Brevet FR2229032A1 — publié le 19741206

La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur du type comportant un faisceau de tubes parallèles et au moins un collecteur sur lequel sont fixés les tubes de ce faisceau. Les échangeurs connus de ce type, par exemple ceux décrits dans la demande française 70.18 408, présentent le double inconvénient de nécessiter des dispositifs de fixation des tubes sur le collecteur délicats à réaliser, donc coûteux, et d'être difficilement ou même pas du tout démontables, alors qu'il est fréquent de devoir remplacer un tube détérioré. C'est pourquoi l'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, a cet effet, elle a pour objet un échangeur de chaleur du type précité, caractérisé en ce que les tubes sont emmanchés sur des éléments males dans chacun desquels est ménagé un passage axial communiquant avec le collecteur et dont la surface latérale extérieure est convergente en s'éloignant de ce collecteur, les tubes étant serrés sur ces éléments mâles au moyen d'une plaque de serrage percée d'ouvertures permettant le passage de ces tubes,et des moyens étant prévus pour déplacer cette plaque en translation parallèlement aux axes des tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de divers modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 est une vue partielle, en perspective et en coupe partielle, d'un premier mode de réalisation d'échangeur de chaleur selon l'invention; la Fig.2 est une vue en coupe,à plus qrande échelle,d'un détail de cet échangeur de chaleur prise suivant la liane 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue analogue d'une variante de ce détail; la Fig. 4 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 d'un second mode de réalisation d'échangeur de chaleur selon l'invention; la Fig. 5 est une vue en coupe et de détail d'un troisième mode de réalisation d'échangeur de chaleur selon I'invention;; la Fig. 6 est une vue de dessus d'une variante de réalisation de la plaque de serrage. L'échangeur de chaleur des Fig. 1 et 2 comprend un faisceau de tubes 1à peu pres cylindriques, identiques et à axes verticaux, un collecteur 2 horizontal et une plaque de serrage 3 également horizontale. Cet échangeur est destiné à échanger de la chaleur entre un premier fluide circulant dans les tubes 1 et le collecteur 2, et un second fluide extérieur. Ces deux fluides peuvent être soit tous les deux liquides, soit tous les deux gazeux, soit encore l'un liquide et l'autre gazeux. Les différents éléments constituant l'échangeur sont en des matières résistantes à la corrosion par le ou les fluides auxquels ils sont exposés, ou, à défaut, revêtus d'une couche d'une telle matière. En particulier, le collecteur 2 peut être en fonte revêtue. Le collecteur 2, de forme allongée et de section utile à peu près rectangulaire, est muni sur une face d'éléments mâles de révolution ou tubulures 4 venues de matière et dans chacun desquels est ménagé un passage axial 5 à peu près cylindrique, de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur des tubes 1 et communiquant avec l'intérieur du collecteur 2. La surface latérale extérieure 6 des tubulures 4 est sensiblement tronconique et convergente en s'éloignant du collecteur, le plus petit diamètre de cette surface étant à peu près égal au diamètre intérieur des tubes 1. Le nombre de tubulures 4 est égal au nombre des tubes 1. Des échancrures verticales 7 sont ménagées dans les faces latérales du collecteur 2, alternant avec les tubulures 4 les plus proches de ces faces latérales. La plaque de serrage 3, rectangulaire et de largeur sensiblement égale à celle du collecteur, est percée de trous 8 en nombre égal au nombre de tubes 1. Ces trous 8, tous identiques, ont une surface latérale 9 tronconique et de même conicité que les tubulures 4, et leur plus petit diamètre est légèrement supérieur au diamètre extérieur des tubes 1. La disposition en plan des trous 8 est la même que celle des tubulures 4 du collecteur 2.. De plus, des trous 10 cylindriques sont ménagés le long des grands côtés de la plaque 3; ces trous 10 ont la même disposition que les échancrures 7 du collecteur. Les tubes 1 traversent les trous 8 de la plaque de serrage 3 et sont emmanchés sur les tubulures 4 respectives; ils présentent donc une forme évasée dans leur zone de fixation sur le collecteur. Pour permettre cet évasement, les tubes 1 sont en une matière suffisamment malléable; de façon avantageuse, ils sont en matière plastique, dont on connaît la résistance à la corrosion. Des vis 11 à axes verticaux,dont la tête prend appui sur la face du collecteur opposée aux tubes,sont disposées dans les échancrures 7 du collecteur;ellestraversent les trous 10 de la plaque de serrage et, sur leur partie filetée saillante, est disposé un écrou 12. Lorsque l'on serre les écrous 12, la plaque de serrage 3 tend à se rapprocher du collecteur 2; la partie évasée des tubes 1 se trouve donc coincée entre les surfaces tronconiques 6 des tubulures 4 et 9 des trous 8; la distance b séparant alors la plaque 3 du collecteur 2 est, avantageusement, au moins égale au triple de l'épaisseur des tubes. Pour augmenter l'efficacité de ce serrage, la surface 6 des tubulures 4 peut être moletée. Lorsqu'un tube 1 est détérioré, il suffit de desserrer les écrous 12 pour libérer ce tube et le remplacer par un nouveau tube 1. Cependant, les tolérances de fabrication du collecteur et de la plaque de serrage ont pour conséquence que les axes des trous 8 de cette plaque et ceux des tubulures 4 ne se correspondent pas toujours avec suffisamment de précision. Aussi la variante de réalisation de la Fig. 3 est-elle particulièrement avanta gueuse. Dans cette variante, les trous 8 de la plaque 3 sont cylindriques et de diamètre nettement supérieur au diamètre extérieur des tubes 1, et ils prennent appui sur une collerette extérieure 13 d'une bague 14 dont la surface latérale extérieure 15 est cylindrique et dont la surface latérale intérieure 16 est tronconique et de même conicité que les tubulures 4, le plus petit diamètre de cette surface 16 étant légèrement supérieur au diamètre extérieur des tubes 1. Ainsi, on rattrappe les légers décalages entre les axes des trous 8 de la plaque de serrage et ceux des tubulures 4. L'échangeur de chaleur de la Fig. 4 est dans son ensemble analogue à celui des Fig. 1 et 2. Cependant, les tubulures 4 présentent un épaulement 17 et sont prolongées du côté de leur grande base par une partie cylindrique 18 qui s'adapte dans des trous 19 ménagés dans le collecteur; des cordons de soudure 20 fixent les tubulures à demeure sur le collecteur. De plus, la plaque de serrage prend appui sur une surface d'extrémité de bagues 21 dont la surface latérale extérieure est cylindrique et dont la surface latérale intérieure est identique à celle des bagues 14 de la Fig. 3t les trous 8 de la plaque 3 sont cylindriques et de diametre nettement supérieur au diamètre extérieur des tubes 1.Enfin, les echancrures 7 de la Fig. 1 sont remplacées par des trous 22 et 23 à axes verticaux, ménagés dans les deux faces horizontales du collecteur; dans chaque couple de trous associés 22-23 est disposé un manchon 24 soudé extérieurement sur ces deux faces;les trous 10 de la plaque 3 sont taraudes, et des vis 25, traversant les manchons 24, sont vissées dans ces trous 10. L'échangeur de chaleur dont un détail est représenté à la Fig. 5 diffère du précédent en ce que les tubulures 4, au lieux d'être fixées à demeure sur le collecteur 2, sont amovibles et sont serrées sur ce collecteur par la plaque 3 et les bagues 21 en méme temps que les tubes 1, un joint d'étanchéité 26 étant lis- posé entre l'épaulement 17 de chaque tubulure et le collecteur I1 est bien évident que les différents modes de fixation des tubulures sur le collecteur, l'utilisation ou non de bagues avec ou sans collerettes et les différents modes de dOplacement de la plaque de serrage par rapport à ce collecteur peuvent être combinés de différentes façons autres que celles représentées- aux dessins. La plaque de serrage 3 peut tre d'épaisseur constante, comme représenté aux Fig. 1 à 5, ou, dans un but d'allègement DU de moindre cott, elle peut Btre évidée partiellement ou totalement entre des nervures 27 de hauteur convenable prévues en partlrl Pr à l'emplacement des trous 8 (Fig. 6). Dans ce cas, la plaque 3 peut être bordée d'un cadre plein perc8 de trous 10 destinés X recevoir les tiges filetées des vis 11. ou 25 (non représenté). Les échangeurs de chaleur selon l'invention s'assemblent c rapidement et aisément, puisque tous les tubes sont fixés simulta- nément sur le collecteur, et ils permettent le remplacement ailé d'un tube détérioré. - REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur du type comportait un faisceau de tubes parallèles et un collecteur sur lequel sont fixés les tubes de ce faisceau, et dans lequel les tubes sont emman chés sur des éléments mâles dans chacun desquels est ménagé un pas sage axial communiquant avec le collecteur et dont la surface laté rale extérieure est convergente en s'éloignant de ce collecteur, caractérisé en ce que tous les tukes(l)sont serrés sur ces éléments mâles (4) au moyen d'une plaque de serrage (3) commune percée d'ouvertures (8) permettant le passage de ces tubes ,des moyens (11-12, 25) étant prévus pour déplacer cette plaque (3) en translation parallèlement aux axes des tubes (1). 2.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ouvertures de la plaque de serrage sont des trous (8) en nombre égal au nombre de tubes (1) du fais ceau et qui présentent chacun une surface latérale (9) complémentaire de la surface latérale extérieure (6) des éléments mâles (4). 3.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de serrage (3) prend appui sur des bagues (14, 21) disposées chacune autour d'un tube (1) et dont la surface intérieure (16) est complémentaire de la surface latérale extérieure (6) des éléments mâles (4). 4.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque de serrage (3) prend appui sur une surface d'extrémité desdites bagues (21). 5.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites bagues (14) sont munies chacune d'une collerette extérieure (13) sur laquelle prend appui la plaque de serrage (3). 6.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement de la plaque de serrage sont constitués par des boulons (11-12). 7.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement sont constitués par des vis (25). 8.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments mâles (4) présentent une surface latérale extérieure (6) tronconique.