Brevet FR2536525A1 — publié le 19840525

La presente invention concerne les échangeurs de chaleur à circulation de fluide et, en particulier, de tels échangeurs maillés à a' circulation bi- ou tridimensionnelle du fluide échangeur. Bien qu'il soit en principe possible de construire les échangeurs de chaleur à la demande, en fonction des besoins, à partir des produits demi-finis, cette approche n'est justifiable que pour certains échangeurs industriels La prefabrication des échan- geurs de chaleur offre l'avantage de restreindre les colts de fabrication et de permettre de resoudre rapidement la plupart des problèmes posés Elle est la solution de choix pour le matériel de chauffage central. Deux inconve0nientsmajeurs de la préfabri- cation sont qu'elle conduit à constituer des stocks importants, en variété et en nombre, de pièces dont le financement est prohibitif, et qu'elle limite le choix offert à la clientèle. Aucune solution satisfaisante alliant la commodité de la préfabrication à la legèreté et à la polyvalence des stocks ne semble avoir e te' proposez jusqu'à présents Une telle combinaison de la commodité due à la préfabrication avec la legerete d'un stock polyvalent est offerte par l'invention qui a pour objet un échangeur de chaleur maille a circulation de fluide, à modularité bi- et/ou tridimensionnelle, constitué par des elements de construction préfa- briqués, qui sont des noeuds de distribution bi- ou tridimensionnelle, assemblés par des mamelons et/ou nipples et/ou des emboîtements collés et/ou soudés avec des tubes échangeurs et des organes accessoires d'étanchéité et de débit. Le terme "tube échangeur" est à entendre aux fins de l'invention comme désignant un profilé quelcon que formant conduit échangeur L'invention a aussi pour objet les noeuds de distribution bi- ou tridimensionnelle Certaines formes de realisation des noeuds de distribution peuvent exercer des fonctions supplé mentaires intervenant dans la mise en place des échan- geurs (pieds, ancrages, ..09 et leur fonctionnement (vannes, purgeurs, ...) Quand lsech.angeur lui même est tridimen sionnel, c'est-a'-dire comprend plus d'une nappe plane de tubes échangeurs ou au moins une nappe de tubes échangeur qui n'est pas plane, la disposition de ces nappes peut faire que les tubes ne se rassemblent pas tous perpendiculairement aux noeuds. Le noeud de distribution qui peut être consi deré comme & ant l'e3le'ment de construction fondamental, dont tous les autres de rivent par modification des angles, suppression de certaines parties pour le passage de la distribution tridimensionnelle a la distribution bidimensionnelle ou intégration de pièces secondaires pour des fonctions supplémentaires, est le noeud de distribution tridimensionnelle. Il convient de noter qu'aux fins de l'inven- tion le terme "distribution" relatif aux e' le' ments préfabriqués constitutifs de l'échangeur de chaleur ne qualifie pas le sens de passage du fluide, ce dernier pouvant indifféremment sortir du noeud ou y pénétrera comme l'impose la circulation. Le noeud de distribution tridimensionnelle conforme à l'invention est forme' par six tubulures alignées deux S deux, orientes suivant les axes d'un trièdre et réunies en un corps creux rentré sur le point d'intersection du trièdre, étant entendu que le noeud présente premièrement, suivant chacun de deux des axes du trièdre, dans un sens, une extrémité femelle et, dans l'autre sens, une extrémité mâle, lesquelles extrémités mâles et femelles permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant le troisième axe du trièdre, dans les deux sens, des extrémités mâles, l'une de ces dernières extrémités mâles recevant un organe accessoire d'étanchéité ou de débit et l'autre de ces dernières extrémités mâles étant reçue dans un tube échangeur. Le noeud de distribution tridimensionnelle le plus fréquent et préféré est le noeud de distribution tridimensionnelle trirectangle formé par six tubulures alignées deux à deux, orientées suivant les axes d'un trièdre trirectangle et réunies en un corps creux centré sur le point d'intersection du trièdre, étant entendu que le noeud présente premièrement, suivant chacun de deux des axes du trièdre, dans un sens, une extrémité femelle et, dans l'autre sens, une extrémité mâle, lesquelles extrémités mâles et femelles permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant le troisième axe du trièdre, dans les deux sens, des extrémités mâles, l'une de ces dernières extrémités mâles recevant un organe accessoire d'étanchéité ou de débit et l'autre de ces dernières extrémités mâles étant reçue dans un tube échangeur. Parmi les noeuds de distribution tridimensionnelle non trirectangles, il convient de mentionner, en particulier, ceux dans lesquels deux des axes du trièdre sont perpendiculaires entre eux, le troisième axe étant -perpendiculaire à l'un des deux autres uniquement. Des valeurs intéressantes pour l'angle autre que droit sont celles de 300, 45" et 600 parce qu'elles correspondent aux valeurs singulières du sinus et du cosinus. Le noeud de distribution bidimensionnelle conforme à l'invention est formé par trois tubulures assemblées en Té, étant entendu que le noeud présente, premièrement suivant la barre du Té, dans un sens, une extrémité femelle et, dans l'autre sens, une extrémité mâle, lesquelles extrémités mâle et femelle permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant l'autre direction du Té, une extrémité mâle reçue dans un tube échangeur. Le noeud de distribution bidimensionnelle le plus fréquent et préféré est le noeud de distribution bidimensionnelle formé par trois tubulures assemblées en Té droit, étant entendu que le noeud présente, premièrement suivant la barre du Té, dans un sens, une extrémité femelle et, dans l'autre sens, une extrémité mâle, lesquelles extrémités mâle et femelle permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant l'autre direction du Té, une extrémité mAle reçue dans un tube échangeur. Parmi les noeuds de distribution bidimensionnelle en Té oblique, il convient de citer, en particulier, ceux dont l'angle du Té est de 30 , 45" ou 60 , pour la raison déjà indiquéeO En principe, dans les divers noeuds de distribution, il peut y avoir inversion dans les parties mâles et femelles, par exemple le tube échangeur est fileté, c'est-à-dire est une pièce mâle, qui s'adapte dans une partie taraudée du noeud formant élément femelle. Dans un jeu d'éléments constitutifs d'un échangeur de chaleur, le filetage- choisi est le même, le pas étant droit ou gauche suivant la nécessité, comme précisé ci-après. Dans une forme de réalisation préférée des noeufs de distribution. les extrémités Semelles sont taraudées au pas gauche, les extreèmitels malle sont taraudes au pas droit, - l'assemblage est réalisé par des mamelons filetés aux deux pas. La combinaison réciproque est possible, mais n'est pas préférée parce que les organes accessoires (robinets de purge1 vannes ....) sont normalement livrés au pas droit. Dans une forme de réalisation préférée des noeuds de distribution, l'extrémité mâle reçue dans le tube échangeur est lisse pour le montage par emboi- tement collé ce qui nécessite que la lumière du tube soit lisse et régulière et dun diamètre a peine supérieur à celui de l'extremite mâle correspondante pour la bonne tenue du collage. Suivant une variante, lextrémité mâle reçue dans le tube échangeur est filetée et le tube est taraudés mais le montage douta échangeur complet s en trouve compliqué, de sorte que ce mode de réalisation n'est zest pas préféré. Suivant des formes de réalisation avanta geuses, les noeuds de distribution bidimensionnelle en Té droit sont assemblés en une rampe de distribution venue d'une pièce à la fabrication. Dans une forme de réalisation préférée de l'échangeur de chaleur, la lumière des noeuds et des tubes est celle du matériel de chauffage central ordinaire dit " pouce" et le filegtage est le filetage traditionnel correspondant, exécuté dans sa forme cylindrique, 1'étanchéité étant réalisée par des joints toriques en substance élastomère, par exemple du caoutchouc de silicone. Le filetage conique n'est pas préféré en raison de la difficulté de réaliser simulta nément l'étanchéité par déformation du filet et l'orientation correcte des divers éléments. Dans une forme de réalisation préférée de l'échangeur de chaleurs les organes d'étanchéité sont des bouchons filetés dans le sens approprie et conformés pour la pose d'un joint torique. Pour la jazz pose du joint torique, le bouchon reçu dans une extrémité mâle est muni d'un rebord de meme diamètre que le diamètre extérieur de l'extrémité tle o Ce rebord comporte, dans la face tournée vers l'extrémité mâle, un évidement pour la rétention latérale du joint torique.Aux mêmes fins, le bouchon reçu dans une extrémité mâle comporte un rebord lisse s9adaptant dans une bague fixe texmi- nant l'extremite femelle et assurant la rétention latérale du joint torique sous le rebord lisse Une forme spéciale de bouchon reçu dans une extrémité mâle est un bouchon prolonge par une douille cylindrique dans laquelle peut pénétrer la tige cysin- drique d'un organe d ancrage quelconquer comme un pied su une ferrure de scellement au mur Les organes accessoires de débit sont les vannes, robinets de purge et robinets de vidange, qui peuvent être du type traditionnel, livré avec un pas droit. Avantageusemente le robinet de purge est un robinet automatique à flotteur mais exempt de la cuve du flotteur, du fait que la tête de robinet s'adapte directement dans une extrémité mâle, cette dernière assurant ainsi la fonction de cuve de flotteur Les principales formes de réalisation de l'invention sont décrites ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en perspective d'un noeud de distribution tridimensionnelle, dans laquelle certains détails sont rendus plus visibles par une modification d ' échelle; Fig. 2 est une vue en coupe d'un bouchon pour une extrémité mâle, présenté devant celle-ci avec un joint torique;; Fig. 3 est une vue en coupe d'un bouchon pour une extrémité femelle, présenté devant celles avec un joint torique; Fig. 4 est une vue en coupe d'un bouchon avec douille pour une extrémité maie; Fig. 5 est une vue en coupe d'un noeud de distribution bidimensionelle en Té droit; Fig. 6 est une vue en coupe d'une rampe de distribution bidimensionnelle formee de quatre noeuds de distribution bidimensionnelle en Té droit assemblés, venus d'une pièce à la fabrication; Fig. 7 est une vue simplifiée d'une partie d'une nappe de tubes échangeurs assemblés avec des noeuds de distribution dans un radiateur de chauffage central. Comme le montre la Fig. 1, le noeud de distribution tridimensionnelle trirectangle 1 est un cerps creux de même centre que le trièdre xyz esquisse es pointillés, qui est formé par la réunion de six tubw- lures alignées deux à deux 2,3, 4,5 et 6,7 et orientées suivant les axes x, y et z du trièdre. Le nouai S présente, suivant chacun des axes x et y, dans un sens. une extrémité femelle 8,9-et, dans l'autre sens une extrémité mâle 10,11. Le noeud 1 présente, suivant l'axe z, deux extrémités mâles 12,13, dome l'une 12 reçoit un organe d'étanchéité ou de débit non indiqué) et dont l'autre 13 présente un bec 14 reçu dans un tube échangeur (non illustré). Toutes les tubulures formant extrémité mâle sont taraudées au pas droit et toutes celles formant extrémité femelle sont taraudées au même pas gauche, ce qui permet un assemblage par des mamelons aux pas droit-gauche, seule l'extrémité mâle adaptée au tube échangeur n'étant pas taraudée, mais munie d'un bec lisse 14 chanfreiné à son bord 15 et pénétrant à frottement doux dans le tube échangeur pour un emboîtement collé efficace. La bague 16 terminant l'extrémité femelle 9 de la tubulure 5 entoure avec un peu de jeu le corps d'un bouchon à visser que -représente- la Fig. 3. L'extrémité femelle 8 de la tubulure 2 porte une bague 17 semblable ayant les mêmes fonctions. La Fig. 2 est une vue en coupe d'un bouchon 18 comprenant un filet 19 qui s'engage dans le filet 20 de l'extrémité mâle, par exemple 6. Le bouchon 18 présente un rebord 21, de même diamètre extérieur que la tubulure 6, qui comporte un évidement 22 pour recevoir un joint torique 23 devant la surface en forme de couronne 24 qui entoure la lumière sur la tubulure 4 dont l'étanchéité se trouve ainsi assurée. Le bouchon est terminé par une tête à quatre ou six pans 25 donnant prise à une clef. La Fig. 3 est une vue en coupe d'un bouchon 26 comprenant un filet 27 qui s'engage dans le filet 28 de l'extrémité femelle par exemple 9. Le bouchon 26 est présenté devant l'extrémité 9 portant la bague 16. Le bouchon 26 porte un rebord lisse 29 reçu dans la bague 16, de sorte que le joint torique 30 est pressé entre le rebord 29, la face extérieure de la bague 16, le prolongement lisse 31 du filet 27 et la surface en forme de couronne 32 qui entoure la lumière de la tubulure 5, dont l'étanchéité est ainsi assurée. Le bouchon 26 est terminé par une tête à quatre ou six pans 33.donnant prise à une clef. La Fig. 4 est une vue en coupe d'un bouchon 34, semblable au bouchon 18 de la Fig. 2, mais muni d'une douille 35 recevant la tige d'un organe d'appui ou d'ancrage (non représenté) arrêtée par au moins une vis de pression 36 engagée dans le trou taraudé 37. La Fig. 5 est une vue en coupe d'un noeud de distribution bidimensionnelle en Té droit 38D qui présente, suivant la barre du Té, une extrémité mâle 39 semblable à l'extrémité mâle 10 de la Fig . 18 une extrémité femelle 40 semblable a l'extrémité femelle 9 à la Fig. 1 et une extrémité mâle 41 semblable a l'extrémité mâle å bec 13, 14 de la Fig. 1. La Fig . 6 est une vue en coupe d'une rampe de distribution bidimensionnelle 42 formée de quatre noeuds de distribution bidimensionnelle en Té droit venus d'une pièce â la fabrication et orientés dans le même sens. La rampe 42 comprend dès lors une extrémité mâle 43 homologue de l'extrémité mâle 39 de la Fig. 5, une extrémité femelle 44 homologue de l'extrémité femelle 40 de la Fig. 5 et quatre extremites mâles å bec 45 homologues de l'extrémité mâle 41 de la Fig. 5. Des bourrelets 46 simulent les bagues d'extrémité femelle pour que l'aspect de la pièce ne diffère pas de celui d'une rampe formée par montage visse. La Fig. 7 représente, dans un radiateur de chauffage central, la partie gauche dune nappe 47 formée de tubes échangeurs 48 assemblés avec des noeuds de distribution en Té droit 49 et 50. Cette nappe 47 de tubes échangeurs est terminée a sa partie supérieure par un noeud de distribution tridimensionnelle 51 semblable au noeud 1 de la Fig. 1 qui est obturé par un bouchon 52 en regard des Té droits superieurs 49, un bouchon 53 en regard du dernier tube échangeur 48, un bouchon (non représenté) derrière le plan du dessin, tandis que l'extrémité sortant du plan du dessin forme la communication avec une nappe de tubes échangeurs semblable à la nappe 47 et parallèle à celle-ci.A la partie inférieure de la nappe 47, la fermeture est semblable, avec les permutations nécessaires, mais le bouchon 54 en regard du dernier tube échangeur d8 est du genre illustré à la Fig. a et reçoit un pied 55. La partie droite, non représentes, de la nappe 47 est semblable å la partie gauche, mais comporte de plus les organes d amenée et de sortie pour la circulation de 1' eau. Les différents éléments de construction pour échangeurs de chaleur permettent donc de réaliser à façon des échangeurs satisfaisant au critères les plus divers - adaptation è la forme et å la dimension du local a chauffer, - contournement de colonnes , escaliers D etc. - construction d'appareils de chauffage integres a la structure de l'édifice, par exemple des gradins chaulez fants dans une salle de spectacle, - adaptation au milieu a chauffer ou refroidir par un choix judicieux du matériau du fait que l'efficacité des échanges dépend beaucoup plus des conditions aux deux interfaces que de la conductibilité thermique de la matière dont sont faits les tubes, possibilite de résoudre un grand nombre de problèmes avec une petite variété d'éléments. Bien que divers modes et détails de reali- satin aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre. REVENDICT IONS 1.- Noeud de distribution tridimensionnelle (1), caractérisé en ce qu'il est formé par six tubulures alignées deux à deux (2,3, 4,5 et 6,7), orientées suivant les axes (x, y, z) d'un trièdre (xyz) et réunies en un corps creux centré sur le point d'intersection du trièdre (xyz), étant entendu que le noeud présente premièrement, suivant chacun de deux des axes (x, y) du trièdre (xyz), dans un sens, une extrémité femelle (8, 9) et, dans l'autre sens, une extrémité mâle (10, 11), lesquelles extrémités mâles (10, 11) et femelles (8, 9) permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant le troisième axe (z) du trièdre (xyz), dans les deux sens, des extrémités mâles (12, 13), l'une de ces dernières extrémités mâles (12) recevant un organe accessoire d'étanchéité ou de débit et l'autre de ces dernières extrémités mâles (13) étant reçue dans un tube échangeur. 2.- Noeud de distribution tridimensionnelle (1) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il est un noeud de distribution tridimensionnelle trirectangle (1) formé par six tubulures alignées deux à deux (2,3, 4,5 et 6,7) D orientées suivant les axes (x, y, z) d'un trièdre trirectangle (xyz) et réunies en un corps creux centré sur le point d'intersection du trièdre (xyz), étant entendu que le noeud présente premièrement, suivant chacun de deux des axes (x, y) du trièdre (xyz), dans un sens, une extrémité femelle (8, 9) et, dans l'autre sens, une extrémité mâle (10, 11), lesquelles extrémités mâles (10, 11) et femelles (8, 9) permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution, et deuxièmement, suivant le troisième axe (z) du trièdre (xyz), dans les deux sens, des extrémités mâles (12, 13), l'une de ces dernières extrémités mâles (12) recevant un organe accessoire d'étanchéité ou de débit et l'autre de ces dernières extrémités mâles (13) étant reçue dans un tube échangeur. 3.- Noeud de distribution tridimensionnelle (1) suivant la revendication 1, caractérise en ce que deux des axes du trièdre sur lequel sont alignées les tubulures sont perpendiculaires entre eux, le troisième axe étant perpendiculaire à l'un des deux autres uniquement. 4.- Rampe de distribution tridimensionnelle, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins deux noeuds de distribution tridimensionnelle (1) suivant la revendication 1, 2 ou 3 assemblés, venus d'une pièce à la fabrication. 5.- Noeud de distribution bidimensionnelle (38), caractérisé en ce qu'il est formé par trois tubulures assemblées en Té, étant entendu que le noeud présente, premièrement suivant la barre du Té, dans un sens, une extrémité femelle (40) et, dans l'autre sens, une extrémité mâle (39), lesquelles extrémités mâle (39) et femelle (40) permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution (38), et deuxièmement, suivant l'autre direction du Té, une extrémité mâle (41) reçue dans un tube échangeur. 6.- Noeud de distribution bidimensionnelle (38), suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est un noeud de distribution bidimensionnelle rectangle (38) formé par trois tubulures assemblées en Té droit, étant entendu que le noeud présente, premierement suivant la barre du Té, dans un- sens, une extrémité femelle (40) et, dans l'autre sens, une extrémité mâle (39), lesquelles extrémités mâle (39) et femelle (40) permettent le montage jointif de noeuds successifs en une rampe de distribution (38), et deuxièmement, suivant l'autre direction du Té, une extrémité mâle (41) reçue dans un tube échangeur. 7.- Rampe de distribution bidimensionnelle (42), caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins deux noeuds de distribution bidimensionnelle (38) suivant la revendication 5 ou 6, assemblés, venus d'une pièce à la fabrication. 8.- Echangeur de chaleur maille a circulation de fluide, caractérise en ce qu'il présente une modularité bi- et/ou tridimensionnelle et est constitué par des éléments de construction préfabriqués, qui sont des noeuds de distribution bi-ou tridimensionnelle (38, 1), assemblés par des mamelons et/ou nipples et/ou des emboîtements collés et/ou soudés avec des tubes échangeurs (48) et des organes accessoires d'étanchéité et de débit. 9.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérise en ce qu'il comprend au moins un noeud ou une rampe de distribution bi- ou tridimensionnelle (1, 38, 42) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7.