Brevet FR2283742A1 — publié le 19760402

La présente invention concerne un perfectionnement aux procédés et aux dispositifs pour la réalisation de cloisons multiples enroulées en spirale pour constituer des enceintes voisines aptes notamment à recevoir la circulation de fluides dans les échangeurs de chaleur. On connait de tels échangeurs réalisés à partir d'une ou plusieurs feuilles enroulées en spirale autour d'un mandrin, les feuilles délimitant les enceintes concentriques recevant les flux des fluides qui échangent leurs calories à travers les parois des enceintes. Les échangeurs de chaleur réalisés à partir de tôle enroulée en spirale présentent des avantages notamment sur le plan d'une importante surface d'échange et sur le plan de la simplicité de fabrication puisqu'il suffit d'assembler les feuilles et de les enrouler pour réaliser l'ossature de base de l'échangeur. Un point délicat réside toutefois dans la fermeture à chaque extrémité d'au moins une des enceintes constituée par le faisceau de tôle enroulée en spirale; en effet on peut laisser un des fluides d'échange traverser librement le faisceau spiralé,mais il faut que deux feuilles enroulées en spirale soient réunies par leurs bords pour constituer une enceinte indépendante où circulera le second fluide d'échange; la fermeture étanche de l'enceinte fermée nécessite un travail délicat et par conséquent onéreux; il est en effet nécessaire d'insérer un joint entre les bords de l'enceinte fermée, mais le joint inséré à force n'assure qu'une étanchéité imparfaite; on peut également insérer contre les bords des feuilles constituant l'enceinte à fermer un matériau de fermeture constitué d'un profilé enroulé en spirale mais ce profilé doit également être rapporté par soudure; on peut également rapprocher les bords des deux feuilles de façon à assurer leur solidarisation par brasage ou soudure; toutefois on doit également procéder à un travail mécanique des pièces qui est long et difficile. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et concerne un procédé permettant d'assurer la solidarisation de feuilles enroulées en spirale sur un axe central afin d'assurer la fermeture d'une enceinte d'un faisceau spiralé entrant dans la composition d'un échangeur de chaleur. A cet effet l'invention concerne un procédé en vue de réaliser la fermeture des bords transversaux d'une enceinte constituée de deux feuilles enroulées en spirale pour constituer une enceinte spiralée dans un échange de chaleur, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on enroule deux feuilles destinées chacune à constituer une des parois de l'enceinte à réaliser et chaque feuille étant prévue avec des moyens d'écartement assurant son positionnement à distance de l'autre feuille lors de l'enroulement des feuilles, les deux feuilles étant amenées par leur bord frontal sur un mandrin sur lequel elles sont entrainées en rotation en vue de provoquer leur enroulement en spirale, une au moins des feuilles assemblées étant prévue sur ses deux bords entraînés tangentiellement par l'enroulement des feuilles et correspondant aux tranches terminales du faisceau spiralé, avec une déformation linéaire constituant un repli ou bordure dont le plan extérieur vient affleurer au niveau des moyens d'écartement prévus sur lesdites feuilles, ladite bordure prévue sur une des feuilles venant ainsi reposer sur le bord plan de l'autre feuille associée, un organe de calage sous forme de profilé en matériau souple étant inséré au niveau de ladite bordure, ce profilé ayant une section complémentaire de celle de la bordure et présentant une face d'appui apte à recevoir les parois de ladite bordure, le profilé souple étant enroulé sur les bords du faisceau spiralé en assurant le calage et le maintien en position sans déformation du repli ou bordure prévu sur une des feuilles qui vient ainsi rejoindre le bord de l'autre feuille. Dans ces conditions, grâce au repli qui est préformé sur au moins une des feuilles avant leur assemblage par enroulement, les deux bords transversaux des feuilles formant le cloisonnement spiralé sont jointifs et peuvent être rapidement et aisément soumis à une opération de soudure qui assure leur solidarisation définitive. Le dispositif de calage souple qui est inséré sur les bordures des feuilles au moment et au fur et à mesure de leur enroulement permet de s'opposer aux déformations dûes à la pression et aux tensions internes du métal et qui tendraient à aplanir le bord de la feuille concernée en détruisant ou en diminuant le repli et en empêchant que ce dernier ne soit maintenu ainsi en contact avec le bord de l'autre feuille. Par exemple et selon une première forme de réalisation, les deux tôles ou feuilles enroulées en spirale sont constituées à partir d'une feuille unique repliée en deux, chacune des feuilles comportant des bosselages ou inégalités de relief constituant les organes d'écartement des deux feuilles entre elles, les deux feuilles formées par les deux volets de la feuille initiale commune étant entraînées dans un mouvement d'enroulement autour d'un manchon cylindrique apte à constituer l'organe d'acheminement et d'évacuation d'un des fluides, ledit manchon étant mon té par ses deux extrémités sur un dispositif d'enroulement formant un tour de dimensions appropriées et prévu avec deux tambours disposés coaxialement et aptes à recevoir ledit manchon, chacun des tambours comportant un organe ou doigt en saillie, se faisant face d'un tambour à l'autre et apte à pénétrer au creux du repli formé par le panneau initial replié pour constituer les deux feuilles à assembler, la rotation des tambours se faisant face entraînant, par le doigt situé au creux du repli frontal d'où partent les deux feuilles à assembler, provoquant le mouvement d'enroulement des deux feuilles l'une sur l'autre autour du manchon central, les deux feuilles étant associées par leurs bords arrière à un dispositif de freinage apte à assurer leur enroulement sous tension. Par exemple une des feuilles comporte sur son bord latéral d'enroulement un épaulement se terminant par une bordure sensiblement parallèle au plan général de la feuille et située à un niveau correspondant à la hauteur des inégalités de surface constituant les moyens d'écartement séparant les deux feuilles, ladite bordure venant ainsi porter après enroulement sur le bord de la feuille opposée. Selon une autre caractéristique ce dispositif de calage souple est prévu avec une épaisseur correspondant sensiblement à la distance séparant deux bordures jointives dex deux feuilles assemblées aux deux bordures jointives des deux feuilles sur la couche voisine, le profilé de calage étant ainsi inséré exactement dans l'intervalle séparant deux bords assemblés des deux bords assemblés voisins, le profilé prenant ainsi appui sur chacun des bords assemblées pour assurer leur positionnement correct. De préférence le profilé comporte en section une partie d'épaisseur correspondant à la hauteur des moyens d'écartement, cette partie étant destinée à être insérée entre les deux couches successives de feuilles enroulées dans l'espace intérieur situé en deça de la bordure, le joint ou profilé de calage comportant en section une partie d'épaisseur sensiblement double de la précédente et destinée à être insérée dans l'espace séparant les deux couches de feuilles enroulées au niveau de la bordure, la partie de plus forte épaisseur formant ainsi un décrochement remplissant l'espace laissé vide par le décrochement de la bord dure Selon une autre forme de réalisation, les deux feuilles sa assembler comportent chacune sur leurs bords entraînés tangentiellement lors de l'enroulement une bordure constituée par un décrochement orienté vers le décrochement symétrique de la feuille opposée, les deux décrochements ou bordures situés sur les deux feuilles venant lors de l'enroulement se rejoindre. Selon une autre variante une première feuille comporte sur un bord d'entraînement tangentiel une bordure apte à venir rejoindre le bord de la seconde feuille associée tandis que cette dernière comporte sur son bord opposé une bordure symétrique tournée vers la première feuille et venant rejoindre sur ce bord opposé le bord de ladite première feuille. Selon une autre caractéristique dérivée du procédé selon l'invention, en fin d'enroulement, le faisceau spiralé ainsi réalisé est soumis à un léger desserrage permettant de retirer par les extrémités le joint de calage, le faisceau spiralé étant, après enlèvement des joints de calage à chaque tranche, soumis à un nouveau mouvement de serrage par enroulement ultérieur sur le tour, le faisceau étant ensuite bloqué dans cette position de serrage final par des organes de blocage notamment par cerclage. Selon une autre caractéristiqu#e, les joints ou profilés de calage en matériau souple insérés au niveau des bordures des feuilles enroulées sont maintenues en position lors de l'enroulement entre les bords des couches successives de feuilles enroulées par des organes de maintien disposés transversalement et à proximité de la tranche du faisceau spiralé en cours d'enroulement et constituant des flasques s'opposant à l'échappement du profilé de calage sous la pression des tôles enroulées. L'invention concerne également une machine pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. L'invention concerne ainsi une machine en vue de permettre l'enroulement de deux feuilles de tôle venues par repli d'un panneau initial, les feuilles étant prévues avec des moyens d'écartement en vue de constituer une enceinte spiralée dans un échangeur de chaleur, la machine étant caractérisée en ce qu'elle comporte deux tambours se faisant face et aptes à recevoir un manchon constituant le corps d'enroulement des feuilles, les deux tambours comportant chacun un doigt, les deux doigts étant disposés en regard l'un de l'autre, les doigts étant aptes à être insérés au creux du repli de départ des deux feuilles à assembler, les deux tambours étant associés à des moyens d'entraînement aptes à assurer l'enroulement des feuilles entraînées en rotation sur le manchon axial, les deux tambours étant associés à des flasques concentriques constituant des joues latérales aptes à venir affleurer au niveau des tranches du faisceau spiralé en cours d'enroulement et constituant des moyens de maintien en place s'opposant à l'échappement des joints au profilé de calage insérés entre les couches successives au niveau des bordures permettant la jonction des bords des feuilles. De préférence dans la machine ci-dessus, les deux tambours sont prévus avec des moyens permettant de régler leur écartement autorisant ainsi leur adaptation à des hauteurs de faisceaux spiralés variables. De préférence encore dans la machine ci-dessus les joues ou flasques latérales associées concentriquement aux tambours sont également montées sur des tiges assurant leur déplacement axial afin de permettre leur éloignement ou leur rapprochement par rapport aux tranches du faisceau spiralé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit qui est donnée en rapport avec divers exemples de réalisation présentés à titre non limitatif. La figure 1 représente une vue générale des feuilles à assembler pour former un faisceau spiralé selon la technique de l'invention. La Figure 2 représente en vue étalée les couches successives de feuilles lors de leur association. La figure 3 représente une vue des premiers enroulements de feuilles assemblées avec le joint de calage de l'invention sur le manchon central. La figure 4 montre une vue d'une variante de formation des bordures sur chacune des feuilles tandis que La figure 5 montre une autre variante où les bordures sont opposées d'une feuille à l'autre. La Figure 6 représente une vue en coupe des sections partielles de la machine d'enroulement. La Figure 7 montre une vue de détail du dispositif d'entrainement et des joues de maintien sur la machine de la figure 6. Selon ltensemble des figures, on voit que l'on part pour cons tituer une enceinte spiralée de deux feuilles 1 et 2 venues par repli 3 d'un même panneau initial. Ces feuilles vont être enroulées comme on le voit aux figures 3 et 4 sur une machine prévue à cet effet afin de constituer une enceinte spiralée entrant dans la composition d'un échangeur de chaleur. Pour assurer la fermeture de cette enceinte, la feuille 1 comporte sur ses bords 4 et 4' qui suivent une direction tangentielle par rapport au sens d'enroulement symbolisé par la flèche F de la figure 1 des bordures constituées d'un épaulement; le bord terminal 5 de cet épaulement se situe sensiblement dans le plan général de la feuille 1; il est situé à un niveau correspondant à la hauteur des bosselages 6, 6' qui constituent des moyens d'écartement séparant les deux feuilles associées. Dans ces conditions lors de l'enroulement le bord relevé 5 de la bordure de la feuille 1 est déporté vers l'extérieur et il vient porter sur le bord terminal 7, 7' de la feuille 2 (figure 2~; on comprend dans ces conditions qu'il sera facile d'assurer la soudure des deux bords 5 et 7 et 5' et 7' qui sont ainsi jointifs. Pour assurer lors de l'enroulement le positionnement et le calage corrects des bordures 5, 5', en s'opposant notamment à leurs déformations et à leur retour dans un plan voisin de celui de la feuille 1, on a prévu un dispositif de calage constitué par les profilés 8, 8'; chaque profilé comporte une partie de plus faible épaisseur 9 et qui est insérée entre les couches #de feuilles à un niveau situé en deça de la bordure 5; cette partie intérieure 9 du profilé ou joint de calage 8 a donc une épaisseur qui correspond sensiblement à la hauteur des déformations superficielles ou bosselages 6, 6' qui séparent et maintiennent écartées les deux feuilles associées. Cette partie 9 formant semelle est associée à une partie plus épaisse 10 qui a un profil complémentaire de celui de la bordure 5, de sorte que cette bordure 5 vient s'asseoir et reposer sur la partie profilée 9. Le profilé de calage 8 est réalisé en matériau souple non compressible tel notamment qu'une résine synthétique souple (Rilsan, Nylon, PVC ou analogue). On voit selon la figure 4 que les deux feuilles peuvent comporter des bordures situées chacune à mi-épaisseur et tournées l'une vers l'autre, les deux bordures 11, 11' et 12, 12' venant ainsi se rejoindre pour assurer la solidarisation des bords de chaque couche; dans ce cas le profilé 13 a une section adaptée; la semelle insérée au niveau des couches en deçà des bordures a toujours une épaisseur correspondant sensiblement à la hauteur des bosselages d'écartement, tandis que la partie la plus épaisse destinée à être insérée au niveau des bordures est disposée symétriquement par rapport à la semelle intérieure. La Figure 5 montre une variante dans laquelle les replis ou bordures sont prévus d'un côté 14 sur une première feuille 15 tandis que sur l'autre côté 16 le repli est prévu sur la seconde feuille 17; les deux bordures sont prévues en sens opposé de façon à être dirigées vers la feuille associée et à rejoindre cette dernière; le profilé 18 a toujours la même forme que celle prévue précédemment, mais il est disposé d'une façon opposée sur chacun des Les figures 6 et 7 montrent des vues de la machine prévue pour la mise en oeuvre de l'invention; la machine comporte essentiellement deux tambours opposés et se faisant face et entraînés en rotation de facon à constituer un tour; chaque tambour 20 est prévu avec un logement intérieur 21 permettant de recevoir le manchon 22 qui constitue l'axe d'enroulement du faisceau spiralé; le manchon 22 est inséré librement dans le logement 21 du tambour 20; pour entraîner en rotation les feuilles, le tambour comporte un ergot ou doigt 23 qui vient se situer au creux 24 (figure 1) constitué par le repli d'où partent les deux feuilles 1 et 2; les deux feuilles sont ainsi entraînées en rotation autour du manchon 22; d'une façon non représentée aux dessins, chacune des feuilles est associée par son bord arrière 25, 25' à des organes de freinage, par exemple ces bords sont associés à un câble qui, par un jeu de poulies, renvoie à un vérin de freinage; autour du tambour 20 est prévu un flasque concentrique 26 apte à s'opposer à l'expulsion ou à l'échappement hors la section transversale de l'enceinte spiralée en cours de formation des joints latéraux 8 servant au calage des bordures ainsi qu'on l'a exposé ci-dessus; le tambour 20 de même que les flasques ou joues latérales 26 sont susceptibles de coulisser coaxialement ou parallèlement à l'axe de rotation des tambours, de façon à permettre la mise en place de manchons et la formation d'enceintes spiralées de dimensions appropriées; le coulissement des joues ou flasques latéraux 26 peut être effectué sur les tiges 27, 27' de façon notamment à permettre le retrait des joints 8 en fin d'enroulement; ainsi qu'on l'a exposé en fin d'enroulement, on provoque un léger desserrage de l'ensemble en ramenant les tambours dans un mouvement légèrement en arrière, ce qui fait bailler par leurs bords les feuilles assemblées et permet l'extraction du joint 8; il suffit ensuite de ramener le tambour dans sa position précédente dans le sens d'enroulement pour assurer le serrage final des feuilles et la formation définitive du faisceau; ce dernier peut alors être bloqué en l'état par cerclage. Les bords sont alors parfaitement jointifs d'une feuille à l'autre, ce qui permet d'assurer rapidement l'opération de soudure des bords et la fermeture de l'enceinte considérée. REVENDICATIONS 1.- Procédé en vue de réaliser la fermeture des bords transversaux d'une enceinte constituée de deux feuilles enroulées en spirale pour constituer une enceinte spiralée dans un échange de chaleur, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on enroule deux feuilles destinées chacune à constituer une des parois de l'enceinte à réaliser et chaque feuille étant prévue avec des moyens d'écartement assurant son positionnement à distance de l'autre feuille lors de l'enroulement des feuilles, les deux feuilles étant amenées par leur bord frontal sur un mandrin sur lequel elles sont entraînées en rotation en vue de provoquer leur enroulement en spirale, une au moins des feuilles assemblées étant prévue sur ses deux bords entraînés tangentiellement par l'enroulement des feuilles et correspondant aux tranches terminales du faisceau spiralé, avec une déformation linéaire constituant un repli ou bordure dont le plan extérieur vient affleurer au niveau des moyens d'écartement prévus sur lesdites feuilles, ladite bordure prévue sur une des feuilles venant ainsi reposer sur le bord plan de l'autre feuille associée, un organe de calage sous forme de profilé en matériau souple étant inséré au niveau de ladite bordure, ce profilé ayant une section complémentaire de celle de la bordure et pré- sentant une face d'appui apte à recevoir les parois de ladite bordure, le profilé souple étant enroulé sur les bords du faisceau spiralé en assurant le calage et le maintien en position sans déformation du repli ou bordure prévu sur une des feuilles qui vient ainsi rejoindre le bord de l'autre feuille. 2.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce que le repli préformé sur au moins une des feuilles avant leur assemblage par enroulement permet aux deux bords transversaux des feuilles formant le cloisonnement spiralé d'être jointifs et ils sont immédiatement soumis à une opération de soudure qui assure leur solidarisation définitive. 3.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce que les deux tôles ou feuilles enroulées en spirale sont constituées à partir d'une feuille unique repliée en deux, chacune des feuilles comportant des bosselages ou inégalités de relief constituant les organes d'écartement des deux feuilles entre elles, les deux feuilles formées par les deux volets de la feuille initiale commune étant entraînées dans un mouvement d'enroulement autour d'un manchon cylindrique apte à constituer l'organe d'acheminement et d'évacuation d'un des fluides, ledit manchon étant mon té par ses deux extrémités sur un dispositif d'enroulement formant un tour de dimensions appropriées et prévu avec deux tambours disposés -oaxialement et aptes à recevoir ledit manchon, chacun des tambours ssm- portant un organe ou doigt en saillie, se faisant face d'un tambour à l'autre et apte à pénétrer au creux du repli formé par le panneau initial replié pour constituer les deux feuilles à assembler, la rotation des tambours se faisant face entraînant, par le doigt situé au creux du repli frontal d'où partent les deux feuilles à assembler, provoquant le mouvement d'enroulement des deux feuilles l'une sur l'autre autour du manchon central, les deux feuilles étant associées par leurs bords arrière à un dispositif de freinage apte à assurer leur enroulement sous tension. 4.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce qu'une des feuilles comporte sur son bord latéral d'enroulement un épaulement se terminant par une bordure sensiblement parallèle au plan général de la feuille et située à un niveau correspondant à la hauteur des inégalités de surface constituant les moyens d'écartement séparant les deux feuilles, ladite bordure venant ainsi porter après enroulement sur le bord de la feuille opposée. 5.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce que le dispositif de calage souple est prévu avec une épaisseur correspondant sensiblement à la distance séparant deux bordures jointives des deux feuilles assemblées aux deux bordures jointives des deux feuilles sur la couche voisine, le profilé de calage étant ainsi inséré exactement dans l'in~ tervalle séparant deux bords assemblés des deux bords assemblés voisins, le profilé prenant ainsi appui sur chacun des bords assemblés pour assurer leur positionnement correct. 6.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce que le profilé comporte en section une partie d'épaisseur correspondant à la hauteur des moyens d'écartement, cette partie étant destinée à être insérée entre les deux couches successives de feuilles enroulées dans l'espace intérieur situé en deça de la bordure, le joint ou profilé de calage comportant en section une partie d'épaisseur sensiblement double de la précédente et destinée à être insérée dans l'espace séparant les deux couches de feuilles enroulées au niveau de la bordure, la partie de plus forte épaisseur formant ainsi un décrochement remplissant l'espace laissé vide par le décrochement de la bordure. 7.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce que les deux feuilles à assembler comportent chacune sur leurs bords entraînés tan gentiellement lors de l'enroulement une bordure constituée par un décrochement orienté vers le décrochement symétrique de la feuille opposée, les deux décrochements ou bordures situés sur les deux feuilles venant lors de l'enroulement se rejoindre. 8.- Procédé selon 1 caractérisé en outre en ce qu'une première feuille comporte sur un bord d'entraînement tangentiel une bordure apte à venir rejoindre le bord de la seconde feuille associée tandis que cette dernière comporte sur son bord opposé une bordure symétrique tournée vers la première feuille et venant rejoindre sur ce bord opposé le bord de ladite première feuille. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 cidessus, caractérisé en outre en ce que en fin d'enroulement, le faisceau spiralé ainsi réalisé est soumis à un léger desserrage permettant de retirer par les extrémités le joint de calage, le faisceau spiralé étant, après enlèvement des joints de calage à chaque tranche, soumis à un nouveau mouvement de serrage par enroulement ultérieur sur le tour, le faisceau étant ensuite bloqué dans cette position de serrage final par des organes de blocage notamment par cerclage. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 cidessus, caractérisé en outre en ce que les joints ou profilés de calage en matériau souple insérés au niveau des bordures des feuilles enroulées sont maintenues en position lors de l'enroulement entre les bords des couches successives de feuilles enroulées par des organes de maintien disposés transversalement et à proximité de la tranche du faisceau spiralé en cours d'enroulement et constituant des flasques s'opposant à l'échappe- ment du profilé de calage sous la pression des tôles enroulées. 11.- Machine en vue de permettre 1 'enroulement de deux feuilles de tôle venues par repli d'un panneau initial selon un procédé conforme à l'une des revendications i à 10 ci-dessus, caractérisée en outre en ce que les feuilles étant prévues avec des moyens d'écartement en vue de constituer une enceinte spiralée dans un échangeur de chaleur, la machine étant caractérisée en ce qu'elle comporte deux tambours se faisant face et aptes à recevoir un manchon constituant le corps d'enroulement des feuilles, les deux tambours comportant chacun un doigt, les deux doigts étant disposés en regard l'un de l'autre, les doigts étant aptes à être insérés au creux du repli de départ des deux feuilles à assembler, les deux tambours étant associés à des moyens d'entraînement aptes à assurer l'enroulement des feuilles entraînées en rotation sur le manchon axial, les deux tambours étant associés à des flasques concentriques constituant des joues latérales aptes à venir affleurer au niveau des tranches du faisceau spiralé en cours d'enroulement et constituant des moyens de maintien en place s'opposant à l'échappement des joints au profilé de calage insérés entre les couches successives au niveau des bordures permettant la jonction des bords des feuilles. 12.- Machine selon 11, caractérisée en outre en ce que les deux tambours sont prévus avec des moyens permettant de régler leur écartement autorisant ainsi leur adaptation à des hauteurs de faisceaux spiralés variables. 13.- Machine selon 11 ou 12, caractérisée en outre en ce que les joues ou flasques latérales associées concentriquement aux tambours sont montées sur des tiges assurant leur déplacement axial afin de permettre leur éloignement ou leur rapprochement par rapport aux tranches du faisceau spiralé. 14.- Echangeur de chaleur du type constitué de feuilles enroulées en spirales et réunies par leur bord formant une enceinte fermée, caractérisé en ce que l'enceinte spiralée est obtenue selon un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 10 incluses ci-dessus et en utilisant la machine conforme à l'une des revendications 11 à 13 cidessus.