Brevet FR2234539A1 — publié le 19750117

La présente invention concerne un échangeur de chaleur constitué d'une pluralité de séries de tubes, dans lequel, en règle générale, chaque série de tubes est rassemblée en un faisceau de tubes. Les tubes individuels formant un faisceau de tubes peuvent dans ce cas être alignés les uns avec les autres dans la direction d'écoulement du fluide s'écoulant tout autour, ou également être décalés les uns par rapport aux autres, et être frappés à flux croisés, à flux continu ou à contre-flux par le fluide se trouvant dans 11 échangeur de chaleur. La pratique industrielle tend à réaliser la disposition de tubes en faisceaux de la manière décrite, en règle générale, en laissant subsister les écarts les plus faibles possibles entre les tubes individuels. I1 en résulte alors des exigences particulières quant à la réalisation des plaques tubulaires ou des collecteurs, dans lesquels les tubes individuels sont rassemblés en séries. lorsqu'en outre, comme c'est le cas par exemple pour des tubes utilisés de plus en plus à l'heure actuelle avec un émaillage interne, l'exigence est posée d'avoir à raccorder les tubes au collecteur ou à la plaque tubulaire à l'aide de cols de raccordement, un écartement optimal des tubes dans un échangeur de chaleur pour le rendement souhaité n'est plua réalisable techniquement. La présente invention s'est donné le but de trouver un échappatoire aux difficultés exposées ci-dessus, sans que l'on soit forcé de s'écarter des principes qui ont fait leurs preuves pour la structure d'échangeurs de chaleur, ainsi qu'ils ont été brièvement esquissés plus haut. Conformément à l'invention, ceci est obtenu de façon aussi simple que profitable, par le fait que les tubes d'au moins deux séries consécutives sont disposés décalés entre eux en hauteur, c'est-à-dire en niveau, ce qui s'effectue en règle générale en direction verticale, et que les différentes séries de tubes débouchent dans les tubes collecteurs ou plaques tubulaires associés à une hauteur différente, en ce qui concerne le niveau. De cette manière, le rendement de l'échangeur de chaleur peut hêtre sensiblement amélioré sans mise en oeuvre importante ni sans l'introduction de moyens coûteux. Dans le cas de ltechangeur constituant l'objet de ltin- vention, les tubes utilisés peuvent etre réalisés de même lon gueur. La création d'endroits d'embouchure des tubes individuels à hauteur différente par rapport aux séries de tubes adjacentes est par exemple obtenue par le fait que les plaques tubulaires sont réalisées de façon ondulée et que l'on fait déboucher une série de tubes dans une crête de l'ondulation et l'autre dans le creux d'ondulation correspondant. Une réalisation particulièrement avantageuse et réalisable de façon simple s'obtient selon une autre caractéristique de l'invention par le fait que les plaques tubulaires réalisées de façon ondulée se composent-de tubes séparés en deux moitiés, dont la moitié concave reçoit les embouchures d'une série de tubes, et la moitié convexe adjacente, soudée à la première dans le sens longitudinal, par conséquent à un niveau supérieur, reçoit les embouchures de-la série voisine formées de façon avantageuse par des cols de raccordement. Enfin, il est également possible selon l'invention d'utiliser des profilés connus dits à-chambrés multiples pour la réalisation des différentes séries de tubes. Ceux-ci peuvent être soudés avec des attaches réalisées de façon particulière, de sorte qu'une position terminale des chambres =peut etre réalisée facilement à différentes hauteurs. D'autres caractéristiques de l'invention et détails des avantages ainsi obtenus ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés d'échangeurs de chaleur réalisés conformément à 1 t invention. La Fig. 1 représente en perspective et à grande échelle une vue partielle d'une réalisation comportant trois tubes collecteurs recevant les séries de tubes individuels (faisceaux de tubes). La-Fig. 2 représente-en élévation l'échangeur de chaleur tout entier réalisé sous forme plate avec la disposition conforme à l'invention des tubes individuels. La Fig. 3 représente en vue latérale une disposition avec des tubes de même longueur décalés en-hauteur. La Fig. 4 représente en perspective et à très grande échelle, la réalisation d'une moitié d'une plaque tubulaire avec les endroits d'embouchure de -trois tubes individuels des séries de tubes ou faisceaux de tubes. la Fig. 5 représente un échangeur de chaleur selon la réalisation avec des faisceaux de tubes disposés en séries annulaires, concentriques. La Fig. 6 représente également en perspective une autre forme de réalisation pour la disposition décalée en hauteur des tubes individuels, et dans ce cas, avec utilisation de profilés à chambres multiples assemblés en séries. Dans le détail représenté à grande échelle à la Fig. 1, on voit que les tubes constituant un faisceau, dont seulement un ou deux tubes désignés par 1 de chaque série sont représentés pour une meilleure vue d'ensemble, débouchent dans trois tubes collecteurs 2. Dans l'exemple de réalisation représenté, ainsi qu' on le voit également à la Fig. 1, ceci est réalisé au moyen de cols de raccordement désignés par 3, prévus à des écartements appro- priés les uns des autres dans les différents tubes collecteurs, et auxquels les tubes individuels comme indiqué en 4, sont soudés. I1 est cependant possible, comme le montre un exemple à la partie droite de la Fig. 1, d'utiliser pour la liaison des différents tubes, un assemblage à vis par des collerettes, comme. indiqué en 4', ou d'utiliser d'autres moyens d'assemblage. Les tubes utilisés peuvent être lisses ou, comme le montre la Fig. 1, eAtre munis extérieurement par exemple d'une hélice en acier désignée par 6. Sous ce rapport, les tubes utilisés peuvent également sans problème comporter un émaillage interne. Ainsi qu'on le voit en outre aux Fig. 1 et 2, les tubes collecteurs débouchent dans une chambre collectrice désignée dans son ensemble par 7, et, dans l'exemple représenté, également par l'intermédiaire de cols de raccordement 8 dans le couvercle de la chambre collectrice, avec lesquels ils sont soudés. On voit en outre à la Fig. 1, que, conformément à l'invention, les tubes désignés par I des différentes séries de tubes sont disposés décalés entre eux en hauteur par rapport aux tubes de la série adjacente. Ceci est encore en outre rendu plus clair par les deux plans désignés par A et B représentés à la Fig. 1, de sorte qu'il est possible, comme le montrent les Fig. 2 et 3, de disposer deux tubes collecteurs dans le plan A et deux autres tubes collecteurs dans le plan B. En particulier, ceci est par exemple réalisé grâce aux configurations particulières des plaques tubulaires. la Figv 4 en montre un exemple de réalisation. La plaque tubulaire représentée ici à grande -échelle, dont seulement la moitié inférieure soudée des deux côtés à des rebords est représentée à la Fig. 4, comprend une partie 9 concave (creux d'ondulation avec cols de raccordement) dans laquelle débouchent les tubes dlune série, tandis que l'ondulation convexe s'y raccordant, comme le montre la Fig. 4, rend possible les raccords pour la série de tubes suivante à un niveau supérieur. les moitiés de tubes sont reliées de la façon visible à la Fig. 2 aux points d'inflexion de l'ondulation par l'intermédiaire d'un cordon de soudure s' étendant longitudinalement. A la Fig. 5 est représenté un exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur, dans lequel les faisceaux de tubes distincts disposés verticalement sont placés les uns dans les autres sous forme de cylindres concentriques. Ici aussi la disposition conforme à l'invention, compacte et améliorant le rendement de l'échangeur de chaleur, peut trouver une application. Des échangeurs de ce type conviennent en particulier pour des refroidisseurs à air, dans lesquels l'air est aspiré à partir du cylindre interne, ainsi que le montre la Figi 5. La plaque tubulaire représentée à la Fig. 5 correspond à peu près aux tubes collecteurs de l'exemple de réalisation selon la Fig. 1. Au lieu de séries de tubes se composant de tubes individuels, comme représenté dans les exemples de réalisation selon les Figures 1 à6, on peut se servir, pour la solution du problème que se pose l'invention, également de profilés à chambres multiples connus dans la technique concernée, Dans le cas d'échangeurs de chaleur constitués de tels éléments, il est avantageux, pour économiser de la place, de disposer les différentes séries de profilés chambres multiples le plus près possible les unes des autres. La Fig. 6 représente un exemple pour la solution du problème que se pose l'invention grâce à la mise en oeuvre de profilés à chambres multiples. La possibilité de faire déboucher les profilés à chambres multiples à différentes hauteurs de la plaque tubulaire, est ici conforme à une solution particulièrement appropriée des problèmes techniques de soudure. La Fig. 6 représente également en perspective un certain nombre de profilés à chambres multiples juxtaposés 12 à 15, qui sont disposés à différentes hauteurs les uns par rapport aux autres. Des profilés 16 munis de doubles rebords 17, 18 permettent une fixation parfaite, grace à des cordons de soudure 19 pouvant être facilement mis en place, des profilés à chambres multiples 12-15 à différentes hauteurs. Lorsque l'ensemble de profilés à chambres multiples formé de la façon indiquée doit être utilisé comme refroidisseur à air, il est possible sans difficultés de munir les profilés à chambres multiples, de manière en elle-meme connue, de nervures embouties 20, ainsi qu'elles sont indiquées à gauche de la Fig. REVENDICATIONS 1 - Echangeur de chaleur comprenant plusieurs séries de tubes assemblées en faisceaux de tubes dans lesquels les tubes individuels sont disposés alignés dans le sens d'écoulement du fluide les entourant ou décalés entre eux et sont frappés par les fluides reçus dans 11 échangeur de chaleur à flux croisés, à flux continu ou à contre-flux, caractérisé en ce que les tubes des différentes séries sont disposés décalés entre eux dans leur position en hauteur par rapport aux séries adjacentes, et débouchent dans cette position décalée dans les tubes collecteurs ou dans les plaques tubulaires associées. 2 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes des différentes séries sont réalisés de même longueur. 3 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage entre les séries de tubes adjacentes par rapport à leur position en hauteur est obtenu par le fait que-leurs endroits d'embouchure dans les plaques tubulaires réalisées de façon ondulée sont disposés une fois dans les creux de ces ondulations et une autre fois sur les crêtes d'ondulation. 4 - Echangeur de chialeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques tubulaires ondulées se composent de moitiés de tubes assemblées pour former des ondulations, et qui sont soudées ensemble dans le sens longitudinal aux pointsd'inflexion des ondulations. 5 - Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les séries de tubes sont formées de profilés à chambres multiples juxtaposés, qui sont soudés par l'intermédiaire d!éléments-porteurs avec des rebords de ces éléments porteurs disposés horizontalement à différentes hauteurs.