Brevet FR2233587A1 — publié le 19750110

La présente invention concerne les échangeurs à faisceaux tubulaires dont les tubes sont disposés à l'intérieur dtune enveloppe et sont réunis à leurs extrémités à des collecteurs, des cloisons intermédiaires parte îles étant, en outre, prévues à l'intérieur de ltenveloppe pour qu'lu premier fluide circulant dans celle-ci suive un trajet complexe, tandis qu'un second fluide parcourt les tubes depuis l'un jusqu'à l'autre collecteur. Jusqu a présent, les collecteurs des échangeurs de ce type sont fabriqués à partir d'une plaque métallique épaisse dans laquelle on usine des trous au moyen de perceuses, trous qui# servent à recevoir les extrémités des tubes oui sont ensuite dudgeonnés à l'intérieur desdits collecteurs. De façon analogue, les cloisons intermédiaires sont constituées par des disques métalliques dans lesquels on perfore également des trous pour le passage des tubes. Il est fréquent, en outre, que lesdites cloisons intermédiaires soient usinées à leur périphérie pour permettre la mise en place de joints as sur rant l'étanchéité avec la partie correspondante de la paroi interne de l'enveloppe. Tes opérations de perçage des collecteurs et des cloisons intermédiaires de même que les opérations de dudgeonnage des tubes dans les collecteurs sont des opérations d'usinage longues et donc coûteuses. La présente invention crée un nouvel échangeur permettant une fabrication beaucoup plus économique. Conformément à cette première disposition de l'invention, l'échangeur est caractérisé en ce que les extrémités des tubes sont conformées pour présenter en section la forme de polygones complémentairesavec leurs parois respectives en contact d'une part, les unes avec les autres et d'autre part les unes avec les autres et avec la paroi de chaque collecteur qui présente une conformation complémentaire à celle des tubes qui lui sont contigus. L'invention concerne, par ailleurs, un procédé de fabrication dudit échangeur et, selon cette seconde disposition de l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on engage les tubes dans les cloisons intermédiaires préalablement perforées, de sorte qu'on constitue un faisceau tubulaire dans lequel les tubes occupent une position correcte, en ce qu'on pratique dans chacun des collecteurs une ouverture de grande dimension dont le bord est conformé en secteurs hexagonaux, en ce qu'on enfile lesdits collecteurs sur l'extrémité desdits tubes et en ce qu'on déforme l'extrémité cylindrique desdits tubes pour les amener à présenter une forme hexagonale faisant que les tubes sont en contact mutuel les uns avec les autres et avec le bord de l'ouverture de chaque collecteur. Pour exécuter le procédé ci-dessus, l'invention s 1étend, en outre, à un outillage particulier facilement adaptable pour la fabrication d'échangeurs de dimensions différentes. Suivant cette troisième disposition de l'invention, l'outillage est caractérisé en ce qu'il comporte des poinçons présentant chacun un corps hexagonal prolongé par-une tête sensiblement cylindrique ou tronconique, des jeux de poinçons identiques étant fixés à deux plaques opposées faisant partie d'une presse déplaçant lesdites deux plaques pour que lesdits poinçons qu'elles comportent soient simultanément engagés dans les deux extrémités des tubes munis de leur collecteur. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe-élévation schématique d'un échangeur à faisceaux tubulaires faisant application de l'invention La fig. 2 est une élévation d'un des organes de lléchan- geur de la fig. 1. La fig. 3 est une élévation d'un autre organe de l'échangeur de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe schématique montrant comment l'échangeur est fabriqué. La fig. 5 est une coupe vue suivant la ligne V-V de la fig. 2. L'échangeur représenté à la fig. 1 comporte une enveloppe 1 dans laquelle débouchent deux conduits 2, 3 pour diriger à l'intérieur de l'enveloppe I un premier fluide. Cette enveloppe contient deux collecteurs respectivement 4 et 5 dont l'un, celui désigné par 4, est fixe et dont l'autre, celui désigné par 5, est mobile pour compenser la dilatation des tubes de circulation 6 d'un second fluide, tubes qui relient les deux collecteurs. lie second fluide est amené par des couvercles 7, 8 fermant l'enve- loppe 1. Selon l'invention, les collecteurs 4 et 5 sont percés chacun d'une ouverture 9 (fig 2) dont le bord délimite une succession d'hexagones partiels dont le nombre dépend du nombre de tubes de circulation 6 que doit comporter 11 échangeur. Afin que le premier fluide suive un trajet sinueux à 1 'inté- rieur de l'enveloppe 1 des cloisons partielles 10 sont disposées dans cette enveloppe et enfilées sur les tubes. Ces doisons partielles sont représentées à la fig. 5 et présentent des trous 11 pour le passage des tubes. Une partie du bord périphérique de chaque sloison 10 est conformée à la forme exacte de la paroi interne de l'enveloppe 1 pour bien appliquer contre celle-ci. les cloisons 10 dans l'échangeur de l'invention sont avantageusement fabriquées par moulage, notamment en résine synthétique du genre polyamide ou analogue, bien qu'elles puissent, le cas échéant, etre fabriquées en métal avec des trous Il usinés par perçage. Lorsque les cloisons sont fabriquées en résine synthétique ou en élastomère, alors l'étanchéité tant avec les tubes sur lesquels elles sont enfilées qu'avec la paroi de l'enveloppe 1 est bien assurée et, en outre, la fabrication desdites cloisons est très simplifiée par rapport à des cloisons métalliques usinées. Pour maintenir à écartement correct les cloisons 10 différents moyens de la technique peuvent être mis en oeuvre par exem- ple des pinces-entretoises montées sur certains des tubes de circulation 6 ou, encore, des tiges ou tubes-entretoises 12 prenant appui contre les faces internes des-collecteurs 4 et 5. Pour fabriquer I' échangeur, on procède comme suit On engage les tubes 6 qui sont cylindriques dans les trous 11 des cloisons 10. De cette façon, on constitue un faisceau dans lequel les tubes sont correctement espacés les uns par rapport aux autres. On met, ensuite, en place les organes d'entretoisement des cloisons 10. S'il s'agit de tubes ou barres 12, ceux-ci sont engagés dans des trous lia des cloisons 10 et on mate ou déforme autrement lesdits tubes ou barres 12 de part et d'autre des cloisons 10 comme montré en 13 à la fig. 4. Une autre opération consiste à mettre en place les deux collecteurs 4 et 5 en engageant l'extrémité des tubes 6 dans les ouvertures 9 desdits collecteurs. Les tubes ou barres 12 assu rent alors l'entretoisement des deux collecteurs. Une autre opération consiste, ensuite, à déformer la partie des tubes se trouvant dans les collecteurs 5 qui sont des collecteurs épais pour conférer auxdites extrémités des tubes une forme hexagonale en section, de sorte que la paroi de chaque tube ainsi déformé prend appui, d'une part, contre la paroi des collecteurs délimitant leur ouverture 9 et, d'autre part, contre la paroi des tubes contigus, ce qui est illustré par la fig. 5 qui montre les extrémités 6a des tubes avec leur paroi amenée à la forme hexagonale. L'ouverture 9 de chaque collecteur est ainsi complètement remplie par les extrémités 6a desdits tubes. Pour exécuter l'opération de déformation depuis la forme circulaire jusqu'à la forme hexagonale des extrémités 6a des tubes onitilise l'outillage illustré à la fig. 4. Cet outillage est constitué par des poinçons 14 qui présentent une tête cylindrique ou conique 15, un corps- 16 de section hexagonale relié à la~ tête 15 par une partie de jonction 17 tronçonique. le corps 16 est prolongé par une queue ie pouvant être cylindrique ou poly zonales Tous les poinçons sont identiques de sorte qu'ils peuvent être fabriqués à peu de frais en grande série. les poinçons 14 sont, ensuite, mis en place dans un plateau perforé 19 dont les trous 20 sont répartis de même manière que doivent l'être les tubes 6. les plateaux perforés 19 peuvent comporter un très grand nombre de trous 20 pour qu'un même jeu de plateaux puisse servir à la fabrication dtéchangeurs comportant un plus ou moins grand nombre de tubes 6, mais ayant tous évidemment des tubes 6 de même diamètre d'origine. Chaque plateau 19 est monté sur un coulisseau de presse 21. En déplacant les deux plateaux de presse suivant les flèches figurées à la fig. 4, les poinçons 14 pénètrent dans les extrémités 6a des tubes qui sont mis en forme avec leur paroi parfaitement pressée les unes contre les autres. Il est remarquable de constater que les tubes contigus à un tube quelconque forment matrice pour ce dernier tube, de sorte que la conformation réalisée est parfaite. Pour faciliter la pénétration des pointons de même que leur retrait et éliminer notamment tout risque de flambement des tubes de l'échangeur, on munit avantageusement les coulisseaux de presse de mécanismes vibreurs 22. Si cela est désiré, la demension en section du corps des poinçons 14 peut être choisie pour qu'après mise en forme des tubes et du fait de l'élasticité du métal qui les constitue il demeure un espace capillaire entre la paroi des extrémités 6a de chacun d'eux et entre la paroi des tubes périphériques et la paroi délimitant l'ouverture 9 de chaque collecteur. De cette façon, une soudure ou un brasage d'excellente qualité peut facilement être exécuté. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier l'extrémité 6a des tubes peut être conformée en carré ou en losange REV3sDICATI0iS 1 - Echangeur de cnaleur à faisceaux tubulaires dont les tubes sont disposés dans une enveloppe et sont reliés à leur extrémité dans des collecteurs fermant cette enveloppe, caractérisé en ce que lesdites extrémités des tubes sont conformées pour présenter en section la forme de polygones complémentaires avec leurs parois respectives en contact, d'une part, les unes avec les autres et, d'autre part, les unes avec les autres et avec la paroi de chaque collecteur qui présente une conformation complémentaire à celle des tubes au lui sont contigus. - Ecliangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité des tubes est conformée pour présenter en section la forme d'un hexagone, d1un carré ou d'un losange. 3 - Changeur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes sont supplémentairement engagés dans des cloisons intermédiaires partielles en altière moulée dont une partie du bord périphérique porte contre la paroi interne de l'enveloppe. 4 - Procédé pour la fabrication des échangeurs a faisceaux tubulaires suivant l'une des revendications 1 à 3 ef comprenailt des tubes cylindriques, des collecteurs relies à l'extrémité desdits tubes et des cloisons partielles enfilées sur lesdits tubes et disposées entre lesdits collecteurs, caractérisé en ce qu'on engage les tubes dans les cloisons intermédiaires préalablement perforées, de sorte quton constitue un faisceau tubulaire dans lequel les tubes occupent une position correcte, en ce qu'on pratique dans chacun des collecteurs une ouverture de grande dimension dont le bord est conformé en secteurs hexa gonaux, en ce qu'on enfile lesdits collecteurs sur 11 extrémité desdits tubes et en ce qu'on déforme l'extrémité cylindrique desdits tubes pour les amener à présenter une forme hexagonale faisant que les tubes sont en contact-mutuel les uns avec.les autres et avec le bord de ltouver-are ae chaque collecteur. .5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on déforme llextrémité des tubes par poinçonnage. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la déformation de l'extrémité des tubes est conduite pour ménager entre eux un entrefer capillaire et en ce qu'on soumet lesdits collecteurs et lesdits tubes à une opération de soudure et de brasure. 7 - Un outillage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des poinçons présentant un corps hexagonal prolongé par une tête sensiblement cylindrique ou tronconique, des jeux de poin çons identiques étant fixés à deux plaques opposées faisant partie d'une presse déplaçant lesdites deux plaques pour que lesdits poinçons qu'elles comportant soient simultanément enga gés dans les deux extrémités des tubes munis de leurs collectueurs 8 - Outillage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques supportant les jeux de poinçons sont supplémentairement, munis d'au moins un générateur de vibrations. 9 - Outillage suivant l'une des- revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les poinçons présentent, au-delà de leur corps de section hexagonale, une queue d'emmanchement introduite dans des trous des plaques mobiles qui présentent un grand nombre de trous dont la disposition correspond à celle des tubes d'échangeurs différents comportant respectivement des grands nombres de tubes différents, mais de même diamètre initia.