dans ce cas, les ailettes coopéreraient donc avec la paroi extérieure des tubes 1.

10 Une autre variante encore consisterait à prévoir une rainure et des ailettes sur les deux surfaces cilindriques ces joints c'étanchéité.

Une autre variante encore serait ce faire usage de ceux joints d'étanchéité à chacune des ex-15 frémités ces tubes qui seraient disposés à une certaine distance les uns ces autres e; dont au moins celui qui se trouve eu côté ce l'espace 4 présenterait les ailettes 9.

La chambre d’expansion 7 serait ainsi 20 ménagée entre ces deux joints d'étanchéité.

La figure 2 concerne une forme de réalisation de l'invention qui se différencie de celle de la figure 1 par le fait que le passage prévu dans les ; joints d'étanchéité 5 vers l'espace 4 est obturé non 25 pas par des ailettes 9,mais par une série ce soupapes de sécurité 9. Ces soupapes s'ouvrent conc dès que la pression dans l'espace 4 atteint la valeur prédéterminée pour ainsi permettre qu'une certaine quantité du fluide intermédiaire échappe vers la chambre d'expansion 7.

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Dans les formes réalisation montrées aux figures 1 et 2 et dans les variantes à la forme de réalisation ce la figure 1/ le manchon 3 est avanta-ceuseuent constitué oar un tuoe en verre, ς Grâce au fait que celui-ci est monté élas- tiqueraent sur le tube 1 par l'intermédiaire ces joints d'étanchéité 5/ les différences de dilatation de ce tube en verre 3 et du tube 1/ qui est généralement réalisé i en acier, peuvent facilement être interceptées sans que 10 ceci crée des tensions relatives trop importantes dans le tube ou le manchon.

Ainsi, car suite du fait que le coefficient de dilatation de l'acier est sensiblement plus important eue celui du verre, une augmentation de la température 15 du fluide passant dans le tube 1 aura comme conséquence que la distance entre le tube en acier 1 et le tube en verre 3 diminuera et que donc les joints d'étanchéités et notamment les ailettes souples 8 et 9 subiront un certain écrasement sans que ceci créera des tensions dans 20 les tubes 1 et 3.

La forme de réalisation de la figure 3 diffère par rapport aux formes de réalisation ces figures 1 et 2 essentiellement par le fait que le manchon est réalisé en une matière présentant un coefficient d'élas-25 ticité relativement important ou en une matière flexible présentant un coefficient de dilatation relativement important, de manière à permettre ainsi une variation, en fonction de la température, du volume de l'espace 4 contenant le fluide intermédiaire.

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Ainsi, par suite d'une augmentation ce la pression dans l'espace 4 sous l'effet ce la température, le manchon 3 peut prendre une forme quelque peu bombée comme montre en traits mixtes à la figure 2', ceci a 5 donc comme résultat une augmentation eu volume ce cet espace.

" A cet égard, le manchon peut avantageusement être réalisé en une matière plastique résistant à ces températures relativement élevées, telle que certains 10 types de polyéthylène.

Cette forme ce réalisation présente l'avantage qu'il n'est cas indispensable ce prévoir une chambre d'expansion ce sorte que l'on pourra:a faire usage de joints c'étanchéité classiques sur lesquels 15 le manchon 3 serait fixe, par exemple par un collier ce serrage 10. Celui-ci devrait, bien enrendu, se trouver en dehors de l'enceinte traversé par des gaz corrosifs.

Il est bien entendu que l'invention r.'est pas limitée è ces différentes formes ce réalisation 20 et que d'autres variantes encore pourraient être envisagées sans sortir du cadre du présent brevet.

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Claims (14)

1. Echangeur de chaleur, notamment économiseur, à tubes dans lesquels circule un fluide sous pression, ces tubes étant montés dans une enceinte traversée par un courant d'un autre fluide ayant une tempéraeure 5 différente de celle du fluide sous pression, caractérisé * en ce que les parties des tubes situées dans le courant précité sont entourés par des manchons en une matière résistant à la corrosion, s'étendant à une certaine distance de la paroi extérieure de ces tubes, une fluide 10 intermediaire étant emprisonné dans l'espace ménagé entre les tubes et les manchons, des moyens étane prévus pour permettre une expansion du volume ce ce fluide intermédiaire au moins à partir d'une pression déterminée provenant d'une augmentacion de la tempéraeure 15 de ce dernier.

2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons précités sont montés élastiquement, par l'intermédiaire de joints d'étanchéités, sur les tubes dans lesquels circule le fluide 20 sous pression, les moyens précités comprenant une chambre d'expansion pouvant êrre mise en communication avec l'espace entre les manchons et les tubes au moment où le fluide emprisonné dans cet espace atteint une pression déterminée sous l'effet de la température.

3. Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que cette chambre d'expansion est délimitée à au moins un de ses côtés par un joint d'étanchéité, ce dernier présentant au moins un passage vers l'espace précité pouvant s'ouvrir au moment où le fluide 30 intermédiaire atteint la pression déterminée.

4. Echangeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité sont constitués par des anneaux présentant sur au moins une de leurs surfaces cilindriques une succession 5 d'ailettes annulaires coaxiales souples obturant le passage précité, les bords de ces ailettes s'appli-t quant élastiquement contre la paroi du manchon ou du s tube suivant que ces ailettes sont situées sur la 'surface cilindrique extérieure ou intérieure des joints 10 d'étanchéité.

5. Echangeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce eue les joints d'étanchéité présentent, dans au moins une de leurs surfaces cilindriques ,ur.e rainure annulaire coaxiale formant la chambre d'expan- 15 sion précitée, cette rainure étant délimitée de p?rt et d'autre par une série ces ailettes précitées dont les bords sont courbées vers la rainure, de sorte que lorsque le fluide enfermé dans l'espace précité atteint la pression prédéterminée, les ailettes situées 2o du côté de cet espace par rapport à la rainure soient rabattues pour s'écarter ainsi de la paroi contre laquelle elles étaient appliquées et ouvrir le passage mettant l'espace contenant le fluide intermédiaire en communication avec la chambre d'expansion formée par 25 1° rainure annulaire.

6. Echangeur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la rainure est prévue dans la surface cilindrique extérieure des joints d'étanchéité.

7. Echangeur suivant la revendication 3, 30 caractérisé en ce que le passage prévu dans les joints d'étanchéité vers l'espace enfermant le fluide sous pression est obturé par au moins une soupape de sécurité. ' /

8. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon est réalisé en une matière présentant un coefficient d'élasticité relativement important e:/ou en une matière flexible 5 présentant un coefficient de dilatation relativement important, de manière à permettre une variation ,en fonction de la température,du volume de l'espace contenant le fluide intermédiaire. ‘ 9. Echangeur suivant la revendication 2f 10 caractérisé en ce que le manchon est réalisé en une matière plastique, telle que du polyéthylène. IC. Echangeur suivant l'une çusieoncue des revendications 1 à 7, caractérisé en ce crue le manchon est constitué d'un tube en verre.

11. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité sont réalisés en une matière plastique fluorée,telle que du Téflon.

12. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire est constitué par un gaz non corrosif,tel que de l'air sec.

13. Echangeur de chaleur à tubes tel que 25 décrit ci-dessus ou montré aux dessins annexés.

14. Joint d'étanchéité pour le montage de manchons en une matière résistant à la corrosion à une certaine distance autour de tubes d'un échangeur de chaleur, ce joint étant constitué par un anneau 30 présentant sur au moins une de ses surfaces cilin- criques une succession d'ailettes annulaires coaxiales souples.

15. Joint d'étanchéité suivant la revendication 147 caractérisé en ce qu'il présente dans au 5 moins une de ses surfaces cilincriques une rainure annulaire coaxiale délimitée de part eu d'autre par une série des ailettes précitées. *

15. Joint d'étanchéité tel que décrit ci-» dessus ou montré dans les dessins annexés. —papes dont .. X ....... w- ^ ^ •- ^.....Cûscrir; : * ' * ‘ ’ jî u.,;.' * v