Brevet FR2068627A1 — publié le 19710827

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'échangeurs de chaleur à plaques de radiation, que l'on utilise comme éléments pour les appareils de chauffage électrique, les appareils réfrigérants, les appareils à air conditionné, les condenseurs, etc... 5 Généralement, afin d'assurer une conduction efficace de la chaleur dans un échangeur, il est essentiel que chaque tuyau soit étroitement inséré dans chaque plaque de radiation. Pour ce faire, plusieurs procédés de fabrication ont été proposés, procédés qui consistent, par exemple, à insérer un tuyau dans un trou ayant une circonférence inférieure à celle dudit tuyau, au moyen 10 d'un outil à marteler, ou à introduire et passer à travers chaque tuyau, inséré assez lâchement dans le trou de la plaque de radiation, un manchon ayant un diamètre légèrement plus grand que le diamètre interne du tuyau, de sorte qu'il dilate le tuyau de l'intérieur et permet l'ajustage convenable du tuyau dans le trou de la plaque de radiation. 15 Le premier de ces procédés a pour inconvénient que les surfaces du tuyau peuvent se trouver endommagées et que les plaques de radiation se trouvent particulièrement détériorées en raison de la distorsion. Le deuxième procédé n'est guère plus satisfaisant en raison des difficultés qu'entraîne l'insertion du manchon dans le tuyau, opération qui demande une très grande force 20 d ' entraînement/jui doit être fournie par un outillage de grandes dimensions, donc d'encombrement important, et en raison du fait que le tuyau est quand même endommagé par des fissures ou des égratignures qui sont fatales pour un échangeur de chaleur. Cette invention évite les inconvénients mentionnés ci-dessus et apporte 25 une amélioration dans le procédé de fabrication des échangeurs de chaleur. Selon cette invention, dès que les tuyaux sont obtenus sous la forme et le calibre voulus, ils sont passés à travers un nombre déterminé de plaques de radiation parallèles. On les remplit alors d'un liquide susceptible de se dilater par expansion thermique, tel de l'eau. Les plaques de radiation sont 30 chauffées à une température supérieure à celle de l'ébullition du liquide contenu dans les tuyaux, ce qui, du fait de 1'évaporation, cause l'expansion desdits tuyaux de l'intérieur. Les tuyaux s'élargissent donc de l'intérieur, ce qui assure un ajustage parfait de ceux-ci dans les trous des plaques de radiation. 35 En bref, la présente invention a pour objet un nouveau procédé de fabri cation d'échangeurs de chaleur qui possèdent des plaques de radiation (ou d'absorption) de chaleur, présentant une plus grande capacité de réception de la chaleur. Pour ce faire, les tuyaux sont remplis d'un liquide susceptible de subir une expansion thermique, puis sont chauffés à une température 40 élevée dans un four, pour que lesdits tuyaux soient élargis dans leurs cadres, 70 23279 2 2068627 à savoir, les trous des plaques de radiation, grâce à l'expansion dë volume causé par 1'évaporation du liquide. L'invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide d'exemples, en référence au dessin annexé dans lequel : 5 - la figure 1 représente un tuyau d'échangeur de chaleur ajusté assez lâchement dans le trou d'une plaque de radiation; - la figure 2 représente ce même tuyau, après ajustage dans le trou de la plaque de radiation selon le procédé faisant l'objet de l'invention; - la figure 3a_ représente une unité de base avant le montage des tuyaux 10 courbés et des valves; - la figure 3b_ représente une vue de côté d'une unité de base complète; - la figure 4 est un schéma montrant les différentes phases du procédé selon l'invention; - la figure 5 est une vue en plan d'une plaque de radiation; 15 - la figure 6 est une coupe selon la ligne I-I de la figure 5; - la figure 7 est une vue en plan d'une autre forme de réalisation d'une plaque de radiation; et, - la figure 8 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 7. Comme il ressort de la figure 1, les tuyaux sont montés dans les trous 20 20 des plaques de radiation 2. Ils sont insérés de façon assez lâche, ainsi qu'on le voit à la figure 1, selon laquelle le diamètre du trou 20 est plus grand que le diamètre externe du tuyau 1. Les extrémités des tuyaux sont ensuite reliées les unes aux autres par des tuyaux courbes 3, ce qui donne un seul tuyau en forme de zigzag (figure 3b). Dans ce cas, les deux 25 extrémités 10 et 11 restent ouvertes et sont utilisées pour fournir et évacuer le moyen d'échange calorifique. Les tuyaux courbes sont soudés avec ou insérés dans les tuyaux 1. L'unité de base A de 1'échangeur de chaleur est ensuite pourvue d'une paire de valves 12^ et 122» comme on le voit à la figure 3b. Ces valves 12^ et 12^ sont utilisées pour la poursuite du procédé et sont enle-30 vées une fois l'unité de base A terminée. Des modifications peuvent être apportées de diverses façons à l'unité de base A sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les tuyaux peuvent être beaucoup plus petits, atteignant la taille d'épingles à cheveux, sur lesquels les plaques de radiation sont montées. 35 De préférence, avant de mettre en place les tuyaux courbes, lorsque l'unité se présente comme on le voit à la figure 3£, les tuyaux 1 sont trempés dans un bain 4 de solvant tel que du "Trifulène" pour enlever toute graisse se trouvant soit à l'intérieur, soit à l'extérieur. Tout d'abord, la valve 12^ est fermée, obturant ainsi l'extrémité 10 du 40 tuyau en zigzag (figure 3b) et un liquide capable d'une expansion thermique, 70 23279 3 2068627 tel que de l'eau, est fourni pour remplir les tuyaux 1 par la valve 12„ à une pression d'environ 25 kg/cm au moyen d'une pompe à haute pression P. La valve 122 est alors fermée, pour que le liquide reste 'hermétiquement retenu dans les tuyaux 1. La pompe à haute pression P ne sert pas à l'expansion des 5 tuyaux sous une pression extérieure, mais à empêcher l'apparition de bulles qui auraient tendance à être la cause d'une expansion incomplète du volume liquide. A ce stade, les tuyaux sont encore assez lâchement soutenus dans les trous 20 des plaques de radiation 2. L'unité de base A ainsi construite, renfermant hermétiquement de l'eau ¥ 10 dans les tuyaux 1, est amenée dans un four à air chaud 5 et est chauffée à une température très élevée d'environ 135° C à 240° C (ou plus), pendant à peu prés une demi-heure. La température du four et la durée du chauffage dépendent de la taille et de l'épaisseur des tuyaux; par exemple,dans le cas de tuyaux de cuivre de 0,4 mm d'épaisseur ayant un diamètre de 9,5 mm, l'unité 15 de base A a séjourné dans le four pendant une demi-heure, avec succès, à une température maximum de 250° C. Dans le four 5, l'unité A est chauffée totalement. Les tuyaux 1 sont suffisamment chauffés grâce à la bonne conduction des plaques de radiatlsn 2, pour que l'eau W qu'ils renferment soit chauffée de façon totale et régulière, 20 Lorsque la température de l'eau W atteint le point d'ébullition et l'excè de, l'eau s'évapore pour former une vapeur saturée,'augmentant ainsi considé-rableihent de volume et, enfin, est transformée d'une vapeur sèche en une vapeur extrêmement chauffée, accompagné d'une expansion intense de volume tant que l'on continue à chauffer. Les surfaces intérieures des tuyaux 1 subissent 25 une pression intérieure créée par l'expansion du volume de l'eau W, assurant ainsi un contact étroit entre les tuyaux 1 et la périphérie des trous 20, ce dont résulte un ajustage parfait des tuyaux 1 dans les trous 20. L'unité de base A, qui comprend des tuyaux 1 insérés dans les plaques de radiation 2, est sortie du four à air chaud 5, et est passée à travers un cou-30 loir de refroidissement où circule de l'air froid venant d'en bas pour refroidir progressivement l'unité. Les valves 12^ et 122 sont ensuite ouvertes pour laisser échapper l'eau W du tuyau 1, eau qui est remplacée par de l'air i) comprimé (environ 25 kg/cm"') fourni par une bouteille d'air comprimé 7. Enfin, l'unité A est passée à travers une cuve 8 contenant de l'eau où elle est 35 contrôlée pour déceler d'éventuelles fuites. Après ce contrôle, les valves 12^ et 122 sont enlevées et l'unité A est réglée et apprêtée selon le modèle dans lequel l'unité A doit être incorporée. L'unité A est alors séchée dans un séchoir 9. Les plaques de radiation 2 sont pourvues de renflements en forme de tri-40 angles 13 disposées convenablement entre les trous 20. La partie supérieure 70 23279 4 2068627 de ces renflements est alignée avec la direction de l'arrivée de l'air chaud (ou froid) et la base desdits renflements est fendue pour permettre le passage de l'air. Ces fentes sont désignées par la référence 14. La présence de ces renflements est avantageuse du fait qu'elle augmente la surface de conduc-5 tion des plaques de radiation. La capacité de conduction de la chaleur se trouve considérablement améliorée et de ce fait, l'eau W comprise dans les tuyaux 1 est chauffée très efficacement en très peu de temps. Une telle forme d'exécution des plaques de radiation 2 est très avantageuse dans un échangeur de chaleur, du fait qu'un courant d'air agité, très souhaitable, se produit 10 entre les plaques de radiation 2 grâce à l'effet de partage et de regroupement des renflements en forme de triangle 13. Une autre forme d'exécution, représentée aux figures 7 et 8, comprend des renflements semi-circulaires 15, joints les uns aux autres par des rainures 16; cette disposition se traduit par une augmentation de la surface de 15 conduction de la chaleur et la capacité de recevoir de l'air chaud (ou froid) provenant de toutes les directions, ce qui contribue beaucoup à l'échange calorifique. Plus particulièrement, l'addition des rainures 16 peut faire d'une plaque à radiation un échangeur de chaleur indépendant, avec une grande possibilité d'échange d'air entre les plaques attenantes, ce dont résulte 20 une efficacité d'échange de chaleur doublement augmentée. Ces renflements contribuent aussi à augmenter la rigidité des plaques de radiation 2 dans une très grande mesure. Par le procédé sefon 1'invention, il est évident que les tuyaux soutenus lâchement dans les trous des plaques de radiation seront dilatés grâce à 25 l'expansion thermique du volume de liquide contenu à l'intérieur, assurant donc un ajustage parfait des tuyaux dans les trous. Il est particulièrement avantageux que le liquide soit constamment chauffé au-dessus du point d'ébulli-tion, ce qui le transforme en une vapeur saturée, donnant ainsi la possibilité d'une expansion intense de volume, suivie d'une augmentation de température. 30 Donc, sans égard ni au diamètre, ni à l'épaisseur, n'importe quel genre de tube ou de tuyau peut subir une expansion sur toute sa. longueur de façon égale, ce qui est un grand avantage en ce qui concerne un tuyau de petit diamètre, que l'on aurait des difficultés à élargir par la mise en oeuvre de procédés classiques. Les tuyaux peuvent absorber une grande quantité de cha-35 leur par les plaques de radiation, ce qui entraîne l'augmentation de la capacité de celles-ci quant à la réception de la chaleur et facilite la conduction de la chaleur dans les parties des plaques de radiation avec lesquelles les tuyaux sont en contact, le résultat étant que cette partie des tuyaux peut subir des changements physiques, assurant une expansion plus efficace 40 que celle donnée par les autres parties du tuyau qui ne se trouvent pas en 70 23279 5 2068627 contact avec les plaques. En conséquence, une expansion non voulue de certaines parties des tuyaux qui ne se trouvent pas en contact avec les plaques de radiation est ainsi facilement évitée, alors que les parties se trouvant en contact avec les plaques subiront une expansion effective pour assurer un ajustage parfait. De cette façon, selon l'invention, 1'échangeur de chaleur peut être fabriqué avec une grande facilité et une grande sécurité, à un coût minime par utilisation d'eau normale comme moyen d'expansion. i 70 23279 6 2068627 REVENDICATIONS 1.-Procédé de fabrication d'échangeurs de chaleur formés de plaques de radiation traversées par des tuyaux, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire lesdits tuyaux de n'importe quelle forme ou taille dans les plaques de 5 radiation pourvues de renflements et de rainures à fentes, à remplir les tuyaux d'un liquide susceptible d'une expansion thermique par le chauffage des tuyaux enfilés dans les plaques, à des températures élevées, dans un four, ce qui provoque une expansion thermique du liquide et fait dilater les tuyaux à partir de l'intérieur assurant ainsi un contact parfait entre lesdits tuyaux 10 et la périphérie des trous par lesquels ils sont introduits dans les plaques de radiation. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyaux sont soutenus de manière lâche dans les plaques de radiation et réunis les uns aux autres par d'autres tuyaux courbes afin de former une unité en zigzag 15 dont les deux extrémités restent ouvertes et auxquelles on adjoint une paire de valves. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide est introduit dans les tuyaux sous haute pression, empêchant ainsi la présence de bulles gênantes à l'intérieur des tuyaux. 20 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four est construit de telle manière que l'entrée et la sortie dudit four ont une température plus basse que celle du milieu du four, permettant ainsi aux tuyaux qui y passent de subir un changement progressif de température. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 25 en ce que, avant de monter les tuyaux courbes, les plaques de radiation et les tuyaux qu'elles portent sont trempés dans un bain de solvant pour enlever la graisse se trouvant éventuellement soit à l'intérieur, soit à l'extérieur. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'avant de passer à travers une cuve d'eau, le liquide est complètement 30 remplacé par de l'air comprimé, ce qui facilite le contrôle de fuites éventuelles dans l'eau.