Brevet FR2543668A1 — publié le 19841005

"Echangeur thermique A lamelles et procédé pour sa fabrication" L'invention est applicable tous les échangeurs thermiques dans lesquels un fluide caloporteur circule dans un système de canalisation qui est équipé de lamelles augmentant sa surface externe et qui est baigne par un second fluide caloporteur On connaît des échangeurs thermiques s lamelles qui sont composés de plusieurs tubes individuels disposés l'un derrière l'autre selon la direction d'écoulement d'un courant d'air produit par un ventilateur Dans ce cas, seules sont équipées de lamelles augmentant leur surface externe, les parties des tubes s'étendant en ligne d-roitet ou bien également lre sparties des tubes en forme d'are tubulaire. Pour obtenir un transfert de chaleur optimal entre le tube et les lamelles, le passage ménagé au pied de la lamelle est par exemple relié au tube par brasage ou bien les lamelles sont rapportées sur le tube par ajustage à la presse , les tubes après enfilage des lamelles étant expansés par mandrinage ou bien les lamelles sont à priori enfilées sur les tubes avec ajustage la presse Un inconvénient de ces écnangeurs thermiques à lamelles réside en ce qu'ils sont très dispendieux en maté- riau et donc en prix de revient, car leurs tubes doivent être réalisés avec des épaisseurs de parois adaptées aux pressions internes à assumer et sont, dans la plupart des cas, en cuivre, dont l'évolution du prix montre une tendance constante a la hausse Dans un échangeur thermique a lamelles divulgué par le document DE-OS 3 041 127, les épaisseurs de parois des tubes utilisés ont été réduites dans la mesure où ils ne sont en mesure d'assumer les pressions internes qui se manifestent, que parce que les lamelles enfilées sur ces tubes sont équipées de collerettes annulaires qui entourent fermement les tubes et qui constituent un renforcement de ces tubes pour leur permettre de résister aux pressions internes. Il est également prévu dans ce cas, que seules les parties rectilignes des tubes sont réalisées à paroi mi.nce et sont équipées de.lameles, tandis que. les arcs tubulaires correspondants, ou bien les raccords sont constitués de tubes, reliés aux précédents, et dimen sonné de façon différente. Sur les emplacements respectifs de jonctions des tubes où les tubes sont enfilés les uns dans les autres, il est chaque fois prévu un tronçon de tube qui s'applique fermement sur le tube équipé de lamelles et dans lequel est introduite l'extrémité de l'autre tube ou de l'arc tubulaire. On obtiendra ainsi qu'également aux emplacements de jonctions des tubes, les pressions internes intervenant puissent être prises en charge par le tube à paroi relativement mince. Pour la fabrication de cet échangeur chers mique à lamelles, il est indiqué dans ce document DE-03 3 041 127 un procédé dans lequel sont respectivement enfilés sur un premier tube, un tronçon de tube ainsi que des lamelles comportant des collerettes annulaires, le diamètre interne du tronçon de tube et des collerettes des lamelles étant légèrement supérieur au diamètre externe du premier tube. Après que les lamelles aient été enfilées sur le premier tube et que le tronçon de tube ait été amené à la position dans laquelle il entoure l'emplacement de liaison du premier tube et d'un second tube, le premier tube est expansé mécaniquement, de sorte que les collerettes des lamelles et que le tronçon de tube s'appliquent fermement sur la paroi externe du premier tube Ensuite, l'extrémité du premier tube X devant être assemblée avec le second tube, est expansée, de sorte que son diamètre interne correpsond a peu près au diamètre externe du second tube, et une extrémité de ce second tube est alors mise en place dans cette partie expansée. Ensuite, les extrémités ainsi assemblées du premier et du second tubes sont rendues solidaires par un brasage fort ou bien par soudure sans apport de métal. L'effet escompté avec ce procédé, d'un reforcement des emplacements de jonctions des tubes, dont la résistan- ce spécifique du matériau a été notablement diminuée dans la zone affectée par l'échauffement intervenu lors du brasage fort ou bien de la soudure sans apport de métal n'est toutefois pas atteint, car le tronçon de tube rappor té en supplément, ne s'applique fermement que sur la surface externe du premier tube Même lorsque le tronçon de tube a été rapporté de façon telle qu'il entoure également la zone du second tube échauffé au delà de l'emplacement de jonction proprement dit lors du brasage fort ou de la soudure, il n'est toute fois pas possible d'obtenir avec ce procédé, que le tronçon de tube prévu pour le renforcement s'applique également de façon ferme sur la paroi externe du second tube. il est ainsi nécessaire de prévoir pour le second tube une fixation spéciale pour mener à bien le processus de brasage ou de soudure, tandis que le premier tube est déjà fixé dans sa position par le tronçon de tube ou par les lamelles enfilés sur lui. Les tronçons de tubes à rapporter en supplément qui sont prévus dans le cas de ces échangeurs thermiques à lamelles, augmentent aussi bien leur dépense technologi- que nécessaire que celle de leur matériau. En outre, les parties, prévues pour le passage de de fluide caloporteur, de cet échangeur thermique à lamelles, sont exclusivement fabriquées en un matériau tubulaire re, de préférence un tube de cuivre, de sorte que la réduc- tion de leur épaisseur de paroi est limitée du fait des conditions technologiques imposées par la fabrication de ces tubes. Ainsi, ce ne sont que des économies réduites en matériau et des abaissements de coûts réduits qui sont susceptibles d'être obtenus par la mise en oeuvre prévue dans ce cas de tubes a parois minces pour échangeur thermique à lamelles. L'invention a pour but de créer un échangeur thermique à lamelles et un procédé pour la fabrication de cet échangeur, tels que les tubes d 'échange de chaleur de cet échangeur soient constitues en majeure partie d 'un maté- riau métallique en bandes ou bien de tôles, co matériau étant mis sous forme de tubes et étant muni d'un cordon longitudinal de soudure étanche et étant susceptible de prendre en charge des pressions internes élevées en rapport avec l'épaisseur de tôle utilisés Ce but est atteint garce à la création d'un Schn- geur thermique S lamelles constitué de tubes rectilignes équipés de lamelles, dont les extrémités sont reliées à des arcs tubulaires ou bien à des répartitours, et dans lequel, conformément à l'invention, les tubes rectilignes sont constitués par des manchons réalisés à partir d'un ma tériau métallique en bandes ou bien à partir de bandes de tôle dont sont constitués les manchons. Pour la réalisation de cet échangeur thermique C lamelles, il est créé un procédé dans lequel3 conformément à l'invention, des bandes métalliques ou des bandes de tôle sont transformées en manchons comportant un cordon de recouvrement et sur lesquelles sont enfilées les lamelles avec des pieds de lamelles en forme de collerette, après quoi au moins une des extrémités de chaque manchon est ajustée dans un évidement respectif de parties de parois, par exemple d'une paroi frontale de l'échangeur thermique à lamelles, et simultanément, on introduit à la presse dans cette extrémité du manchon, une pièce d'ajustement d'un arc tubulaire ou bien d'un répartiteur, puis on relie par brasage fort avec liaison de substance, les recouvrements des manchons, les pieds de lamelles avec les manchons, et les pièces d'ajustement avec les extrémités des manchons. Dans ce procédé conforme f l'invention, il est éga- lement prévu d'expanser les manchons proprement dits apres la mise en place des lamelles, jusquâ ce que la paroi externe de ces manchons s'applique sur les parois internes des pieds de lamelles en forme de collerettes. L'invention va être expliqué plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 montre en coupe longitudinale une par tie , réalisée conformément à l' invention, d'un échangeur thermique à lamelles, - la figure 2 est une représentation partielle à plus grande échelle de l'échangeur thermique à lamelles de la figure 1 vu dans la direction A. Un échangeur thermique à lamelles comporte des tubes 1,2, rectilignes et des arcs tubulaires 3 reliant respectivement l'un l'autre deux de ces tubes. Les tubes 1,2 sont constitués de manchons 1, réalisés à partir de bandes de tôles mises sous forme de tubes qui présentent un recouvrement tel que ce recouvrement brasé de façon étanche et constituant un cordon longitudinal 2, a une largeur correspondante à au moins deux fois l'épaisseur de la tôle. Les tubes 1,2 portent des lamelles 4 augmentant la surface externe et qui comportent chacune un pied de de lamelle 5 en forme de collerette. Ces pieds de lamelle 5 en forme de collerette constituent la limitation externe pour les manchons 1 et empêchent par brasage avec les manchons 1, l'expansion de ceux-ci lors de l'intervention de pression interne, car un système stable résistant a la pression résulte du brasage longitudinal et annulaire de ces pièces de formes. Une extrémité de ces manchons 1 est respectivement mise en place chacune dans un évidement 6 ménagé dans une paroi frontale 7 de l'échangeur thermique a lamelles. Les arcs tubulaires 3 comportent a chacune de leurs deux extrémités une pièce d' ajustement 8 venant res pectivement en prise dans une extrémité des manchons 1, et qui est mise en place dans un des évidements 6 de la paroi frontale 7. Les diamètres externes des pièces d'ajustement 8, sont adaptés aux diamètres internes des manchons 1 et des évidements 6, de sorte que les extrémités des manchons 1, sont ajustées de façon serrée dans les évidements 6 de la paroi frontale 7 par l'intermédiaire des pièces d'ajustement 8 venant en prise dans les manchons 1. Pour la réalisation conforme à l'invention de ltéchan- geur thermique a lamelles, les bandes de tôles sont tout d'abord mises sous forme de manchons i, comportant un cordon longitudinal 2, et dont la largeur de recouvrement correspond au moins b deux fois l'épaisseur des bandes de tôles. Sur ces manchons 1 sont ensuite enfilées les lamelles 4 qui comprtent chacune un pied de lamelle 5 en forme de collerette entourant coaxialement le manchon 1. Ensuite, une extrémité de chaque manchon 1 est mise en place respectivement dans un évidement 6 de la paroi frontale 7 de l'échangeur thermique à lamelles et une pièce d'ajustement 8 est en outre mise en place de façon serrée dans cette extrémité de manchon chacune de ces pièces étant prévue aux deux extrémités de 1 'arc tubulaire 8 qui en coopération avec les manchons 1, constitue un sys-- tème pour le passage du fluide caloporteur (non représen té). On effectue ensuite le brasage étanche des cordons longitudinaux 2 des manchons 1, le brasage étanche des emplacements de jonctions des manchons 1 avec les pièces d 'ajustement 8 des arcs tubulaires et le brasage des pieds de lamelles 5 sur les parois eSterlles des manchons 1 Lors de ce processus de brasage, les manchons 1 sont, d'une part, supportés à partir de l'extérieur par les pieds de lamelles 5 et, en outre, maintenus dans les évidements 6 des parois frontales 7 au moyen des pièces d'ajustement 8 mises en place de façon serrée dans les extrémités des manchons 1. On est ainsi certain que le diamètre externe des manchons 1 qui est délimité par les pieds de lamelles 5 en forme de collerettes, ne peut pas augmenter pendant le processus de brasage Une réduction du diamètre externe et du diamètre interne des manchons 1 pendant le processus de brasage, par exemple par des actions mécaniques extérieures, n'est également pas possible, car les pièces d'ajustement 8 introduites de façon serrée dans les extrémités des man chons 1, s'opposent également dans ce cas a à l'apparition de telles déformations des manchons 1. La constitution de l'échangeur thermique à lamelles conforme à l'invention, permet la mise en oeuvre de tôles à paroi mince a la place de tubes d'une épaisseur de paroi plus importante, car un système stable résistant à la pression est constitué par ces pinces de forme brasées longitudinalement et annulairement. Un autre avantage de l'échangeur thermique à lamelles conforme à l'invention réside dans l'amélioration de son rendement de transfert de chaleur, car 'les résistances à la conduction thermique intervenant dans les manchons réalisés à partir de tôles ou de matériaux en bandes à paroi mince, sont beaucoup plus réduites que lors de l'utilisation de matériau tubulaire, et ainsi, l'énergie calorifique du fluide caloporteur peut être transmise pour de faiblIes différences de température, et donc, un rendement meilleur dans le processus thermique est obte- nu. Selon le procédé conforme f l'invention, on peut par exemple sur une installation de brasage sous gaz de protection et sur bandes transporteuses, aussi bien braser de façon étanche aux gaz les liaisons, nécessaires pour le système sous pression de l'échangeur thermique a lamelles, des arcs tubulaires 3 ou bien de leurs pièces d'ajustement 8 avec les manchons 1 transformer en espaces creux par une jonction étanche de leurs cordons longitudinaux 2, que réaliser également la liaison métallique des pieds 5 des lamelles mises sous forme de collerettes avec les manchons 1, sans que des dispositifs supplémentaires auxiliaires et de maintien soient nécessaires. Les liaisons devant être réalisées par exemple selon un procédé de brasage, peuvent être entre- prises par apport de brasure sous forme de fil qui est déposé sur les manchons 1. Le positionnement pour le brasage du sys thème tubulaire 1,3, 8 à réaliser doit alors s 'effectuer avantageusement de façon que le cordon longitudinal 2 soit orienté vers le bas et que la gravité assure d 'elleemime le mouillage de la fente de brasage avec de la brasure li quide, après quoi l'écoulement de la brasure s'effectue exclusivement par effet capillaire. Un apport séparé de brasure peut être supprimé dans la mesure où les manchons 1 sont par exemple réalisés a partir de bandes de tôles garnies de brasures. R E V E N D I C A T I O N S 10/ 13changeur thermique à lamelles, constitué de tubes rectilignes équipés de lamelles et dont les extrémités sont reliées ensemble par des arcs tubulaires ou bien raccordées un répartiteur, échangeur thermique caractérisé en ce que les tubes rectilignes sont constitués par des manchons (1) fabriqués a partir d'un matériau en bandes ou bien de bandes de tôle, et qui comportent un chevauchement soudé de façon étanche avec apport de métal et constituant un cordon longitudinal (2), cependant que sur ces manchons (1) sont enfilées des lamelles (4) comportant chacune un pied de lamelle (5) en forme de collerette et que ces lamelles sont reliées aux manchons (1) par liaison de formes ainsi que par liaison de substance et qu'au moins une des extrémités de chaque manchon (1) est respectivement ajustée dans un perçage (6) d'éléments de parsi, par exemple d'une paroi frontale (7), une pièce d'adaptation (8) d'un arc tubulaire (3) ou bien d un répartiteur,étant respectivement insérée dans ces extrémités des manchons (1) et étant reliée par liaison de formes et de substance à l'extrémité associée des manohons (1). 2 / Echangeur thermique à lamelles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recouvrement ou bien le cordon longitudinal (2) des manchons (1) ont une largeur qui correspond au moins deux fois à l'épaisseur du matériau en bandes ou bien des bandes de tô dont sont constitués les manchons. 30/ Echangeur thermique à lamelles et procédé pour sa mise en oeuvre selon l'une quelconque des revendications 1 & 2, caractérisé en ce que les bandes métalliques ou les bandes de tôle sont transformées en manchons (1) comportant chacun un cordon longitudinal (2), manchons dont le diamètre externe est légèrement supérieur au diamètre interne des pieds de lamelles, et qui sont ensuite introduits dans des pieds (5) de lamelles (4), les extrémités des manchons (1) étant ensuite ajustées respec tivement dans un évidement , par exemple un perçage (6) de la paroi frontale (7) de l'échangeur thermique à lamelles, cependant que simultanément une pièce d'adaptation (8) d'un arc tubulaire (3) ou bien d 'un répartiteur est introduite à la presse dans ces extrémités des manchons (1) après quoi les cordons longitudinaux (2) des manchons (1), les pieds de lamelles (5) avec les manchons (1) et les pièces d'adaptation (8) avec les extrémités des manchons (12) sont reliés avec liaison de substance grâce à une soudure. 401 Echangeur thermique à lamelles et procédé pour sa mise en oeuvre selon la revendication 3, caractérisé en ce que les manchons (1) après leur introduction dans les pieds de lamelles (5) sont expansés mécaniquement.