Brevet FR2029358A1 — publié le 19701023

L'invention concerne les échangeurs de chaleur, plus particulièrement, destinés à constituer des radiateurs de chauffage additionnel ou de pouvoir calorifique relativement faible utilisant comme source de chaleur, soit un fluide quelconque soit une résistance électrique o Les échangeurs de chaleur du genre ci-dessus sont généralement constitués par un ou plusieurs éléments chauffants associés à des surfaces d'échange qui peuvent être formées par des ailettes découpées et empilées ou par une bande ou une feuille enroulée en hélice autour du ou des éléments chauffants0 De tels échangeurs sont, bien entendu, d'une fabrication délicate et présentent une résistance mécanique propre faible qui complique leur mode de fixation ou de montage dans une installation et s'oppose à toute disposition visant à utiliser subsidiairement lesdits. échangeurs en tant qu'éléments ou organes de support d'appareils diverse En outre, leur faible résistance entrasse bien souvent, l'obligation de leur adjoinre une enveloppe protectrice destinée à former un écran stopposant aux coups ou aux chocs susceptibles de détériorer, au moins en partie, les élé::- ments d'échange, et, par conséquent, de modifier notablement les caractéristiques de chauffage de l'échangeur complet sans qu'il soit possible de procéder à une remise en étant convenable, en particulier, lorsque les éléments d'échange ont été pliés, tordus ou en partie désolidarisés par rapport à l'élément chauf fanto La présente invention crée un nouveau procédé et un nouvel outillage pour sa mise en oeuvre permettant de constituer rapidement et sans aucune opération particulièrement longue et délicate un échangeur de chaleur de bonne résistance mécanique propre pouvant utiliser indifféremment comme source de chauffage un fluide quelconque ou une résistance électriqueo Suivant le procédé de l'invention, on utilise deux demicoquilles en forme de crémaillère ou de peigne, on dispose face à face deux demi-coquilles analogues pour emboîter au moins un élément chauffant, on assujettit les demi-coquilles l'une par rapport à l'autre dans une position déterminée pour laquelle les dents qu'elles présentent son décalées les unes par rapport aux autres pour délimiter, au niveau de leurs sommets en regard, au moins un couloir longitudinal sinueux, on place les demi#o;;xfn#a sur un lit de coulée pour disposer le couloir à l'aplomb d'au moins une buse délivrant un métal en fusion amené à remplir progressivement les deux demi-coquilles en entourant simultanément l'élément chauffant, puis après refroidissement on extrait les deux demi-coquilles. pour dégager totalement l'échangeur de chaleur constitué par l'élément chauffant et par les différents éléments d'échange l'entourant et formés par le métal préala- blement amené à remplir les différents intervalles e Suivant une autre caractéristique de l'invention, ltou- tillage est constitué par au moins deux demi-coquilles, en forme de crémaillère ou de peigne, comportant des dents décalées et alternées les unes par rapport aux autres après assemblage des demi-coquilles et présentant, chacune, à partir de leur sommet au moins une encoche pour embofter au moins un élément chauffant maintenu entre les demi-coquilles par l'action de serrage de deux joues latérales assujettissant lesdites demi-coquilles. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés La figo 1 est une coupe d'un des éléments constitutifs de 11 outillage pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'in invention, La fig. 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne Il-Il de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en plan illustrant l'une des phases de mise en oeuvre du procédé, La fig, 4 est une élévation latérale prise sensiblement suivant la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est une vue en plan, partie en coupe, d'une autre phase de mise en oeuvre du procédé. La fig. 6 est une élévation latérale partielle d'une variante de réalisation de l'un dés éléments constitutifs de l'outillage pour la mise en oeuvre du procédé. La fig. 7 est une vue en plan partielle d'une seconde forme de réalisation d'un échangeur obtenu à partir de l'outillage suivant la fig. 6. La fige 8 est une vue latérale partielle prise suivant la ligne Vili-Vili de la figo 7. La fig. 9 est une perspective partielle d'une variante de réalisation de l'échangeur# L'outillage pour la mise en oeuvre du procédé, est principalement formé par deux demi-coquilles 1, respectivement constituées comme représenté aux figo 1 et 20 Suivant ces figures, chaque demi-coquille 1 présente sensiblement la forme d'une crémaillère 2 ou d'un peigne comportant, à partir d'une Ame rigide 3, des dents orthogonales parallèles 4 à flancs rectilignes parallèles ou convergeant vers les sommets 50 L'épaisseur des dents 4 ainsi que la largeur des intervalles 6 qu'elles délimitent entre elles sont initialement déterminées en fonction de l'épaisseur devant etre conférée aux éléments ou surfaces d'échange de l'échangeur à réaliser pour obtenir le meilleur coefficient de déperdition calorifique selon les caractéristiques d'utilisation dudit échangeur. -Dans l'exemple de réalisation, les fonds des dents 7 snnt plans tandis que les sommets 5 présentent deux chanfreins 8 pratiqués, -par exemple, à 900. Les dents 4a et 4b extrêmes présentent respectivement une épaisseur égale et faible à celle des dents 4 et comportent au niveau de leur sommet une portée Sa et 5b rectiligne s'étendant à angle droit par rapport aux flancs extérieurs. La demi-coquille 1, décrite ci-dessus, peut être réalisée de plusieurs façons différentes, notamment par moulage ou par usinage de manière que les intervalles 6 débouchent de toute façon au niveau des parois latérales délimitées par l'alignement des chants transversaux des dents 4. La réalisation de la demicoquille 1 est en outre assurée pour que les différentes dents 4, 4a et 4b présentent dans leur zone médiane et à partir des sommets 5 chacune une encoche- 9 semi-circulaire dans ltexem- ple représenté0 Pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention, on utilise deux demi-coquilles identiques 1 et 11 disposées l'une en regard de l'autre comme illustré à la fig. 3 pour êtie amenées en butée respectivement par les portées 5a, 54 et 5b Sa1. Dans cette position, les différentes dents 4 de la demicoquille 1 sont placées en alignement avec les intervalles 61 de la demi-coquille 11, lesdits intervalles 61 communi quant avec les intervalles 6 de la demi-coquilles 1 par un couloir 10 en zig-zag délimité par les différents chanfreins 8 et 81. La mise en place et le montage des demi-coquilles 1 et 11 en regard l'une de l'autre comme représenté aux fig. 3 et 4 sont réalisés pour emprisonner un élément chauffant ll constitué sous la-forme d'un tube de section circulaire logé simultanément dans les différentes encoches 9 et 91' de manière à être convenablement centré par rapport aux flancs extérieurs des dents 4a, 4b1 et 4b, 4S1 des demi-coquilles 1 et 11 qui constituent alors ensemble un moule 12 placé sur un lit de coulée 130 Le maintien relatif des demi-coquilles 1 et est assuré par des joues latérales 14 formant éventuellement des semelles d'appui pour des organes de serrage destinés à appliquer correctement les unes sur les autres les différentes portées des demi-coquilles 1 et 11 pour que ces dernières emboîtent complètement le tube il Le moule 12 ainsi constitué et posé sur le lit 13 présente une étanchéité suffisante pour permettre la coulée d'un métal en fusion délivré par au moins une buse 15 prolongeant un creuset 16 et disposée à l'aplomb du couloir en zig-zag 10. La délimitation continue de ce dernier permet ainsi de procéder, par l'intermédiaire d'une seule buse 15, au remplissage complet du moule 12, étant donné que les différents intervalles 6 et 61, s'étendant, d'une part, latéralement de part et d'autre du plan longitudinal médian contenant les plans de joint des différentes portées Sa, 54 et 5b, Sa1 et, d'autre part, sur toute la hauteur des demi-coquilles 1 et 11, débouchent respectivement dans le couloir 10.Pour faciliter la coulée et assurer une répartition convenable du métal en fusion, il peut être avantageux de-soumettre la buse 15 et/ou le moule 12 à un déplacement longitudinal relatif, éventuellement eombiné, au fur et à mesure du remplissage des intervalles 6 et 61 momentanément disposés à l'aplomb de la buse 15.Un même résultat peut être obtenu de façon différente en maintenant le moule 12 dans une position fixe prédéterminée et en munissant le creuset 16 de plusieurs buses 15, par exemple trois comme représenté en traits mixtes à la fig. 3, s'étendant toutes à l'aplomb du couloir en zig-zag 100 Quel que soit le procédé de coulée mis en oeuvre, la forme particulière du moule 12 assure un remplissage complet des intervalles 6 et 61 et des couloirs 10 délimités de part et d'autre du tube 11 en métal en fusion qui est ainsi amené à entourer le tube Il pour constituer, perpendiculairement à ce dernier, des éléments d'échange latéraux 17 et 171, en forme d'ailettes, reliés entre eux par des pieds 18 présentant la même conformation que les deux couloirs latéraux 10e Après refroidissement du métal coulé, refroidissement qui peut etre naturel ou forcé par une soufflerie ou par une circulation d'un fluide approprié à l'intérieur des âmes 3, les demicoquilles 1 et 11 sont déplacées dans le sens des flèches fl et f, comme représenté à la fig. 5, de manière à dégager progressivement les séries d'éléments d'échange latéraux 17 et 171. Le retrait complet des demi-coquilles 1 et 11 permet de dégager l'échangeur de chaleur 19 réalisé qui comporte autour du tube 11 deux séries d'ailettes alternées maintenoesen conduction thermique par l'intermédiaire des pieds de liaison 18, de manière à leur faire entourer complètement le tube 11 sur lequel elles sont fermement maintenues et appliquées par le retrait de la matière consécutif au refroidissement. L'échangeur 19 ainsi obtenu est ensuite soumis à différentesopérations secondaires de finition et d'adaptation dont la nature est déterminée en fonction de l'application particulière et, notamment, de l'énergie de chauffage devant être mises en oeuvre. Par exemple, les parties terminales du tube 11 peuvent être reliées à des tubulures d'entrée et de sortie dans le cas où l'échangeur 19 doit être alimenté en un fluide quelconque préalablement chauffé, devant circuler dans le tube 11 pour transmettre une partie, au moins, de sa chaleur aux éléments d'échange 17 et 171 qui, dans certains cas, peuvent etre soumis à l'action d'un courant d'air pour accroître la transmission de chaleur dans le milieu ambiant.Le tube 11 peut également entre soumis à une autre opération consistant à placer à l'intérieur dudit tube une ou plusieurs résistances électriques noyées dans un enrobage réfractaire extérieurement auquel elles forment ou comportent des plots, des broches, des prises, des fiches ou autres organes analogues de raccordement de conducteurs électriques Ces différentes opérations peuvent être suivies ou précédées par un usinage, dit de finition, con sistant par exemple à dresser les différentes faces du bloc formé par les éléments d'échange pour éliminer complètement les carottes ou bavures de moulage et conférer à l'échangeur un meilleur aspect esthétique ainsi qu'une conformation locale appropriée à son application et à sa mise en place futures. Dans ce qi précède, on indique que le métal en fusion délivré par le ou les buses 15 est coulé à l'intérieur des demi-coquilles mais,d#certains cas ces demi-coquilles peuvent évidemment être réalisées pour que les éléments d'échange 17 et 17 soient moulés sous pression. Ainsi que cela ressort des dessins et de la description qui précède, la mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, permet de réaliser un échangeur de chaleur comportant des élé- ments d'échange en forme d'ailette, régulièrs d'aspect# et de constitution, maintenus en bonne liaison thermique , d'une part avec le tube 11 et, d'autre part, entre eux, par l'intermédiaire des pieds 18 et présentant, en outre, une très grande résistance mécanique permettant d'envisager sans aucun risque de détérioration tous les modes de montage, de fixation et de support d'un ou plusieurs échangeursg En outre, la résistance mécanique propre des éléments d'échange 17 et 171 confère à l'échangeur 19 un caractère monobloc susceptible de supporter sans dommage des opérations d'usinage ultérieures destinées, par exemple, à modifier localement le contour longitudinal de lté- changeur ou le profil particulier de certains des éléments d'échange pour les adapter à la réalisation particulière des structures ou organes de support dans lesquels ledit échangeur est incorporés Bien que cela ne soit pas représenté, on comprend que les flancs des différentes dents 4 de chaque demi-coquilles peuvent etre réalisés pour délimiter des intervalles 6 présentant une légère dépouille destinée à faciliter le retrait des demi-coquilles 1 et 11 dans le sens des flèches fi et f2 après refroidissement du métal coulé formant les éléments d'échange 17 et 171. Outre les différents avantages mentionnés cidessus, il y a lieu de remarquer que les éléments d'échange 17 et I71 présentent, entre eux, ceinre cela apparaît à la fig, 5, une disposition alternée qui permet d'obtenir un très bon échange thermique, en particulier lorsqu'il est prévu de favoriser cet échange par l'intermédiaire d'une circulation d'air, par exemple créée par un ventilateur orienté pour que la veine d'air qu'il produit soit amenée à traverser l'échangeur parallèlement aux différents plans des éléments d'échange 17 et 171 orientés pour être présentés simultanément à cette veine d'air. Dans ce qui précède, on indique que les éléments d'échange 17 et 171 sont formés pour entourer le tube 11 de section cylindrique mais il est bien évident que ce tube peut également présenter une autre section en fonction des applications envisagées et, dans un tel cas, les demi-coquilles 1 et 11 sont initialement usinées pour que les encoches 9 correspondent chacune à la demi-section du tube considérés La fig. 6 montre que chaque demi-coquille 1 peut être réalisée initialement pour comporter des dents 20 parallèles entre elles mais s'étendant suivant une certaine inclinaison par rapport à l'axe longitudinal passant par le centre géométrique des encoches 9.Dans un tel cas, il est évident qu'il est nécessaire de disposer de deux demi-coquilles, non représentées, analogues et complémentaires, mais non identiques, de manière que leur mise en place et leur maintien-, comme illustré à la figo 3, permettent de donner une même inclinaison aux différentes dents 20, de façon à constituer après coulée du métal en fusion deux séries d'éléments d'échange- 21 et 211 alternés les uns par rapport aux autres, reliés par des ponts 22 et inclinés dans le même sens par rapport à l'axe longitudinal d'un tube 23 emprisonné avant la coulée entre les demi-coquilles l-et 11.Comme cela apparaît aux fig. 7 et 8, on obtient alors un échangeur de chaleur 24 dont l'inclinaison relative des éléments d'échange 21 et 211 permet en particulier dans le cas d'amélioration de diffusion thermique par l'intermédiaire d'une circulation d'air, de perturber et de changer ltorientation initi.ale de la veine soufflée, comme représenté par les flèches f3 à la fig. 8, de façon à améliorer encore l'échange thermique avec le milieu ambiant. Il est évident que pour accroître encore les caractéristiques d'échange thermique, il est également possible de réaliser initialement les demi-coquilles pour que les éléments d'échange 17, 171 ou 21, 21 présentent, par rapport à l'axe de de déplacement de la veine de circulation, des ondulations plus ou moins prononcées, de manière à perturber la veine d'air en vue d'améliorer le coefficient d'échange de chaque élément.A titre d'exemple, les différents éléments d'échange 17, 17 ou 21, 211 peuvent présenter en plan une conformationenchevron à sommets et fonds tronqués ou arrondis0 La figo 9 montre que le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour la consitution d'un échangeur comportant deux ou plus de deux tubes 11 à directions parallèles ou non délimitant un ou plusieurs circuits parcourus par un ou plusieurs fluides préalablement chauffés ou contenant une ou plusieurs résistances électriques0 Bien que cela ne soit pas représenté, une telle disposition peut également être mise en oeuvre pour la constitution d'un échangeur comportant des éléments d'échange 21, 211 comme ceux représentés aux fig. 7 et 80 L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y etre apportées sans sortir de son cadre# BEVENDICAIIONS 1 - Procédé de constitution d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'on utilise deux demi-coquilles en forme de crémaillère ou de peigne, en ce qu'on dispose face à face deux demi-coquille analogues pour emboîter au moins un élément chauffant, en ce qu'on assujettit les demi-coquilles l'une par rapport à l'autre dans une position déterminée pour laquelle les dents qu'elles présentent sont décalées les unes par rapport aux autres pour délimiter, au niveau de leurs sommets en regard au moins un couloir longitudinal sinueux, en ce qu'on place les demi-coquilles sur un lit de coulée pour disposer le couloir à l'aplomb d'au moins une buse délivrant un métal en fusion amené à remplir progressivement les deux demi-coquilles en entourant simultanément l'élément chauffant, puis, après refroidissement, en ce qu'on extrait les deux demi-coquilles pour dégager totalement l'échangeur de chaleur constitué par ltélé- ment chauffant et par les différents éléments d'échange l'entournant et formés par le métal préalablement amené à remplir les différents intervalles. 2 - Mode d'exécution suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet le moule constitué par les demi-coquilles à un déplacement relatif par rapport à la buse de coulée. 3 - Mode d'exécution suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace simultanément de façon différentielle le moule et la buse. 4 - Outillage pour la mise en oeuvre du procédé et du mode d'exécution suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux demi-coquilles, en forme de crémaillère ou de peigne, comportant des dents décalées et alternées les unes par rapport aux autres après assemblage des demi-coquilles et présentant, chacune, à partir de leur sommet, au moins une encoche pour emboîter au moins un élément chauffant maintenu entre les demi-coquilles.par l'action de serrage de deux joues latérales assujettissant lesdites demi-coquilles. 5 - Outillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque demi-coquille est réalisée pour que les dents extrtmes qu'elle comporte. présentent des portées d'appui pour les portées homologues des dents extrêmes de la demi-coquille opposée. 6 - Outillage suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les différentes dents de chaque demi-coquille sont tronquées. 7 - Outillage suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque demi-coquille comporte des dents parallèles entre elles s'étendant suivant un plan quelconque par rapport à l'axe longitudinal de la demi-coquille. 8 - Outillage suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'élément chauffant est constitué par un conduit tubulaire traversé par un fluide préalablement chauffé. 9 - Outillage suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'élément chauffant est constitué par un conduit tubulaire contenant, au moins, une résistance électrique noyée dans un enrobage réfractaire remplissant ledit conduit. 10 - Outillage suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que les dents de chaque demi-coquille présentent un profil longitudinal quelconque. 11 - Le produit industriel nouveau, constitué par un échangeur de chaleur faisant application des moyens décrits dans les revendications précédentes.