FR2812381A1

FR2812381A1 - Heat exchanger pipe battery for heat exchanger has pipes arranged in several rows or strands to form continuous circuit, whereby pipes communicate via intermediate collectors

Info

Publication number: FR2812381A1
Application number: FR0009779A
Authority: FR
Inventors: Bruno Bernardi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-01
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: DE19958377A1; FR2812381B1; ITBS990011A1; IT1309181B1

Abstract

The battery has pipes (T) arranged in several rows or strands, through which a primary fluid from a reservoir flows and about which a secondary fluid flows. Each row or strand of pipes has an inlet (I) connected to an inlet collector (1) and an outlet (U) connected to an outlet collector (4). The pipe ends are connected to intermediate collectors (2,3). The pipes form a continuous circuit, whereby they communicate via the intermediate collectors.

Description

BATTERIE DE TUBES D'ECHANGE THERMIQUE AVEC SYSTEME DEHEAT EXCHANGE TUBE BATTERY WITH SYSTEM

VIDANGE AUTOMATIQUE DU FLUIDE CIRCULANT DANS LADITE AUTOMATIC DRAINING OF THE FLUID FLOWING THEREIN

BATTERIEDRUMS

La présente invention concerne de manière générale le secteur des échangeurs de chaleur entre un fluide primaire et un fluide secondaire, et elle se réfère en particulier à la structure d'une batterie de tubes pour de tels échangeurs de chaleur, ayant soit une disposition The present invention relates generally to the sector of heat exchangers between a primary fluid and a secondary fluid, and it refers in particular to the structure of a battery of tubes for such heat exchangers, having either an arrangement

horizontale, soit une disposition verticale. horizontal, or a vertical arrangement.

Les échangeurs de chaleur utilisent pour certains usages une batterie de tubes, souvent munis d'ailettes, dans laquelle la circulation de deux fluides, à équicourant ou à contre-courant, produit l'élévation de la température de l'un des fluides avec abaissement consécutif de la température de l'autre fluide. Dans des applications spécifiques, il est demandé d'abaisser la température d'un fluide en phase liquide, par exemple de l'eau, en contrepartie d'une élévation de la température d'un fluide en phase gazeuse, par exemple de l'air, le fluide en phase liquide étant alors considéré comme le fluide primaire et le fluide en phase gazeuse comme le Heat exchangers use for certain uses a battery of tubes, often fitted with fins, in which the circulation of two fluids, at or against the current, produces the rise in temperature of one of the fluids with lowering the temperature of the other fluid. In specific applications, it is requested to lower the temperature of a fluid in the liquid phase, for example water, in return for an increase in the temperature of a fluid in the gas phase, for example of the air, the liquid phase fluid then being considered as the primary fluid and the gas phase fluid as the

fluide secondaire.secondary fluid.

Dans certaines applications particulières, d'autre part, et pour une économie de coût d'exploitation, la batterie de tubes est placée dans le milieu ambiant extérieur pour un échange de chaleur entre le fluide In certain particular applications, on the other hand, and to save operating costs, the battery of tubes is placed in the external ambient medium for a heat exchange between the fluid.

primaire circulant dans la batterie et l'air atmosphé- primary circulating in the battery and atmospheric air

rique dirigé sur la batterie au moyen de ventilateurs. risk directed on the battery by means of fans.

Or une étude préalable de la situation actuelle du marché a montré qu'il n'existe pas, et donc qu'on ne dispose pas de batterie de tubes à circulation de fluide offrant en même temps que des caractéristiques de rendement élevé de l'échange thermique la possibilité de However, a preliminary study of the current market situation has shown that there is not, and therefore that there is no battery of fluid circulation tubes offering at the same time as high efficiency characteristics of the exchange thermal the possibility of

vidanger complètement le fluide primaire qui y circule. completely drain the primary fluid flowing there.

Cet aspect est parfois déterminant lorsque le fluide qui circule dans la batterie peut geler et que celle-ci est placée à l'air atmosphérique. En effet, dans ce cas, le fluide primaire peut changer d'état par suite d'un abaissement de la température atmosphérique, passant de la phase liquide à la phase solide avec une augmentation This aspect is sometimes decisive when the fluid circulating in the battery can freeze and the latter is placed in atmospheric air. Indeed, in this case, the primary fluid can change state as a result of a lowering of the atmospheric temperature, passing from the liquid phase to the solid phase with an increase

de volume.volume.

Dans le cas de l'eau, qui est le fluide le plus communément utilisé dans ces applications, une telle augmentation de volume, qui est de l'ordre de 14%, peut provoquer la rupture irrémédiable de la batterie, avec pour conséquence le coût d'arrêt de l'installation et le remplacement de cette dernière. A l'heure actuelle, dans les applications qui utilisent de l'eau comme fluide primaire dans les conditions précitées, on évite la survenue de ce type de problème de gel en ajoutant à l'eau un pourcentage de substance antigel qui une fois In the case of water, which is the fluid most commonly used in these applications, such an increase in volume, which is of the order of 14%, can cause the irreparable rupture of the battery, with as a consequence the cost. installation shutdown and replacement. At present, in applications which use water as the primary fluid under the aforementioned conditions, the occurrence of this type of gel problem is avoided by adding to the water a percentage of antifreeze substance which once

complètement dissoute en abaisse le point de congélation. completely dissolved lowers the freezing point.

La présente invention a pour but de pallier le problème exposé ci-dessus et elle est le résultat d'une étude visant à obtenir une batterie de tubes d'échange thermique capable de fonctionner avec des fluides susceptibles de geler, en l'espèce de l'eau, sans devoir recourir nécessairement à l'ajout de substances antigel, qui ont comme contre- indications un coût élevé, la nécessité de doter les équipements de systèmes dédiés et le fait qu'elles sont parfois nocives si elles se The present invention aims to overcome the problem set out above and it is the result of a study aimed at obtaining a battery of heat exchange tubes capable of operating with fluids capable of freezing, in this case l water, without necessarily having to resort to the addition of antifreeze substances, which have high cost as contraindications, the need to equip the equipment with dedicated systems and the fact that they are sometimes harmful if they

répandent dans le milieu ambiant.spread in the environment.

L'objet de l'invention est réalisé par une batterie de tubes d'échange thermique structurée d'une manière originale et prévue pour permettre la vidange complète du The object of the invention is achieved by a battery of heat exchange tubes structured in an original manner and provided to allow complete emptying of the

fluide primaire qui y circule en cas d'arrêt ou de non- primary fluid which circulates there in the event of shutdown or non-

utilisation de l'échangeur par suite de la mise hors service volontaire des pompes de circulation du fluide et/ou de conditions d'urgence dues à une panne de l'alimentation en énergie électrique de l'équipement échangeur, et pour recharger automatiquement le fluide use of the exchanger following the voluntary deactivation of the fluid circulation pumps and / or emergency conditions due to a failure of the electrical energy supply to the exchanger equipment, and to automatically recharge the fluid

primaire dans la batterie au redémarrage de l'équipement. primary in the battery when the equipment is restarted.

De cette façon, la vidange complète de la batterie exclut tout problème de gel du fluide primaire et les dommages In this way, the complete draining of the battery excludes any problem of freezing of the primary fluid and damage.

qui peuvent en résulter.that can result.

L'invention va être expliquée plus en détail dans la The invention will be explained in more detail in

suite de la description en se référant aux dessins continuation of the description with reference to the drawings

joints, indicatifs et non limitatifs, sur lesquels: les figures la et lb représentent une batterie de type classique ayant une disposition horizontale et verticale, respectivement; les figures 2a et 2b représentent une batterie selon la présente invention ayant une disposition horizontale et verticale, respectivement; La figure 3 représente un exemple spécifique de batterie d'échange thermique pouvant être vidangée complètement; les figures 4a et 4b représentent la batterie à disposition horizontale et verticale des figures 2a et 2b intégrée dans un équipement de chargement et déchargement joints, indicative and nonlimiting, in which: FIGS. 1a and 1b represent a battery of conventional type having a horizontal and vertical arrangement, respectively; Figures 2a and 2b show a battery according to the present invention having a horizontal and vertical arrangement, respectively; FIG. 3 represents a specific example of a heat exchange battery which can be completely drained; Figures 4a and 4b show the battery in horizontal and vertical arrangement of Figures 2a and 2b integrated in a loading and unloading equipment

du fluide primaire.primary fluid.

les figures la et lb illustrent à titre de référence une batterie d'échange thermique à ailettes de type classique, c'est-à-dire représentative de la technique antérieure. Elle se compose de tubes T, la plupart du temps en cuivre, à l'intérieur desquels circule le fluide primaire et entre lesquels est envoyé de l'air à l'aide de ventilateurs V. Les tubes T sont disposés en files ou rangées et reliés entre eux de manière à former un nombre déterminé de circuits pour chacun desquels on distingue un passage d'entrée I et un passage de sortie U afin d'avoir n alimentations et n sorties. Les n alimentations aboutissent à un collecteur d'entrée 1 tandis que les n sorties aboutissent au collecteur de sortie 2. Chaque circuit se trouve ainsi constitué de plusieurs tubes reliés entre eux au moyen de coudes C. Cette version de batterie à ailettes peut se monter horizontalement (figure la) ou verticalement (figure lb) mais, dans l'un et l'autre cas, elle ne permet pas au fluide primaire de s'écouler complètement dans la mesure o il peut rester au moins dans les coudes C. Les figures 2a et 2b représentent une batterie d'échange thermique à ailettes comprenant, conformément à l'invention, un circuit hydraulique particulier qui permet de la vidanger complètement. Dans cette version également, la batterie peut se monter horizontalement ou verticalement et les tubes T, à l'intérieur desquels circule le fluide primaire, sont disposés en files et reliés entre eux de manière à former un nombre déterminé de circuits avec un passage d'entrée I et un passage de sortie U pour chaque circuit. Ceci afin d'avoir n alimentations sur un collecteur d'entrée 1 et n sorties sur un collecteur de sortie 4. La différence essentielle par rapport aux batteries à ailettes de type classique réside dans le fait que la liaison entre les différentes files ou rangées de tubes ne se fait plus au moyen de coudes mais au moyen de collecteurs tubulaires additionnels qui relient deux à deux les tubes T. Considérant une batterie à ailettes ayant quatre files ou rangées de tubes, on peut distinguer comme le montre la figure 3: - un collecteur d'entrée 1; - des collecteurs intermédiaires ou additionnels 2, 3, 5; Figures la and lb illustrate by reference a fin type heat exchange coil of conventional type, that is to say representative of the prior art. It is made up of T tubes, mostly made of copper, inside which the primary fluid circulates and between which air is sent using V fans. The T tubes are arranged in rows or rows and interconnected so as to form a determined number of circuits for each of which there is an input passage I and an output passage U so as to have n power supplies and n outputs. The n power supplies lead to an input manifold 1 while the n outputs lead to the output manifold 2. Each circuit is thus made up of several tubes connected together by means of elbows C. This version of finned battery can be mounted horizontally (Figure la) or vertically (Figure lb) but, in both cases, it does not allow the primary fluid to flow completely since it can remain at least in the elbows C. Figures 2a and 2b show a finned heat exchange battery comprising, in accordance with the invention, a particular hydraulic circuit which allows it to be completely drained. Also in this version, the battery can be mounted horizontally or vertically and the tubes T, inside which the primary fluid circulates, are arranged in rows and connected together so as to form a determined number of circuits with a passage of input I and an output passage U for each circuit. This is in order to have n supplies on an input collector 1 and n outputs on an output collector 4. The essential difference compared to conventional finned batteries lies in the fact that the connection between the different lines or rows of tubes are no longer made by means of elbows but by means of additional tubular collectors which connect the T tubes two by two. Considering a finned coil having four rows or rows of tubes, we can distinguish as shown in Figure 3: - a input collector 1; - intermediate or additional collectors 2, 3, 5;

- un collecteur de sortie 4.- an outlet collector 4.

En étendant le concept à un nombre de rangées différent (plus grand ou moins grand), il y aura toujours un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie, tandis que le nombre de collecteurs intermédiaires variera. Dans le cas de la batterie de tubes représentée sur le schéma général des figures 4a et 4b, le nombre de rangées est de six, c'est-à-dire qu'il est prévu: - un collecteur d'entrée 1; - des collecteurs intermédiaires 2, 3, 5, 6, 7, By extending the concept to a different number of rows (larger or smaller), there will always be an inlet manifold and an outlet manifold, while the number of intermediate collectors will vary. In the case of the tube bank represented in the general diagram of FIGS. 4a and 4b, the number of rows is six, that is to say that: - an input collector 1 is provided; - intermediate collectors 2, 3, 5, 6, 7,

- un collecteur de sortie 4.- an outlet collector 4.

Cette particularité, qui s'accompagne opportunément de systèmes automatiques, fait que le fluide primaire peut s'écouler complètement grâce à son propre poids et, dans le cas d'une installation horizontale, grâce à une inclinaison correcte à donner à la batterie même. Le schéma de référence est celui qui correspond aux figures 4a et 4b. Pour assurer et accélérer le fonctionnement, le système a été doté également de raccordements 8, 9, 10, 11 qui ont pour fonction de chasser l'air par le point le plus haut lors du remplissage et, au contraire, introduire l'air au point idéal lorsque le fluide primaire s'écoule, libérant un volume qui sera ensuite This feature, which is conveniently accompanied by automatic systems, means that the primary fluid can flow completely thanks to its own weight and, in the case of a horizontal installation, thanks to a correct inclination to be given to the battery itself. The reference diagram is that which corresponds to FIGS. 4a and 4b. To ensure and speed up operation, the system has also been fitted with connections 8, 9, 10, 11 which have the function of expelling the air through the highest point during filling and, on the contrary, introducing air into the ideal point when the primary fluid flows, releasing a volume which will then be

occupé par l'air même.occupied by the very air.

La batterie de tubes est généralement installée à l'extérieur, à l'air atmosphérique, et elle est reliée à un réservoir 15 de fluide primaire disposé et protégé à l'intérieur d'une pièce. Les collecteurs d'entrée 1 et intermédiaires 2, 3 sont respectivement reliés au réservoir 15 au moyen de conduites 1', 12', 13' et par l'intermédiaire d'au moins une pompe 14; le collecteur de sortie 4 peut être relié directement au réservoir 15 The tube bank is generally installed outside, in atmospheric air, and it is connected to a reservoir 15 of primary fluid arranged and protected inside a room. The inlet 1 and intermediate 2, 3 collectors are respectively connected to the reservoir 15 by means of pipes 1 ′, 12 ′, 13 ′ and by means of at least one pump 14; the outlet manifold 4 can be connected directly to the tank 15

au moyen d'une conduite 4'.by means of a 4 'pipe.

Sur les conduites 12', 14', auxquelles aboutissent les collecteurs intermédiaires 2, 3, sont insérées des soupapes à disque 12, 13 qui ont pour fonction d'empêcher le passage du fluide primaire pendant le fonctionnement normal de la batterie. Ceci se fait grâce à la différence de pression entre la partie en amont et la partie en aval de la soupape qui vient à s'établir à partir du moment o les pompes 14 se mettent en marche. Cette situation détermine et maintient la position fermée de ladite soupape. Lorsqu'on passe en dessous de la différence de pression précitée, du fait de la mise hors service des pompes 14, les soupapes à disque 12 et 13, du fait de leur propre caractéristique typique, s'ouvrent et permettent au fluide primaire de les traverser pour être recueilli en totalité dans le réservoir 15 et pouvoir ensuite être remis en circulation lors du redémarrage On the lines 12 ′, 14 ′, to which the intermediate collectors 2, 3 end, are inserted disc valves 12, 13 which have the function of preventing the passage of the primary fluid during normal operation of the battery. This is done thanks to the pressure difference between the upstream part and the downstream part of the valve which comes to be established from the moment when the pumps 14 start up. This situation determines and maintains the closed position of said valve. When passing below the aforementioned pressure difference, due to the deactivation of the pumps 14, the disc valves 12 and 13, due to their own typical characteristic, open and allow the primary fluid to cross to be fully collected in the tank 15 and then be able to be recirculated when restarted

ultérieur des pompes 14.pumps 14.

Un tel dispositif permet donc d'utiliser toujours le même fluide sans aucune déperdition et surtout il permet Such a device therefore makes it possible to always use the same fluid without any loss and above all it allows

de travailler sans substances antigel. to work without antifreeze substances.

Il est à souligner que le principe se prête indifféremment à un fonctionnement à la pression atmosphérique ou en conditions de pressurisation sans que It should be emphasized that the principle is equally suitable for operation at atmospheric pressure or under pressurization conditions without

7ceci compromette le fonctionnement de l'ensemble. 7this compromises the functioning of the assembly.

ceci compromette le fonctionnement de l'ensemble. this compromises the operation of the assembly.

Claims

REVENDICATIONS

1. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur, comprenant des tubes (T) agencés en plusieurs files ou rangées parcourues par un fluide primaire provenant d'un réservoir (15) et léchées par un fluide secondaire, et dans laquelle chaque file ou rangée de tubes possède aux extrémités opposées un passage d'entrée (I) relié à un collecteur d'entrée (1) et un passage de sortie (U) relié à un collecteur de sortie (4), caractérisée en ce que les extrémités des tubes comprises entre le passage d'entrée et le passage de sortie à l'extrémité de chaque file ou rangée sont toutes reliées à des collecteurs intermédiaires (2, 3, 5,....) de façon que lesdits tubes forment un circuit continu en communiquant entre eux par 1. Battery of tubes for heat exchangers, comprising tubes (T) arranged in several rows or rows traversed by a primary fluid coming from a reservoir (15) and licked by a secondary fluid, and in which each row or row of tubes has at the opposite ends an inlet passage (I) connected to an inlet manifold (1) and an outlet passage (U) connected to an outlet manifold (4), characterized in that the ends of the tubes included between the inlet passage and the outlet passage at the end of each row or row are all connected to intermediate collectors (2, 3, 5, ....) so that said tubes form a continuous circuit by communicating between them by

le biais desdits collecteurs intermédiaires. through said intermediate collectors.

2. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur selon la revendication 1, dans laquelle la batterie peut être disposée horizontalement ou verticalement et reliée au réservoir par l'intermédiaire d'au moins une pompe (14) pour la circulation du fluide primaire, caractérisée en ce que les collecteurs intermédiaires de la batterie sont 2. A battery of tubes for heat exchangers according to claim 1, in which the battery can be arranged horizontally or vertically and connected to the reservoir by means of at least one pump (14) for the circulation of the primary fluid, characterized in what the intermediate battery collectors are

reliés au réservoir de fluide primaire par l'inter- connected to the primary fluid reservoir via

médiaire de ladite pompe ensemble avec le collecteur d'entrée pour une vidange complète du fluide primaire hors de la batterie et le chargement du fluide primaire middle of said pump together with the inlet manifold for complete emptying of the primary fluid out of the battery and charging of the primary fluid

dans la batterie.in the battery.

3. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisée en ce qu'une conduite d'entrée de l'air de la vidange et de sortie de l'air durant le remplissage est reliée à la partie la plus en haut de la batterie, ladite conduite 3. Battery of tubes for heat exchangers according to claim 1 and claim 2, characterized in that an air inlet pipe from the drain and air outlet during filling is connected to the part the highest of the battery, said pipe

étant raccordée à une partie supérieure du réservoir. being connected to an upper part of the tank.

4. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur selon les 4. Battery of tubes for heat exchangers according to

revendications précédentes, caractérisée en ce que la previous claims, characterized in that the

vidange et le remplissage se font respectivement en réponse à l'arrêt et au démarrage de la pompe (14) pour emptying and filling are done respectively in response to stopping and starting the pump (14) to

la circulation du fluide primaire.circulation of the primary fluid.

5. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur selon la revendication 4, caractérisée en ce que des soupapes à disque unidirectionnelles (12, 13) normalement fermées sont insérées le long des conduites reliant les collecteurs intermédiaires au réservoir afin d'empêcher l'écoulement de fluide primaire desdits collecteurs vers le réservoir lorsque la pompe est en fonctionnement et que l'échangeur est actif et qui s'ouvrent automatiquement pour permettre au fluide primaire de s'écouler librement dans le réservoir lorsque la pompe 5. Tube bank for heat exchangers according to claim 4, characterized in that one-way disc valves (12, 13) normally closed are inserted along the pipes connecting the intermediate manifolds to the tank in order to prevent the flow of primary fluid from said manifolds to the reservoir when the pump is in operation and the exchanger is active and which open automatically to allow the primary fluid to flow freely in the reservoir when the pump

s'arrête pour la vidange de la batterie. stops for draining the battery.

6. Batterie de tubes pour échangeurs de chaleur selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites soupapes se ferment par suite d'une différence de pression entre la partie en amont et la partie en aval des soupapes au démarrage de la pompe de circulation et s'ouvrent lorsqu'on passe en dessous d'une telle différence de 6. A tube bank for heat exchangers according to claim 5, characterized in that said valves close as a result of a pressure difference between the upstream part and the downstream part of the valves when the circulation pump is started and open when passing below such a difference of

pression à l'arrêt de la pompe.pressure at pump stop.