Brevet FR2542860A1 — publié le 19840921

ECHANGEUR DE CHALEUR A FAISCEAU TUBULAIRE ENVELOPPE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE DUDIT ECHANGEUR La présente invention se rapporte,d'une manière géné- rale, à des échangeurs de chaleur du type à enveloppe ren- fermant des tubes et, plus particulièrement,à de tels é- changeurs de chaleur dans lesquels la paroi externe consiste en deux moitiés d'enveloppe ondulées solidarisées par soudage dans leurs zones de rencontre, les ondulations constituant des logements pour les plaques extrêmes de montage et les chicanes. Jusqu'à présent, des ensembles d'échange thermique du type à enveloppe et à tubes consistent généralement en une enveloppe cylindrique dans laquelle un faisceau tubulaire comprenant des plaques extrêmes de montage, des chicanes et des tubes solidarisés par brasage est introduit et brasé autour desdites plaques extrêmes au voisinage des extrémités de ladite enveloppe cylindrique. L'invention a pour objetg;énéral de proposer un échan- geur de chaleur perfectionné du type à enveloppe et à tubes. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un échangeur thermique perfectionné et d'un assemblage plus fa- cile, dans lequel l'enveloppe consiste en deux moitiés as- sujetties par soudage et présentant chacune une paroi ondu- lée. L'invention vise en outre à proposer un échangeur de chaleur dans lequel un ensemble se composant de plaques ex- trêmes de montage, de chicanes et de tubes est mis en place dans l'une des moitiés ondulées de l'enveloppe, les plaques extrêmes et les chicanes en quinconce étant logées dans des ondulations choisies, après quoi l'autre moitié ondulée de l'enveloppe est placée sur les plaques extrêmes et les chi- canes restantes, puis les bords adjacents des moitiés de ladite enveloppe sont reliés par soudage avant que les deux plaques extrêmes soient brasées sur-l'enveloppe qui les entoure. Un autre objet de l'invention est de proposer un pro- cédé perfectionné pour assembler un échangeur de chaleur tel que décrit ci-avant. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale avec arrache- ment partiel d'un échangeur thermique refroidisseur d'huile conformément à l'invention; la figure 2 est une vue en bout observée dans la direc- tion de la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une élévation latérale représentant la structure du faisceau tubulaire évoqué sur la figure 1; et la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 1. En se référant plus en détail aux dessins, la figure 1 illustre un échangeur de chaleur 10 du type à enveloppe et à tubes pouvant être utilisé par exemple en tant que refroi- disseur d'huile, et dans lequel une enveloppe 12 se compose de deux éléments découpés à l'emporte-pièce constituant deux moitiés symétriques 14 solidarisées par soudage sur leurs bords adjacents bridés 16, pour former des joints 18 (figure 2) Chaque moitié 14 de l'enveloppe est configurée de façon à présenter des ondulations 20 étroitement rapprochées sur toute sa longueur, à I'exception d'un court tronçon prédé- terminé à chacune de ses extrémités Un faisceau tubulaire 22 (figure 3), comprenant deux plaques extrêmes de montage 24, plusieurs chicanes 26 distantes d'espacements égaux et agen- cées en quinconce, ainsi que plusieurs tubes 28 traversant des trous alignés 30 percés dans lesdites plaques et lesdites chicanes, est monté dans l'intégralité de l'enveloppe arrondie 12,de la manière décrite ciaprès Des moyens de raccordement décrits ci-dessous sont incorporés pour obliger de l'huile ou un autre fluide à s'écouler de part en part -dans toute l'enveloppe arrondie 12 entre les plaques extrêmes 24 et autour des tubes 28 et des chicanes 26, et pour faire en sorte qu'un fluide de refroidissement approprié tel que de l'eau circule dans lesdits tubes 28. Comme représenté sur les figures 1 et 3, les plaques extrêmes de montage 24 sont des organes intégralement cir- culaires, tandis que les chicanes 26 ont une configuration occupant sensiblement plus d'un demi-cercle. Le procédé de fabrication et d'assemblage de l'é- changeur 10 peut être le suivant: 1 chaque moitié semi-tubulaire 14 de l'enveloppe est découpée à l ' emporte-pièce sur une presse (non représentée) dans une tôle d'acier plane, en formant les ondulations 20 sur à peu près toute sa longueur, les bords bridés 16 et- des surfaces lisses 32 voisines de ses extrémités et sur les- quelles peuvent être mon-tés des raccords respectifs d'entrée 34 et de sortie 36 d'un fluide o 2 les plaques extrêmes 24 et les chicanes 26, per- cées de trous, sont insérées dans des gorges curvilignes respectives élaborées dans une monture d'assemblage appro- priée (non illustrée), lesdites chicanes étant agencées en quinconce et mutuellement opposées (figure 1); 3 les tubes 28 sont introduits par les trous alignés desdites plaques extrêmes et desdites chicanes, afin de compléter le faisceau tubulaire 22 e - 4 une première moitié 14 de l'enveloppe est placée sur ledit faisceau tubulaire, de façon que les plaques extrêmes et les chicanes se trouvent dans des ondulations 20 sélection- nées au-delà desquelles les chicanes en quinconce font saillie vers l'extérieur; la monture et le faisceau tubulaire sont tout d'a- bord retournés, ladite monture est enlevée et la seconde moitié 14 de l'enveloppe vient coiffer l'ensemble, de façon que les plaques extrêmes et les chicanes soient logées dans des ondulations choisies de cette moitié d'enveloppe; 6 l'échangeur assemblé est ensuite disposé dans une monture de serrage appropriée (non représentée) de manière que les bords bridés 16 soient ajustés hermétiquement, puis soudés pour former les joints 18 y 7 lesdits tubes 28, s'étendant légèrement au-delà des plaques respectives 24, sont brasés sur ces plaques et lesdites plaques sont à leur tour brasées intégralement sur l'enveloppe arrondie 12 en éliminant toute fuite d'un côté à l'autre desdites plaques et en solidarisant rigi- dement tous les composants pour former un ensemble unitaire, 8 un raccord d'entrée ou capuchon extrême 38 est fi- xé, par exemple par soudage, à un orifice 40 ménagé dans une bride circulaire de montage 42 et-cette bride est à son tour assujettie, par exemple par soudage, à l'intérieur de l'une des extrémités de-l'enveloppe 12, extérieurement à l'une des plaques 24 De manière analogue, un raccord de sortie ou capuchon extrême 44 est fixé à une autre bride cir- culaire de montage 46 logée dans l'autre extrémité de l'en- veloppe 12 De ce fait, l'entrée et la sortie communiquent mutuellement grâce aux tubes intermédiaires 28 à extrémités ouvertes. Ensuite, une console de montage appropriée 48, percée de deux boutonnières d'ajustement 50, peut être fixée à la surface externe de l'extrémité d'entrée de l'échangeur 10, une seconde console de montage 52, munie de boutonnières 50, pouvant être assujettie à la surface externe de l'extrémité de sortie. Dans une variante du procédé d'assemblage décrit ci- dessus, il est possible, à la place des étapes 2, 4 et 5, de disposer l'une des moitiés 14 de l'enveloppe de façon que son côté ouvert soit tourné vers le haut (sans utiliser aucune monture de retenue, ou bien seulement une monture du type berceau), de mettre en place les plaques extrêmes 24 et les chicanes 26 dans cette moitié d'enveloppe, puis d'ins- taller pour finir l'antre moitié de l'enveloppe sur lesdites plaques et lesdites chicanes. Une fois l'assemblage achevé, du fluide pénètre en ser- vice par l'intermédiaire du raccord d'entrée 34 au-dessus et autour des tubes 28, mais généralement perpendiculairement à ces tubes étant donné qu'il doit entrer en contact avec les chicanes 26 en quinconce autour desquelles il doit circuler,. puis ce fluide sort par le raccord de sortie 36,cependant que de l'eau ou un autre fluide de refroidissement s'écoule dans les tubes 28 par l'intermédiaire des capuchons extrêmes d'en- trée et de sortie 38 et 44, respectivement Les deux fluides sont maintenus séparés l'un de l'autre par l'ajustement é- tanche des plaques extrêmes 24 enchâssées dans les ondula- tions extrêmes 20 de l'enveloppe arrondie 12. Il ressort de la description qui précède que les on- dulatiôns 20 produisent les effets suivants: elles confè- rent une plus grande rigidité, permettant de réduire l'épais- seur de la paroi de l'enveloppe tout en éliminant un quel- conque retrait de cette enveloppe pendant des opérations typiques de formage; elles constituent des organes d'espa- cement efficaces des chicanes en éliminant la nécessité de supports ou entretoises et en réduisant notablement la possibilité d'une dérivation de l'huile entre ces chicanes (ce qui di- minue l'efficacité du refroidissement); et elles rétrécis- sent l'intervalle entre l'enveloppe et les plaques extrêmes, d'autant plus qu'aucun jeu ne doit être réservé en vue de l'insertion d'un faisceau tubulaire dans une enveloppe cy- lindrique (comme tel était le cas jusqu'à présent), en di- minuant considérablement la quantité de matière de brasure nécessaire Il en résulte un échangeur thermique refroidis- seur d'huile plus efficace et d'un assemblage plus aisé. Bien qu'une seule forme de réalisation du dispositif et deux types de mise en oeuvre du procédé d'assemblage aient été décrits et représentée, il va de soi que de nom- breuses modifications peuvent être apportées à l'échangeur thermique et à son procédé d'assemblage, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comprend deux moitiés d'enveloppe semi-circulaires ( 14) présentant chacune des parois ondulées, ces moitiés d'en- veloppe étant solidarisées par soudage sur leurs bords com- plémentaires ( 16) pour former une enveloppe ( 12) tubulaire; une plaque extrême de montage ( 24) instal- lée dans ladite enveloppe, dans la première ondulation ( 20) voisine de chacune de ses extrémités; plusieurs chicanes ( 26) logées dans des ondulations ( 20) des moitiés d'envelop- pe semi-circulaires ( 14), en étant agencées en quinconce à des espacements égaux dans ces moitiés; plusieurs trous alignés ( 30) percés dans lesdites plaques extrêmes ( 24) et dans lesdites chicanes ( 26); ainsi qu'un tube ( 28) tra- versant chaque série de trous alignés ( 30) afin de former un faisceau tubulaire ( 22) à l'intérieur de ladite envelop- pe ( 12). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que des raccords d'entrée ( 34) et de sortie ( 36) d'un fluide sont élaborés sur l'enveloppe ( 12) en vue de commander l'écoulement du fluide dans ladite enveloppe autour des tubes ( 28). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que des capuchons d'entrée ( 28) à l'intérieur de ladite enveloppe. 4 Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur du type comprenant une enveloppe et des tubes, procédé carac- térisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à découper à l'emporte-pièce deux moitiés d'enveloppe semi- circulaires dans une tôle d'acier plane, de telle sorte que chacune de ces moitiés présente des ondulations s'étendant sensiblement sur toute sa longueur, des bords bridés, ainsi que des surfaces lisses voisines de ses extrémités et conçues pour pouvoir y monter sélectivement des raccords d'entrée et de sortie d'huile en vue d'établir la communication avec l'espace interne de l'enveloppe tubulaire ainsi formée; insérer, dans une monture d'assemblage, deux plaques extrêmes perforées et plusieurs chicanes intermé- diaires perforées et également espacées, les trous desdites chicanes étant alignés avec des trous respectifs ménagés dans lesdites plaques extrêmes, lesdites chicanes agencées en quin- conce étant mutuellement opposées; introduire des tubes dans les trous alignés desdites plaques extrêmes et desdites chi- canes, de façon à former un faisceau tubulaire; placer une première moitié d'enveloppe sur ledit faisceau tubulaire de manière que les plaques extrêmes et les chicanes en quinconce se trouvent dans des ondulations choisies; retourner ladite monture et ledit faisceau tubulaire, enlever ladite monture et y installer une seconde moitié d'enveloppe de manière que les plaques extrêmes et les chicanes restantes agencées en quinconce soient logées dans des ondulations choisies, et que les bords bridés de la seconde moitié d'enveloppe por- tent contre les bords bridés de ladite première moitié; dis- poser l'assemblage dans une monture de serrage de façon à assurer un ajustement hermétique des bords bridés, puis souder ces bords aboutés afin de former des joints de l'enveloppe; braser les extrémités des tubes sur les plaques extrêmes et braser ces plaques extrêmes sur ladite enveloppe; et assujet- tir des capuchons d'entrée et de sortie d'un fluide de re- froidissement aux extrémités de ladite enveloppe, afin d'établir une communication avec les extrémités ouvertes res- pectives desdits tubes. Procédé d'assemblage d'un échangeur de chaleur du type comprenant une enveloppe et des tubes, procédé caracté- risé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à découper à l'emporte-pièce deux moitiés d'enveloppe semi- circulaires dans une tôle d'acier plane, de telle sorte que chacune desdites moitiés présente des ondulations s'étendant sensiblement sur toute sa longueur, des bords bridésainsi que des surfaces lisses voisines de ses extrémités et conçues pour pouvoir y monter sélectivement des raccords d'en- trée et de sortie-d'huile en vue d 'établir la communication avec l'espace interne de l'enveloppe tubulaire ainsi formée; insérer, dans des ondulations sélectionnées de l'une des moitiés d'enveloppe,deux plaques extrêmes perfo- rées et plusieurs chicanes intermédiaires perforées également espacées, les trous ménagés dans lesdites chicanes étant ali- gnés avec des trous respectifs percés dans lesdites plaques extrêmes, les chicanes agencées en quinconce étant mutuelle- ment opposées; introduire des tubes dans les trous alignés desdites plaques extrêmes et desdites chicanes, de manière à former un faisceau tubulaire; placer l'autre moitié d'en- veloppe sur ledit faisceau tubulaire, de manière que les pla- ques extrêmes et les chicanes agencées en quinconce se trou- vent dans des ondulations choisies, et que les bords bridés de cette autre moitié d'enveloppe portent contre les bords bridés de ladite première moitié; disposer l'assemblage dans une monture de serrage afin d'assurer un ajustement her- métique des bords bridés, puis souder ces bords bridés abou- tés de manière à former des joints de ladite enveloppe; braser les extrémités des tubes sur lesdites plaques extrê- mes et braser ces plaques extrêmes sur ladite enveloppe; et assujettir des capuchons d'entrée et de sortie d'un fluide de refroidissement aux extrémités de ladite enveloppe, en vue d'établir une communication avec les extrémités ouvertes respectives desdits tubes.