Brevet FR2502319A1 — publié le 19820924

La présente invention se rapporte à un échangeur de cha- leur qui se compose d'une section d'enveloppe tubulaire, d' un anneau d'enveloppe monté coaxialement à chaque extrémité de la section d'enveloppe tubulaire et d'un couvercle monté sur chaque extrémité libre des anneaux d'enveloppe, les an- neaux d'enveloppe et les couvercles ayant essentiellement des structures identiques, des moyens de fixation étant prévus pour tenir assemblées les différentes parties formant l'enve- loppe et qui comprend également un dispositif de direction pour isoler l'un de l'autre les fluides en échange de chaleur, monté à l'intérieur de l'enveloppe et pouvant se déplacer sous l'action de la dilatation thermique, ce dispositif se composant de deux fonds ou plateaux entre lesquels est monté et avec lesquels est relié un faisceau de tubes, les plateaux supportant les tubes ayant la forme de pistons pouvant coulis- sei- à l'intérieur de l'enveloppe. Dans un échangeur de chaleur connu, du type ci-dessus, la section d'enveloppe tubulaire et les anneaux d'enveloppe sont respectivement pourvus à leurs extrémités, de bordures ou de brides de fixation et le couvercle, qui présente un raccord central, possède une bride de fixation à son bord opposé au raccord. La fabrication de pièces pourvues de bor- dures ou de brides coûte chère et pour deux brides devant être reliées ensemble, des moyens de fixation spéciaux sont nécessaires. Une telle forme de construction d'un échangeur de chaleur est donc relativement compliquée (voir DE-AS 11 34 397). La présente invention s'est fixée pour but d'apporter un échangeur de chaleur qui se compose de pièces relativement simples et faciles à usiner et qui peut, sans grande modifi- cation, être utilisé dans un grand ncmbre de situations. Ce but est atteint en ce que la section d'enveloppe tubulaire est constituée par un simple tube du commerce ayant une épaisseur uniforme, dont les extrémités présentent respec- tivement un dégagement qui forme un épaulement sur lequel peut venir prendre appui l'anneau d'enveloppe voisin, en ce que chaque anneau d'enveloppe présente, le long de son pourtour, un certain nombre d'oeillets pour la fixation d'un raccord destiné à l'arrivée ou au départ de l'un des fluides d' échange de chaleur, la disposition étant telle qu'un oeillet est prévu pour chacun des perçages de raccord, en ce que le couvercle présente, du côté tourné vers l'intérieur de l'en- veloppe, une série de rainures parallèles pour l'engagement d'une cloison pouvant être reliée avec le plateau supportant les tubes, en ce que, sur le couvercle, à l'extérieur des nervures peuvent être fixés plusieurs raccords et en ce que les moyens de fixation se présentent sous la forme de tirants uniformément distribués le long du pourtour de l'échangeur. On voit donc que les composants formant cet échangeur de chaleur ont une structure relativement simple et, par conséquent, peuvent être produits a bon marché. De plus, la réalisation d'un échangeur de chaleur donné, ne demande qu'un minimum de travaux d'usinage impliquant un enlèvement de matière. Aucune opération de soudage n'est nécessaire. L' utilisation'de tirants comme élément de fixation permet de réduire considérablement le nombre de moyens de fixation né- cessaires, de sorte que l'échangeur de chaleur selon l'in- vention peut être facilement assemblé, sans avoir recours à des moyens compliqués. En partant d'un tel échangeur de chaleur, il devient possible, avec un minimum d'opérations supplémentaires et en n'utilisant que quelques pièces, de produire des échangeurs de chaleur adaptés à toutes sortes de conditions d'utilisation. De plus, un échangeur de cha- leur déjà fini peut être facilement transformé pour une autre application. De surcroît, aux fins de nettoyage ou de réparation, un tel échangeur de chaleur peut être faci- lement démonté puis remonté. Selon une autre particularité de l'invention, il de- vient possible de transformer facilement un échangeur de chaleur à un flux en un échangeur de chaleur à flux multi- ples et au moins, à deux flux. A cette fin, l'invention prévoit que sur le côté du plateau supportant le faisceau de tubes, qui est à l'opposé dudit faisceau, est fixée une cloison s'étendant radialement qui s'engage dans l'une des rainures parallèles du couvercle et en ce que, entre cette cloison et le couvercle est montée une barrette d'étanchéité. Un échangeur de chaleur à deux flux comportant une cloison soudée sur le côté opposé au faisceau de tubes qui s'engage dans une rainure du couvercle voisin est connu par le brevet américain n'2 237 029. Toutefois, dans cet échang.ur connu, le plateau de support des tubes n'est pas mobile par rapport au couvercle. Pour soulager la section d'enveloppe tubulaire, uq* autre particularité de l'invention prévoit que l'anneau d'enveloppe prend appui, du côté de la section d'enveloppg tubulaire, sur un épaulement du tirant. D'autres caractéristiques et a!antages dc l'invention ressortiront Je la description qui va s t'ivre, 1 i1 n'a bien entendu aucun caractère 1 imitatif, en référence au dessin anre;x forme 1!invention, partieliement ren coupe Iongitudinaie. En se référant au dessin, on voit que 1'échangeur de chaleur représenté comporte, à sa partie centrale, une sec- tion d'enveloppe tubulaire l constituée par un simple tube du commerce, aux extrémités duquel ont été prévus des déga- gements formant des paulements orientes vers 1 'extérieur. Chacun de ces épaulement sert 3 recevoir un anneau 2 ou 2a faisant partie de l'enveloppe. Les anneaux 2, 2a de l'enve- loppe comportent, uniformément répartis le long die leur pour- tour, des oeillets 3 qui permettent d'établir des raccorde- ments. Dans l'exemple de réalisation représenté, les anneaux d'enveloppe 2 et 2a comportent respectivement un raccord 4 ou 4a. L'intervalle entre le pourtour extérieur de la sec- tion d'enveloppe tubulaire 1 et le pourtour intérieur de 1 anneau d'enveloppe 2 ou 2a correspondant est étanché par un joint annulaire 5 ou 5a logé dans 'ann2eau d'enveloppe. Sur le côté des anneaux d'enveloppe 2 et 2a qui est à l'opposé de ia section tubulaire 1 est monté respectivement un couvercle 6 ou 6a. Les anneaux d'enveloppe 2, 2a et les couvercles 6, 6a ont respectivement des structures pratique- ment identiques. Les couvercles 6, 6a ont respectivement un bord péri- phérique 7 ou 7a et cinq nervures intérieures 8, 8a, 8b, 3b et 8d ayant des largeurs différentes, et entre lesquelles est respectivement formée une rainure 9, 9a, 9b, 9c. La ner- vure centrale 8b, qui est la plus étroite, s'étend en dia- gonale. Les deux nervures adjacentes 8a et 8c sont plus lar- -es que les deux nervures extérieures 8 et 8d. Les rainures 9, 9a, 9b, 9c sont identiques et ont une section en coin s'élargissant vers l'extérieur avec un fond d'égale largeur. ?5!Les nervures 8 à 8d s'étendent jusqu'au bord du couvercle. Dans les régions centrales, à l'extérieur des nervures 8 à 8d, on a prévu respectivement un oeillet pour la formation de per- çages d'arrivée. Un tel perçage d'arrivée 10 a été représenté à l'un des oeillets et un perçage d'évacuation a été esquis- sé en tirets sur le côté opposé. Le couvercle 6a ne comporte pas de perçage d'arrivée ou de départ. Toutefois, la pos- sibilité d'y former un perçage d'évacuation lia a été esquis- sée en traits mixtes. Les couvercles 6, 6a ont des bordures radiales saillantes 12 et 12a dans lesquelles sont percés des trous pour le pas- sage de tirants 13. Dans l'exemple de réalisation représenté, quatre bordures 12 et 12a sont uniformément réparties le long du pourtour des couvercles 6 et 6a et quatre tirants 13, sur chacun desquels est vissé un écrou 14 ou 14a passent dans celles-ci. Les tirants 13 assurent l'assemblage de l'envelop- pe de l'échangeur, qui se compose de la section d'enveloppe tubulaire 1, des deux anneaux d'enveloppe 2 et 2a et de deux couvercles 6 et 6a. Pour soulager la section tubulaire 1, les tirants peuvent comporter, au voisinage des extrémités de la section tubulaire 1, respectivement un épaulement prenant ap- pui sur l'anneau d'enveloppe 2 ou 2a correspondant. A cette fin, celui-ci présente les perçages correspondants ou bien, entre les nervures, des rainures pour recevoir les tirants 13. De cette manière, la section d'enveloppe tubulaire 1 se trou- ve soulagée. A l'intérieur de l'enveloppe on a prévu!n dispositif pour diriger les fluides échangeurs de chaleur. Ce disposi- tif se compose d'un faisceau de tubes 15 dont les extrémités des tubes 16 sont fixées respectivement dans un plateau 17 ou 17a. Les plateaux de tube 17 et lia ont la forme de cuvet- tes. et sont entourés d'un bord 18 ou 18a. L'intervalle entre le bord périphérique 18 et l'anneau d'enveloppe 2 est étanché au moyen d'un joint 19, de même que l'intervalle entre le bord périphérique 18 et le bord 7 du couvercle 6 est isolé au moyen d'un joint annulaire 20. Des joints annulaires 19 a et 20a assurent, de la même manière, l'étanchéité de l'intervalle entre le bord 18a du plateau 17a, d'une part, et l'anneau d'enveloppe 2a et le bord 7a du couvercle 6a, d'autre part, ainsi, le dispositif qui dirige les fluides peut se déplacer axialement à l'intérieur de l'échangeur de chaleur sous les effets de la dilatation thermique. Sur le côté dm plateau à tube 17 et sur le bord 18 de celui-ci qui est à l'opposé du faisceau de tubes 15 est fixée une cloison 21 qui porte, à son extrémité opposée au plateau 17, une barrette 22 qui présente une rainure 9b dans laquelle s'engage partiellement la cloison 21. Ainsi, la cloison 21 est située légèrement à l'extérieur du milieu du plateau 17 et peut couvrir partiellement une ou plusieurs embouchures du faisceau 15, sans pour autant affecter l'efficacité de 1' échangeur de chaleur. L'exemple de réalisation est un échangeur de chaleur à deux flux dans lequel un premier fluide d'échange entre, dans la direction de la flèche A, par le perçage d'arrivée , ceflulde circulant le long des tubes situés sur le des- sin, à la droite de la cloison 21, en direction du couvercle 6a o il change de direction pour se diriger vers le haut sur le côté gauche du dessin, puis pour ressortir de l'échangeur, dans la direction de la flèche B, par le perçage de sortie Il esquissé en tirets. En l'absence de la cloison 21 et de la barrette d'étan- chéité 22, le couvercle 6 ne comporte que le perçage d'arrivée 10 et le couvercle 6a, le perçage de sortie ou d'évacuation lia, représenté en traits mixtes. Dans un tel cas, les deux couvercles 6 et 6a sont complètement identiques. Le fluide d'ïchange de chaleur qui arrive par le perçage d'entrée 10 ne circule, dans ce cas, qu'en direction du perçage de sortie ila, mais pas dans la direction opposée. En augmentant le nombre des cloisons 21, on peut réali- ser des échangeurs de chaleur à flux multiples, auquel cas, il convient de prévoir dans les couvercles 6 et 6a les per- çages d'entrée et de sortie nécessaires. Le second fluide d'échange de chaleur est introduit dans l'appareil par le raccord 4 et quitte celui-ci par le raccord 4a. L'échangeur de chaleur décrit ci-dessus se compose d' éléments individuels assemblés selon le système de la boite de construction. Il peut être facilement modifié, par exemple, en tournant l'un des anneaux d'enveloppe 2 ou 2a autour de son axe, ce qui permet d'adapter cet échangeur de chaleur à différentes conditions de montage. Bien enteidu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté. On pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir pour cela du cadre de l'invention. 250231é R E Y E N D I C A T I 0 N S 1 - Echangeur de chaleur qui comprend une section d' enveloppe tubulaire (1), un anneau d'enveloppe (2, 2aj monté coaxialement à chaque extrémité de la section d'enveloppe tu- bulaire et d'un couvercle (6,6a) monté sur chaque extrémité libre des anneaux d'enveloppe, les anneaux d'enveloppe et les couvercles ayant essentiellement des structures identiques, des moyens de fixation (13,14) étant prévus pour tenir as- semblées différentes parties formant l'enveloppe et qui com- prend également un dispositif de direction pour isoler l'un de l'autre 'es fluides en échange de chaleur, monté à l'in- térieur de l'enveloppe et pouvant se déplacer sous l'action de la dilatation thermique, ce dispositif se composant de deux fonds ou plateaux (17,17a) entre lesquels est monté et avec lesquels, est relié un faisceau de tubes (15), les plateaux supportant les tubes ayant la forme de pistons pouvant cou- lisser à l'intérieur de l'enveloppe, caractérisé en ce que la section d'enveloppe tubulaire est constituée par un simple tube du commerce ayant une épaisseur uniforme, dont les ex- trémités présentent respectivement un dégagement qui formne un épaulement sur lequel peut venir prendre appui l'anneau d'enveloppe voisin, en ce que chaque anneau d'enveloppe pré- sente, le long de son pourtour, un certain nombre d'oeil- let-! (3) pour la fixation d'un raccord destiné à l'arrivée ou au départ de l'un des fluides d'échange de chaleur, la disposition étant telle qu'un oeillet est prévu pour chacun des perçages de raccord, en ce que le couvercle présente, du côté tourné vers l'intérieur de l'enveloppe, une série de- rainures parallèles (9,à 9c) -pour l'engagement d'une cloison (21) pouvant être reliée avec le plateau supportant les tubes, en ce que, sur le couvercle, à l'extérieur des nervures (8 à Bd) peuvent être fixes plusieurs raccords (10,11) et en ce que les moyens de fixation se présentent sous la forme de tirants uniformément distribués le long du pourtour de 1' échangeur. 2 - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le côté du plateau (17) supportant le faisceau de tubes (15), qui est à l'opposé dudit faisceau (15) est fixée une cloison (21) s'étendant radialement qui s'engage dans l'une des rainures parallèles (9 à 9c) du couvercle et en ce que, entre cette cloison et le couvercle est montée une barrette d'étanchéité (22). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce que l'anneau d'enveloppe (2,2a) prend appui, du côté de la section d'enveloppe tubulaire (1), sur un épaulement du tirant (13). 4 - Echangeur de chaleur, selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un couvercle (6,6a) pourvu d'une bordure (7,7a), caractérisé en ce qu'il est pour- vu de deux oeillets opposés permettant de fixer respective- ment un raccord (10,11,11a).