Brevet FR2233113A1 — publié le 19750110

L'invention concerne un tube à ailettes pouréchangeurs de chaleur, constitué par un tube et par une bande formant les ailettes, qui est enroulée en hélice autour du tube, s'étend radialement par rapport à l'axe de celui-ci, est fixée au tube de façon à conduire la chaleur et est entaillée radialement en direction transversale sur sa longueur, à des emplacements distants les uns des autres, pour former des languettes rectangulaires en saillie radiale à la surface du tube. Un tube à ailettes de ce genre est connu, par exemple d'auprès le brevet allemand NO 1 092 o45 . il s'agit là d'un tube lisse, de paroi comparativement épaisse, autour duquel une bande de tole formant les ailettes est enroulée ensuite en hélice par une opération distincte et soudée au tube. Cet agencement a 11 inconvénient de nécessiter deux opérations séparées, pour la fabrication du tube, d'une part, et pour son ailetage d'autre part, de sorte qutil est impossible de produire en continu sur une machine un tel tube à ailettes en longueurs quelconques. La fabrication ne peut être effectuée, au contraire, que par tronçons.En raison de l'epais- seur de sa paroi, le tube à ailettes connu est, de plus, relativement rigide, si bien qu'après sa fabrication il n'est pratiquement pas possible de le cintrer à des formes déterminées et encore moins d'en constituer des rouleaux de grande lon gueux L'épaisseur de paroi du tube donne aussi naissance à des forces de réaction comparativement élevées dues-à des dilatations thermiques, forces qui doivent être absorbées par des moyens particuliers convenables. L'invention a pour but de perfectionner un tube à ailettes pour échangeurs de chaleur du type décrit au début de façon qu'il puisse etre fabriqué facilement en continu sur une machine et en une seule opération à des longueurs quelconques, tout en pouvant etre mis en gros rouleaux et cintré ai sément à des formes déterminées, mais sans rien perdre de sa stabilité, bien que permettant une transmission calorifique particulièrement bonne entre les fluides en échange. Le tube à ailettes doit être enfin de fabrication simple et peu coûteuse. Partant d tun tube à ailettes du type décrit au début, l'invention résout ce problème par le fait que le tube est fabriqué en continu à partir d'un ruban par soudage, brasage, repliage, collage ou jonction équivalente d'arêtes ou de tronçons marginaux voisins du ruban, est muni, en meme temps, ou ensuite, d'une ondulation l'entourant hélicoidalement et orientée radialement sur toute sa longueur, et que la bande entourant en hélice l'ondulation hélicoldale du tube avec le même pas est réunie au tube par soudage, brasage, galvanisation, collage ou jonction analogue, ou est venue d'un seul tenant avec le tube, de manière à conduire a chaleur.Dans la mesure où les termes "bande" et "ruban" sont utilisés ci-dessus et le seront par la suite, il s'agit toujours d'éléments formés d'un matériau approprié, qui peut etre aussi bien un métal qu'une matière plastique adéquate. La bande constituant les ailettes peut etre de plus ondulée transversalement à sa direction longitudinale, ou etre entaillée radialement ou munie de découpes radiales à des emplacements distants les uns des autres, de façon qu'il se forme des languettes en saillie radiale à la surface du tube, languettes qui peuvent etre aussi cintrées en différentes directions pour influencer la circulation. Ces mesures conformes à l'invention ont pour effet que le tube peut être exécuté en continu sur un dispositif approprié, connu en soi,à partir d'un ruban, par exemple d'un ruban de tôle, qui est donc relativement mince et assure par suite, une meilleure transmission de la chaleur. L'ondulation hélicoldale, en combinaison avec l'action de soutien complémentaire desAailettes, lui confère en outre une résistance à la compression suffisante lui permettant de supporter les contraintes usuelles. Cette résistance n'est cependant pas assez grande pour rendre -le tube à ailettes complètement rigide. Il peut au eontraire être enroulé et stocké sur des tam bours de gros diamètre, pour entre ensuite sectionné à des longueurs quelconques correspondant aux besoins.Grâce à sa fle xibilité, le tube à ailettes à l'état terminé peut être fac i- lement amené par cintrage à la forme désirée, par exemple cintré en méandres, en vue de son utilisation comme serpentin refroidisseur. En raison de la mise en oeuvre d'un matériau comparativement mince, le tube à ailettes selon l'Invention est léger et possède une élasticité longitudinale telle que des dilatations thermiques n'engendrent à ses extrémités que des forces de réaction négligeables. L'ondulation du tube a enfin pour conséquence une augmentation de la surface par unité de longueur et assure une turbulence convenable du fluide circulant à intérieur et autour dutube, ce qui améliore la transmission calorifique. Il s'est avéré judicieux que le tube soit exécuté par soudage longitudinal d'un ruban suivi d'une ondulation, que la bande soit cintrée en L,ou en U transversalement à sa longueur, et que cette bande soit enroulée en continu, par son aile courte ou par son amie, dans les creux des ondes du tube et y soit fixée au tube de façon à conduire la chaleur. Suivant l'invention, on peut établir de cette manière une jonction cnnductrice de la chaleur particulièrement bonne entre le tube d'une part et la bande d'autre part, du fait que ces deux éléments sont au contact et en liaison entre eux sur une surface relativement grande. Selon l'invention, il est toutefois particulièrement avantageux que le tube soit formé en continu par enroulement en hélice d'un ruban comportant au moins deux creux d'onde et une crete d'onde, ou au moins deux crêtes d'onde et un creux d'onde, avec engagement les uns dans les autres des creux ou des crêtes d'onde de tronçons du ruban axialement voisins et par leur jonction étanche par soudage, brasage, collage ou similaire, et que le ruban porte la bande réunie d'un seul tenant, partant radialement de son arete extérieure. Cette solution conforme à l'invention permet de fabriquer le tube à ailettes de façon continue en une seule opération, le ruban étant à cet effet ondulé avant son entrée dans la station dtenroulement de la machine, transversalement par rapport à la direction d'entrée, le cas échéant entaillé à partir d'une arête et recourbé vers l'extérieur parallelement à l'ondulation jusqu'à la profondeur d'entaillage, de sorte que, dans la station d'enroulement venant à la suite, il ne reste plus qu'à réunir entre eux de façon étancbe les creux et les cretes d'onde se chevauchant par eonJugaison de formes Une possibilité analogue 'offerue par l'invention consiste à former le tube en continu- par enroulement en hélice d"un ruban et agrafage dè tronçons voisins du ruban, auquel la bande est réunie radlalement d'un seul tenant à par tir de l'arrête extérieure du ruban. L'avantage des deux solutions précitées réside en ce qu'en raison de leur jonction d'un seul tenant avec le ruban formant le tube, les ailettes ont avec celui-ci une liaison conductrice de chaleur optimale, sans aucune dépense supplémentaire quelconque de matière ou de main d'oeuvre. Dans ce qui précède et par la suite, la notion "arete du ruban est de nature fictive, pour caractériser l'emplacement où se trouve la transition entre -le ruban formant le tube et la bande formant les ailettes. Dans l'un des deux cas, l'avantage précité est encore mieux mis à profit, lorsque le ruban est pourvu supplémentairement d'une deuxième bande réunie d'un seul tenant et partant radialement vers l'intérieur de son arête interne, avec, le cas échéants des entailles disposées radialement suivant sa longueur en direction transversale à des emplacements distants les uns des autres. Cet ailetage en saillie vers l'intérieur rend encore plus énergique la turbulence du fluide circulant dans le tube à ailettes et conduit à un échange de chaleur extrêmement bon par la jonction conductrice directe supplémentaire avec l'ailetage extérieur du tube. L'ailetage intérieur peut être en outre assujetti très facilement, pareillement de façon continue. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre commen-t l'invention peut etre réalisée. la figure l représente un tube à ailettes avec tube ondulé à ligne d soudure longitudinale ; .la figure 2 est une vue partielle à plus grande échelle du détail II de la figure i ; la figure 3 représente une variante de réalisation du tube à ailettes selon la figure l ; la figure 4 est une vue partielle à plus grande échelle du détail IV de la figure 3 ; la figure 5 représente un tube,à ailettes enroulées en hélice ; la figure 6 représente le tube à ailettes selon la figure 5 avec ailetage intérieur supplémentaire ; la figure 7 est une vue en-coupe radiale du tu be selon la figure 6 ;; la figure 8 représente un tube à ailettes exécuté par enroulement en hélice et repliage des arêtes voisines d'un ruban et muni d'un ailetage extérieur et d'un ailetage intérieur ; la figure 9 représente un tube à ailetages in térieur et extérieur, exécuté par enroulement en hélice ; la figure 10 représente un tube à ailetages intérieur et extérieur, exécuté par enroulement en hélice et soudage et montre schématiquement le dispositif de soudage. Le tube à ailettes représenté dans les figures t et 2 est constitué par un tube l, qui est mis en forme de façon continue à partir d'un ruban de tôle de maniere connue en soi, puis parachevé, par exemple par un soudage étanche des arêtes voisines du ruban. Le tube parcourt ensuite un outil à onduler, pareillement connu en soi, par lequel il est pourvu d'une ondulation hélicoidale 2, visible dans la figure 1. Autour du tube est enroulée alors une bande de tôle 3, préalablement recourbée en.L et munie d'entailies radiales, de telle façon qu'elle vienne se placer dans les creux de l'ondulation 2 par son aile courte 4, de forme appropriée. Dans ces creux, l'aile 4 et le tube 2 sont réunis entre eux, par exemple par soudage et galvanisation ultérieure, si bien qu'il s'établit entre eux un bon contact conducteur de chaleur et qu'au sectionnement de longueurs quelconques du tube à ailettes, la bande 3 ne risque pas de se séparer du tube. La forme de réalisation selon les figures 3 et 4 se distingue de la précédente uniquement par le fait que la bande 5 est recourbée en U et que l'amie 6 prenant ainsi naissance est réunie au tube l le long de son creux d'onde par soudage, galvanisation ou opération analogue. Comparativement à la forme de réalisation selon les figures l et 2, on obtient ainsi une surface d'ailettes pratiquement deux fois plus grande. Dans l'exemple selon la figure 5, le tube à ailettes est exécuté par enroulement à partir d'un ruban de tôle 7, préalablement ondulé et sur lequel a été façonnée l'ailette 8 en saillie vers l'extérieur. Les creux d'onde .so faisant vis-à-vis du ruban ondulé 7 s'engagent les uns dans les autres et sont soudés entre eux, comme indiqué en 9 à titre d'exemple. L'ailette 8 dépasse radialement vers l'extérieur l'arrête du ruban qui se trouve extérieurement lors du soudage. Comme le montrent les figures 6 et 7, on peut également prévoir sans difficulté, dans la forme de réalisation selon la figure 5, un ailetage intérieur 10 ; l'arête du ruban se trouvant à l'intérieur au eours de l'opération de fabrication est pour cela recourbée vers l'intérieur en vue de la formation de cet ailetage 10. La figure 8 montre un tube à ailettes exécuté à partir d'un,ruban enroulé 11, dont les aretes voisines sont réunies entre elles de façon étanche par repliage. A cet effet, le ruban est préalablement posé en deux couches dans la zone de l'emplacement du repliage 14 pour former l'filetage extérieur 12 et l'ailetage intérieur l3, de sorte que, malgré le repliage, on dispose d'une arete extérieure et d'une arête intérieure du ruban. L'exemple représenté dans la figure 9 est analogue à celui des figures 6 et 7, si bien qu'en ce qui concerne la fabrication on peut se référer à la description précédente. La différence réside en ce que l'arete du ruban venant à l'intérieur est rabattue encore une fois avant son raccordement à l'ailetage intérieur 10, comme indiqué en 15. Suivant l'épaisseur de la tôle utilisée pour la fabrication du tube à aiglettes, on peut ainsi conférer au tube une rigidité suffisante ou accrue. La figure 10 montre enfin un tube à ailettes analogue à celui des figures 6 et 7 > mais dont.l'ondulation est réalisée par des pliages rectilignes 16, 17, 18. Le dispositif de soudage peut être ainsi simplifié, étant donné que les galets-électrodes 19 et 20 peuvent posséder une enveloppe rectiligne, de meme que le galet de soutien 21. Dans la description ci-dessus de formes de réa- lisation selon l'invention, on a renoncé à exposer et à expliquer la fabrication proprement dite d'un tube par enroulement d'un ruban de tôle et soudage ou repliage des arêtes voisines du ruban, car ces opérations et dispositifs sont connus en soi et peuvent être adaptés sans grande difficulté à.l'exécution des tubes à ailettes selon l'invention. Ces derniers peuvent donc être fabriqués aisément à l'aide de dispositifs de ce genre existants, dans des conditions de prix particulièrement favorables REVENDICATIONS l. Tube à ailettes pour échangeurs de chaleur, constitué par un tube et par une bande formant les ailettes, qui est enroulée en hélice autour du tube, s'étend radialement par rapport à l'axe de celui-ci et est fixée au tube de façon à conduire la chaleur, ledit tube à ailettes étant caractérisé en ce que le tube (l) est fabriqué en continu à partir d'un ruban (7, 11) par soudage, brasage, repliage, collage ou jonction équivalente arêtes ou de tronçons marginaux voisins du ruban, est muni, en même temps ou ensuite, d'une ondulation t2) l'entourant hélicoidalement et orientée radialement sur toute sa longueur, et en ce que la bande (3, 5, 8, 12) entourant en hélice l'ondulation hélicoidale du tube avec le meme pas est réunie au tube par soudage, brasage, gal- v'anisation, collage ou jonction analogue, ou est venue d'un seul tenant avec le tube, de manière à conduire la chaleur. 2. Tube à ailettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le, tube (1) est exécuté par soudage longitudinal d'un ruban suivi d'une ondulation, en ce que la bande (3, 5) est cintrée en L ou en U transversalement à sa longueur, et en ce que cette bande est enroulée en continu, par son aile courte (4) ou par son ême (6), dans les creux des ondes du tube et y est fixée de façon à conduire la chaleur. 3. Tube à ailettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est formé en continu par enroulement en hélice d'ruban comportant au moins deux creux d'onde et une crête d'onde (7), ou au moins deux erêtes d'onde et un creux d'onde, avec engagement les uns dans les autres des creux ou des cretes d'ondes de tronçons du ruban axialement voisins et par leur jonction étanche par soudage, brasage, collage ou similaire, et en ce que le ruban porte la bande (8) réunie d'un seul tenant et partant radialement de son arête extérieure. 4. Tube à ailettes selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le tube est formé en continu par enroulement en hélice d'un ruban (ll) et repliage (14) de tronçons voisins du ruban, et en ee que la bande (12) est réunie d'un seul tenant au ruban, en partant radialement de l'arête ex terieure de celur-ci, 5. Tube a ailettes selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le ruban est pourvu supplémentairement d'une deuxième bande (10, 13), réunie d'un seul tenant et partant radialement vers l'intérieur de son arete interne.