Brevet FR2237157A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne les dispositifs permettant 1' échange de chaleur, notamment entre deux fluides. Ou sait que, dans les échangeurs de chaleur, le coefficent d'échange sur l'une des faces est, dans la plupart des cas, sensiblement plus grand que le coeffieient-d'échange de l'autre face. Ceci est, notamment, le cas pour l'échange de chaleur par convection entre des gaz de combustion et un liquide tel que de l'eau. De ce fait, il importe de prévoir, dans les échangeurs de chaleur, pour une capacité d'échange donnée, plus de surface d'échange d'un eôté que de l'autre Lorsque l'échangeur est du type tubulaire, on fait générale- ment circuler le fluide associé au meilleur coefficient d'échange dans les tubes, dont la face extérieure est équipée de surfaces dites secondaires, rapportées par soudure, sertissage ou analogues. Dans certains cas, cependant, on fait circuler, pour des raisons extérieures au problème d'échange de chaleur, le fluide dont le coefficient d'échange est le meilleur, à l'extérieur des tubes. Dans ce cas, on se heurte, alors, à la difficulté de fixer des surfaces secondaires à l'intérieur des tubes. Il en est ainsi, par exemple, des échangeurs de chaleur des chaudières dites à tube de fumée, dans lesquels, afin de pouvoir disposer de la surface inté rieur suffisante, on est obligé d'augmenter le nombre de tubes, alors que la szutce extérieure, bénéficiant d'un meilleur coefficient d'éc,hange, est surabondante. Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur, remplaçant de manière avantageuse un faisceau de plusieurs tubes ou un dispositif annulaire complexe, et essentiellement constitué par un tube muni intérieurement de surfaces secondaires, telles que des ailettes ou des turbulateurs, dont la forme, le prqfil, la dispsition et le-nombre permettent une adaptation très souple des caractéristiques de l'échan- geur. D'autre part, cet échangeur présente, grâce à la disposition des ailettes, à leur tracé et à l'interruption de ce tracé à des niveaux différents, un profil facilitant lléooulement adapté aux besoins, ainsi qu'une résistance à l'ecoulemen* inférieure à celle d'un faisceau tubulaire d'efficacité équivalente. Enfin, le diamètre ou les dimensions du tube de base à section circulaire ou autre peut être choisi de telle manière, que le tube peut servir directement d'embout pour le raccordement du conduit d'amenée ou d'évacuation du fluide de circulation.. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication simple et économique de tels échangeurs, caractérisé en ce qu'il permet, d'une part, d'effectuer le soudage automatique d'ailettes dans des emplacements inacessibles pour un autre procédé --et, d'autre part, de doubler la vitesse d'exécution par le soudage simultané de deux électrodes par poste générateur de courant, tout en réduisant la main-d'oeuvre, un seul ouvrier pouvant, en effet, réa- liser simultanément le soudage de nombreuses pièces. Conformément à une caractéristique de l'invention, le soudage des ailettes est réalisé au moyen d'électrodes enrobées, placées bout à bout dans le plan bissecteur de l'angle formé par chaque ailette et le tube et branchées en série, sur une meme source de courant, la jonction électrique centrale des deux électrodes étant réalisée par interposition d'une pâte conductrice. La description ci-apres se rapporte à un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et expliqué avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective, représentant le procédé de fabrication d'unn échangeur, et - les figures 2 et 3 sont deux vues en perspective de deux échangeurs réalisés au moyen du procédé de l'invention. Ainsi que représenté aux dessms joints, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur, remarquable en ce qu'il est constitué par un tube unique 1, à l'intérieur duquel sont fixées, par soudage, des surfaces secondaires, telles que des ailettes 2 ou des turbulateurs. Pour l'adaptation d'un tel échangeur aux conditions d'utilisation, la forme et le nombre des ailettes, de meme que leur disposition à l'intérieur du tube 1, peut être variable. Le procédé de fabrication de tels échangeurs, qui fait également l'objet de la présente invention, est caractérisé par l'u- tilisation d'électrodes enrobées, la soudure s'opérant d'elle-meme, en position à plat, sans intervention autre que la mise enlace des électrodes et de leur amorçage. Comme le montre la figure 1, l'exécution de chaque soudure d'angle se fait en position gouttière, à l'aide de deux électrodes enrobées 3 et 4, placées bouf-à bout dans le plan bissecteur de l'angle formé par chaque ailette 2 et le tube 1. L'angle d'incidence-S de chaque éleetrode--f par rapport au tube 1, en début de soudage, est variable selon les dimensions du tube et selon le nombre des ailettes. A titre d'exemple, cet angle est d'environ 8 à 300 et les électrodes utilisées, sont des électrodes enrobées, à haut rende ment, connues. Pour la soudure, les deux électrodes.sont branchées en série sur une même source de courant alternatif,- et la jonction électrique entre les deux électrodes 3 et 4 est réalisée au moyen d'une pate 6, rendue conductrice par une charge de particules métalliques mise au point pour la réalisation de l'amorçage de l'arc électrique, l'amorçage et, donc, la fusion due chaque électrode 3, 4 se faisant, de ce fait, simultanément. La continuité de soudage des ailettes sur le tube est assurée par gavité, grâce aux porte-électrodes 7, 8, permettant aux électrodes de basculer au fur et à mesure de leur fusion, donc de s'adapter à la variation de l'angle d'inclinaison. Le procédé de fabrication, objet de l'invention, peut etre appliqué pour toute soudure de pièces dans des emplacements inaccessibles et plus particulièrement pour le soudage de surfaces secondaires à l'intérieur de tubes, en vue de la réalisation d'échangeurs de chaleur, notamment pour des chaudières. Bien entendu, l'invention ntest pas Iimitéeà l'échangeur et au procédé décrits et représentés à titre d'exemples, et diverses modifications restent possibles, sans sortir, pour autant, du domaine de protection de l'invention. R R E Y E N D I C A T I O N S - t. - Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube de section quelconque, muni intérieurement de surfaces secondaires d'échange, telles que des ailettes ou des turbu- lateurs pouvant présen-ter un profil variable. 2. - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section du tube de base est telle, que le tube peut servir directement d'embout pour son raccordement à l'installation d'amenée ou d'évacuation du fluide de circulation. 3. - Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la fixation par soudage des surfaces secondaires d'échange à l'intérieur du tube est réalisée au moyen d'électrodes enrobées, placées bout à bout, avec interposition d'une pâte conductrice de liaison et d'amorçage dans le plan bissecteur de l'angle formé par chaque ailette et le tube, ces électrodes étant branchées en série, sur une même source de courant alternatif. 4. - Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé-en ce que chaque électrode est fixée dans un support libre en rotation et forme, avec le tube, un angle d'incidence variable qui sera, de préférence, de 8 à loO.