Brevet FR2478807A1 — publié le 19810925

L'invention est relative à une boîte collectrice de raccordement pour appareil d'échanges thermiques. De tels appareils utilisent un fluide caloporteur, lorsqu'il s'agit d'appareils de chauffage ou frigoporteur, lorsqu'il s'agit d'apparei-ls de réfrigération. Ce fluide circule dans des tubes paral lèles, eventuellement munis d'ailettes, dans le but d'améliorer et d'augmenter la surface d'échanges thermiques. Ces tubes sont généralement regroupés en batterie d'au moins deux éléments, à l'extrémité desquels se trouve une boîte collectrice de raccordement. Cette boîte assure la repartition du fluide à l'inte- rieur des différents tubes, et véhicule également le fluide en retour. Ces boites sont donc munies d'orifices d'alimentation et d'évacuation du fluide. El.les peuvent être éventuellement munies de dispositifs tels que des vannes pour réguler ou moduler la circulation du fluide dans l'échangeur. Par ailleurs, plusieurs modes de raccordement de l'échan- geur à l'installation extérieure sont possibles selon la nature de cette installation : 1) tout d'abord, l'entrée et la sortie du fluide peuvent être realisees du même côté de l'échangeur. Dans ce cas, la boîte de raccordement doit comporter deux orifices respectivement d'entrée et de sortie, et une partie des tubes véhicule le fluide en entrée tandis que l'autre partie assure son retour vers la sortie, 2) dans un autre mode de raccordement, l'entrée et la sortie peuvent se ftire de part et d'autre de l'échangeur.Dans ce cas, de > boites de raccordement comportant un orifice de raccordement avec 1 'e- trieur sont nécessaires de part et d'autre de l'échangeur. Le fluide circule alors parallèlement et dans le même sens dans tous les tubes de 1 'échangeur. 3) dns un troisième mode de raccordement. il est possible 'uti- liser une vante de régulation à canule d'injection. Dans ce cas, l'er tree et la sortie de fluide s'effectuent par le même orifice de racca emrt. l'entré s'effectuant sur la oéÈphérie de la canule, et la sortie dans ; ortie centrale de celle-ci. I1 est alors nécessaire d'utiliser une boîte de raccordement d'un type spécial divisé en desr zones correspondant à chacune des deux parties de la canule. Selon le mode de raccordement de l'échangeur, différents types de boites de raccordement sont utilisés pour s'adapter aux exigences de l'installation. Cette variété de types de boîtes de raccordement entraîne une complexité de leur fabrication, leur stockage, et de réassortiment de stocks. Une solution connue et utilisée pour remédier à cet inconvénient consiste à multiplier les orifices de raccordement. Cette solution nuit fortement aux performances de l'échangeur, faisant abstraction des néces sités de la circulation convenable du fluide. Un des buts de la présente invention est de proposer une boîte collectrice de raccordement qui soit standard, et s'adapte aux différents modes de raccordement de l'échangeur avec l'installation extérieure. Un autre but de la présente invention est de proposer une boite collectrice de raccordement qui assure une bonne circulation du fluide à l'intérieur de l'échangeur. Un autre but de la présente invention est de proposer une boîte de raccordement qui s'adapte aux modifications éventuelles de l instal- lation extérieure. La boîte collectrice de raccordement selon lJinvention, pour appareil d'échanges thermiques utilisant un fluide frigoporteur ou caloporteur, circulant dans des tubes parallèles éventuellement munis d'ailettes et regroupés en batteries, destinée à assurer le raccorderent entre ces batteries de tubes et les canalisations extérieures véhiculant le fluide, est caractérisée par le fait qu'elle présente trois zones, dont les deux premières sans avoir de communication directe entre elles, sont respectivement en communication avec deux batteries de tubes, et avec la troisième zone, la troisième zone prèsentantdeux orifices de communication avec l'extérieur, ainsi que des moyens qui permettent au deux premières zones de remplir des fonctions d'entrée de fluide, ou respectivement d'entrée et de sortie pour l'échangeur selonson mode de raccordement avec l'installation extérieure. L'invention sera mieux comprise si l'on se refère à la description ci-dessous, ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie inte- grante. La figure 1 présente en coupe par un plan transversal ;a boite de raccordement selon l'invention montée sur un échangeur dans un moue non limitatif de réalisation. Les figures 2 à 4 représentent différents modes de raccordeent de l'échangeur de la figure 1 équipée de la boîte de raccordement se on l'invention. La figure 1 représente un échangeur 1 qui comporte des tubes 2, 3 et 4, parallèles sur lesquels sont fixées des ailettes 5 qui permettent d'augmenter la surface d'echanges avec l'extérieur. Ces tubes sont regroupés en batteries, dans le plan de coupe de la figure 1, les tubes 2 et 3 forment une batterie, et une seconde est formée par le tube 4. Il faut remarquer cependant que le mode de realisation de l'e changeur représente en figure 1, ainsi que les nombres respectifs de tubes pour chaque batterie ne sont pas limitatifs, et ne sont donnés ici qu'à titre d'exemple. A chacune de leurs extrémités9 les différents tubes traversent une platine porte-tube respectivement 6 et 7 à laquelle ils sont solidarisés de manière etanche, par exemple par des soudures 8. Ces platines 6 et 7 maintiennent les tubes paralleles entre eux. et sont asscciés à au moins deux batteries de tubes. A l'une des extrémités de l'échangeur, se trouve une boite de raccordement 9. Cette boîte est d'un type connu, elle est composee d'un capot 10 solidarisé de manière étanche, par exemple par soudure il a la platine porte-tube 7 et un répartiteur de débit 40. Elle définit avec cette platine une zone '2 dans laquelle debouchent tous les tubes des deux batteries. Par ailleurs, ce capot comporte un orifice de raccordement avec l'~-xtérieur 13 qui est prolongepar un manchon taraudé 14. Eventuelletrent, à l'intérieur de cetteboitede raccordement 9, d'autres parois auxiaires d'un type connu, non représentées dans les figures , dirigent 1 'écoule- ment du fluide dans la boîte de raccordement. dans le but d'assurer une meilleure répartition de ceiui-ci entre les differents tubes. A l'autre extrémité de l'échangeur, se trouve la boite collectrice de raccordement 15, selon l'invention dans un mode de réalisation non limitatif. Cette boite 15 comprend tout d'abord deux contre-capots, resDec- tivement 16 et 17, assembles respectivement de manière étanche à la la- tine porte-tube 6 par exemple par soudure 18. Ces deux contre-capots définissent respectivement avec la platine porte-tube 6 deux zones 19 et 20 dans lesquelles debouchent les tubes respectifs de chaque batterie. Dans le mode de réalisation non limitatif représenté en figure 1, les deux contre-capots sont réalisés en une seule pièce, et sont joints en 43 où ils sont respectivement solidarisés à la platine portetube Chacun des contre-capots, 16 et 17, présente respectivement un orifice, 21 et 22 de communication entre les zones 19 et 20 et l'extérieur 25 de ces zones. Dans un mode préférentiel de réalisation, ces orifices sont cylindriques. Par ailleurs, les contre-capots présentent respectivement à proximité de ces orifices une surface sensiblement plane 23 et 24, de préférence parallele au plan défini par la plaque porte-tube 6. Un capot 25 recouvre les deux capots 16 et 17. Ce capot est solidarisé à la platine porte-tube et/ou à la périphérie des deux contre-capots 16 et 17. Dans le mode de réalisation représente en figure 1, le cordon de soudure 18 solidarise à la fois les contre-capots 16 et 17 et le capot 25 à la platine porte-tube. L'essentiel St que la jonction de ces différents éléments à ce niveau soit étanche. Le capot 25 définit avec la paroi des deux contre-capots 16 et 17 une troisième zone 26, dans laquelle débouchent en particulier les orifices 21 et 22 des contre-capots. Les deux Dremières zones 19 et 20 peuvent donc être mises en communication par l'intermediapre de leurs orifices de communication respectifs 21 et 22 et de la troisième zone 26. Le capot 25 présente par ailleurs deux orifices 27 et 23 de communication avec l'extérieur. De préférence, ces orifices sont cylindriques et sont prolongés vers l'extérieur respectivement par des manchons tarauds 29 et 3C. Les deux orifices 27 et 28 du capot sont respectivement cas aux aux orifices 21 et 22 des contre-capots. Par ailleurs, le diamètre des orifices 21 et 22 des contre-capots est inférieur au diamètre des orifices 27 et 28 Au moins à proximité des.orifices 27 et 28 le capot présente une surface sensiblement plane et parallèle aux surfaces 23 et 24 des deux contre-capots. La distance entre les orifices 99 et 28 est ser- siblerient égale à celle entre les orifices 21 et 27. D'après ce qui vient d'étre décrit, le capot et 1es zontre- capots définissent trois zones, dont les deux premières sont resnecti - vement en communication directe avec les batteries de tubes. La trois sième zone permet d'une part la communication des deux premières zones entre elles, et la communication Üe ces deux premières zones avec l'e > - térieur. Tl faut remarquer que les deux premières zones 19 et 20 ne comportent pas de communication directe entre elles au niveau de leur joncti L'échangeur muni de ces deux boîtes de raccordement 9 et 15 présente donc trois orifices de raccordement avec l'extérieur, respectivement 13, 27 et 28. Dans la plupart des cas, seuls deux orifices de raccordement sont nécessaires pour assurer l'entrée du fluide dans l'échangeur9 et sa sortie. Par ailleurs, dans certains cas, l'utilisation d'une vanne de régulation à canule d'injection permet de n'utiliser en fait qu'un seul orifice de raccordement par lequel s'effectuent à la fois l'entrée et la sortie du fluide. Selon le mode de raccordement compatible avec l'installation exterieure, l'entrée et la sortie du fluide s'effectuent par l'intermédiaire de deux des trois orifices de raccordement, ou par un seul d'entre eux. En particulier, dans le cas d'un montage avec entrée et sortie du meme côté de l'échangeur ou d'un montage monotrou avec vanne de régulation à canule d'injection, l'entrée et la sortie s'effectuent par la boite de raccordement 15. Suivant la position des tuyaux d'arrivée et de départ, le retournement du fluide est toujours possible. Des bouchons 32 sont susceptibles d'obturer de manière étanche l'un quelconque des orifices de raccordement 13, 27 et 28, ou deux d'entre eux. Dans un mode préférentiel de realisation, ce bouchon présente tout d'abord une partie cylindrique filetée 31 dont le diamètre et le pas sont en correspondance avec le diametre et le pas de l'un quelconque des manchons 14, 29 et 30. A l'extrémité de cette partie filetée 31, un épaulement permet d'assurer l'étanchéité en prenant appui sur la face supérieure du manchon dans lequel il est vissé. Naturellement, un joint d'étanchéité approprie pourra être intercalé entre l'épaulement et la face supérieure du manchon. L'extrémité 33 du bouchon présente toute forme appropriée qui lui permet d'être vissée et dévissée avec un outillage standard. Dans la figure 1, a proximité de la boite de raccordement, est représentée une bague 34. Cette bague présente un diamètre extérieur sensiElement égal au diamètre intérieur des orifices 27 et 28 de maniere à pouvoir être introduite à l'intérieur de ceux-ci. Par ailleurs, elle présente une hauteur légèrement supérieure à la distance entre le capot et les contre-capots au niveau de leurs orifices de communication coaxiaux respectifs. Une bague 34 peut donc être introduite à l'intérieur de chacun des orifices 27 et 28. L'une de ses extrémites 36 prendra appui sur la périphérie de l'orifice par exemple 21, et son autre extrémité 37 remontera à l'intérieur du manchon, par exemple 29. Ainsi cette bague lorsqu'elle est introduite dans un orifice de raccordement, par exemple Itorifice 27 obture la communication entre l'extérieur et la troisième zone 26 d'une part, et la communication entre cette troisième zone 26 et la zone 19 d'autre part. Elle permet donc d'établir une communication directe entre l'extérieur et la zone 19.La bague est en tout matériau approprié, de préference semi-souple de maniere à pouvoir réaliser une bonne étanchéité. Il faut remarquer que le serrage d'un élément de raccord, ou d'une vanne dans les manchons 29 contre la bague 38 assure d'une part 1 'étanchéité de la communication directe entre l'extérieur et la zone 19, et d'autre part l'isolement étanche de la zone 26. Dans un mode préférentiel de réalisation, la paroi interne 35 de la bague est tronconique, et présente un diamètre minimum au niveau de sa face extrême 36 sensiblement-égal au diamètre de l'orifice 21 de manière à éviter une variation brusque de diamètre a ce niveau, ce qui perturberait l'écoulement du fluide. Naturellement, des bagues 34 peuvent être indifféremment introduites dans l'un des deux orifices 27 ou 28, ou dans les deux orifices. Les figures 2, 3 et 4 presentent différents modes de raccordement que la boîte collectrice de raccordement selon l'invention permet de réaliser. Dans ces différentes figures, les mêmes références que dans la figure 1 ont été utilisées pour désigner les mêmes éléments. La circulation du fluide à: l'intérieur de l'échangeur est schématisée par les flèches 39. Dans le cas de la figure 2, l'entrée s'effectue par l'orifice de raccordement 28, et la sortie par l'orifice de raccordement 13 située a l'autre extrémité de l'échangeur. De ce fait, l'orifice 27 est obturé de manière étanche par un bouchon 32 qui vient se visser dans le manchon 29. Le fluide en entrée pénètre dans la troisième zone 26, puispar les orifices de communication 21 et 22 respectivement dans les zones 19 et 20. Le fluide en entrée se répartit donc de manière équilibrée à l'intérieur de chacun des tubes de chaque batterie. La boite de raccordement 9 en sortie, recueille le fluide en sortie de chacun des tubes, et l'évacue par l'orifice 13. Cette figure est donc relative au cas où l'échangeur est intégré dans une installation nécessitant~une entrée et uné sortie pour chacune des faces dê- cel ui -ci. 1 faut cependant remarquer que l'entrée se fait par l'orifice 28, et pourrait de la même manière se faire par l'orifice 27 où l'orifice 13 grâce au répartiteur de débit 40 et il suffirait dans ce cas d'obturer l'orifice 28. La figure 3 représente l'échangeur dans un autre mode de raccordement,nécessitant que l'entrée et la sortie se fassent sur une même extremité de celui-ci. Dans ce cas, l'entrée se fait par exemple par l'orifice 27 et la sortie par l'orifice 28. Deux bagues 34 sont respectivement introduites dans les orifices 27 et 28, de manière à établir une communication directe entre l'extérieur et les zones 19 et 20.-L'o- rifice 13 quant à lui est obture par un bouchon 14 de manière étanche. De ce fait, le fluide pénètre dans l'échangeur par l'orifice 27, puis directement dans la zone 19 d'où il parcourt les tubes débouchant dans cette zone. A l'autre extrémité de l'échangeur, la boite 9 renvoie le fluide dans les tubes de l'autre batterie assurant son retour, et le fluide est évacua directement de la zone 20 vers l'extérieur. Dans ce cas, la zone 26, isolee de l'extérieur et des deux zones 19 et 20 par les bagues 34 n'est pas parcourue par le fluide. Il faut cependant remarquer que l'utiiisation d'une seule bague permet d'obtenir le meme résultat, à savoir l'entrée et la sortie de fluide du même côté de l'échangeur. Dans le cas présent, l'utilisation de deux bagues a été preferée de manière a obtenir une meilleure isolation des fluides en entre et en sortie. Dans le mode de raccordement voisin de la figure 4, un élément de raccord à canule d'injection, et par exemple une vanne de régulation a été utilisée. Cet élément vient se visser par exemple dans le manchon 30, et l'extrémité 42 de sa canule 40 presente un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de l'orifice 22, ce qui permet à la canule de pénétrer de manière étanche par cet orifice à l'intérieur de la zone 20. Dans le cas d'une canule de diamètre inférieur à l'orifice, une bague souple serrante sur la canule, et d'un diamètre extérieur-plus grand que l'orifice 22 assure l'étanchéité. Le fluide sort de l'élément de raccord par exemple par la périphérie de la canule et repart par sa partie centrale.Dans ce cas, un seul orifice de raccordement est nécessaire pour assurer à la fois l'entrée et la sortie dU fluide. Les deux autres orifices de raccordement, a savoir l'orifice 27 et l'orifice 13 sont donc obtures de manière etanche par des bouchons 32. Le liquide entre dans la zone 20 de l'échangeur par la périphérie de la canule, puis dans la zone 19 par l'orifice 21. Il parcourt ensuite les tubes débou chant dans cette zone puis est renvoye par la boîte de raccordement 9 vers la zone 20. Le fluide sort de cette zone par l'extrémité 42 de la canule qui débouche dans celle-ci. La même boîte collectrice de raccordement, éventuellement équipée de bagues et de bouchons, permet donc de s'adapter aux différents modes de raccordement, et donc aux exigences de l'installation extérieure. Par ailleurs, la boite de raccordement permet de monter différents échangeurs indifféremment en serie ou en parallèle. Naturellement, le mode de réalisation de la présente invention qui vient d'être décrit n'est donné qu'à titre indicatif, et l'on pourrait adopter d'autres modes de rêalisation sans pour autant sertir du cadre de la présente invention. RE'JENDICATIONS 1. Boîte collectrice de raccordement pour appareil d'échanges thermiques utilisant un fluide frigoporteur ou caloporteur circulant dans des tubes parallèles éventuellement munis d'ailettes et regroupés en batteries, destinée à assurer le raccordement entre ces batteries de tubes et les canalisations extérieures véhiculant le fluide, caractérisée par le fait qu'elle présente trois zones, dont les deux pre mières sont respectivement en communication avec deux batteries de tubes et avec la troisième zone, sans avoir de communication directe entre elles, la troisième zone présentant deux orifices de communication avec l'extérieur, ainsi que des moyens qui permettent aux deux premières zones de remplir des fonctions d'entrée de fluide, ou respectivement d'entrée et de sortie pour l'échangeur, selon son mode de raccordement avec l'installation extérieure. 2. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les dits moyens permettent selon la fonction respective des deux premières zones d'établir une communication directe entre les orifices de communication avec l'extérieur et les premières zones. 3. Boîte collectrice selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les dits moyens comprennent les deux orifices de communication avec l'extérieur de la troisième zone, les orifices de communication entre les deux premières zones et la troisième, respectivement coaxiaux. 4. Boîte collectrice selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les orifices de communecation dec deux premières zones avec la troisième zone présentent respectivement un diamètre inférieur aux orifices de communication de la troisième zone ae l'extérieur. 5. Boîte collectr'ce selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractnrisée par le fait que les moyens comprennent des bagues c/lindriques amovibles coaxiales respectivement aux orifices de communication coaxiaux, établissant une conrunication directe entre lfexte- rieur et les premières zones, et isolant à leur niveau la troisième zone de l'extérieur et des premières zones. 6. Boîte collectrice selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les bagues présentent un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre de l'orifice de communication de la troisième zone avec l'extérieur, et une hauteur au moins égale à la distance entre les orifices coaxiaux. 7. Boîte collectrice selon les revendications 5 et 6, caractérisée par le fait que la paroi interne des bagues est tronconique et qu'elle presente un plus petit diamètre sensiblement egal au diame- tre des orifices de communication entre les premières zones et la troi sième zone. 8. Boîte collectrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un bouchon obture un orifice de communication de la troisième zone avec l'extérieur lorsque celui-ci n'est pas raccorde à l'installation extérieure. 9. Boite collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les deux premières zones sont définies respectivement par une platine porte-tube que les tubes traversent et par un contre-capot solidarisé de manière étanche à cette platine porte-tube, et percé d'un trou qui constitue l'orifice de communication entre les premières zones et la troisième zone. 10. Boîte collectrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la troisieme zone est définie par les deux contre-capots des deux premières zones, et par un capot qui les recouvre et qui est solidarisé de manière tanche au moins à la platine porte-tube, ce capot étant percé de deux trous qui constituent les orifices de communication entre la troisième zone et i'ext- rieur, coaxiaux respectivement aux trous des contre-capots.