Brevet FR2603373A1 — publié le 19880304

Elément séparateur pour la boîte à eau d'un échangeur de chaleur. L'invention concerne un élément séparateur propre à diviser, pour définir des compartiments séparés, la longueur d'une boite à eau d'échangeur de chaleur comprenant une paroi tubulaire moulée dont une partie formant collecteur est traversée par les extrémités d'un faisceau de tubes parallèles appartenant à l'échangeur de chaleur. De tels éléments séparateurs sont utilisés dans des échangeurs de chaleurs du type dans lequel le liquide caloporteur quitte l'un des compartiments définis par l'élément séparateur en parcourant dans un certain sens une partie des tubes, puis revient dans un compartiment séparé du premier par l'élément séparateur en circulant dans le sens opposé dans une autre partie des tubes. On connait des boites à eau à paroi tubulaire moulée comprenant un tel élément séparateur sous forme d'une cloison transversale venue de moulage avec la paroi tubulaire. Pour que la boite à eau puisse être démoulée, il est alors nécessaire qu'elle soit ouverte à ses deux extrémités. De plus, il est nécessaire de disposer de moules différents pour réaliser des boîtes à eau de dimensions extérieures identiques, les unes ne comportant pas de cloisons de séparation, les autres comportant des cloisons de séparation qui peuvent être dans des positions différentes. Le but de l'invention est de permettre la mise en place d'un élément séparateur dans une boite à eau à paroi tubulaire moulée, que celle-ci soit moulée avec deux extrémités ouvertes ou avec une extrémité fermée ou en deux parties avec deux extrémités fermées. Un autre but est de permettre l'utilisation d'un même moule pour la fabrication de la boîte à eau, indépendamment de l'existence ou de la position d'une cloison de séparation. Selon l'invention, un élément séparateur tel que défini en introduction comprend une cloison de séparation propre à s'étendre en travers de la boite à eau, des moyens d'appui propres à venir en contact avec ladite paroi tubulaire en au moins une zone de celle-ci distante de la cloison, de façon à stabiliser l'orientation transversale de la cloison, des moyens pour assurer une étanchéité entre la périphérie de la cloison et la paroi tubulaire, et des moyens pour immobiliser l'élément séparateur dans la direction longitudinale de la boite à eau. L'élément séparateur constitue ainsi une pièce rapportée qui peut être mise en place à l'endroit voulu dans la boite à eau déjà moulée. Lorsque la boite à eau est moulée avec une extrémité fermée, l'élément séparateur est introduit par l'autre extrémité avant son obturation par un couvercle. Lorsque la boite à eau est moulée en deux parties présentant chacune une extrémité fermée, l'élément séparateur est introduit dans l'une d'elles par son extrémité ouverte, avant assemblage bout à bout des deux parties par leurs extrémités ouvertes. Selon un mode de réalisation, les moyens d'étanchéité comprennent une gorge annulaire ménagée à la périphérie de la cloison et un joint pénétrant dans la gorge et venant en contact avec la paroi tubulaire. Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'étanchéité comprennent une lèvre dépendant de la périphérie de la cloison et propre à s'appliquer contre la paroi tubulaire. De préférence, la lèvre s'étend sensiblement perpendiculairement à la cloison, dont elle peut être séparée par un canal annulaire. L'invention prévoit notamment comme moyens d'appui au moins une aile dépendant de la périphérie de la cloison et s'étendant sensiblement perpendiculairement à celle-ci, cette aile présentant une surface convexe dont la forme correspond à la surface interne concave de la paroi tubulaire. Deux ailes peuvent être prévues, s'étendant de part et d'autre de la cloison, ou une seule aile s'étendant d'un côté de la cloison. Le cas échéant, la lèvre d'étanchéité est de préférence dirigée en sens inverse de l'aile d'appui unique. Quant aux moyens d'immobilisation, ils peuvent comprendre des portées prévues sur les deux faces de la cloison et propres à venir en butée contre les extrémités des tubes de l'échangeur de chaleur voisins de la cloison, le cas échéant par l'intermédiaire de joints d'étanchéité entourant lesdites extrémités. Dans le cas d'une aile unique, l'immobilisation de l'élément séparateur peut être obtenue au moyen d'un rebord situé à l'extrémité libre de l'aile et propre à être fixé à une extrémité ouverte d'une section tubulaire moulée formant au moins une partie de la paroi tubulaire. L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins une boite à eau à paroi tubulaire moulée en travers de laquelle s'étend une cloison de séparation, et un faisceau de tubes parallèles dont les extrémités traversent une partie formant collecteur de la paroi tubulaire. Selon l'invention, la cloison de séparation appartient à un élément séparateur tel que défini ci-dessus, rapporté dans la boite à eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res sortiront de la description détaillée ci-après et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle d'un échangeur de chaleur selon l'invention, en coupe se on le plan longitudinal médian de la boite à eau; - la figure 2 est une vue de face de l'élément séparateur de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - les figures 3 à 5 sont des vues respectivement de dessus, de côté et de dessous de cet élément séparateur; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 1, relative à une variante; - les figures 7 à 9 sont des vues respectivement de dessus, de côté et en coupe selon la figure 6 de l'élément séparateur de la variante; - la figure 10 est une partie agrandie de la vue de la figure 6. L'échangeur de chaleur représenté partiellement à la figure 1 comprend une boite à eau 1 formée de deux sections tubulaires moulées 2 et 3 assemblées entre elles. La section tubulaire 3, dont seule une petite partie est illustrée, est identique à la section tubulaire 2, laquelle présente une paroi tubulaire 40 fermée à une extrémité par un fond 42 venu de moulage avec la paroi 40, et ouverte à son extrémité opposée 4. Les deux sections tubulaires sont soudées bout à bout par leurs extrémités ouvertes, par exemple par ultrasons ou par friction, formant ainsi une boite à eau tubulaire fermée à ses deux extrémités. Une partie plane 5 de la paroi tubulaire 40, parallèle à la direction longitudinale de la boite à eau, présente des trous régulièrement distribués traversés par les extrémités des tubes parallèles formant le faisceau de tubes de l'échangeur de chaleur. Pour simplifier le dessin, seules les extrémités de deux tubes 7 et les trous correspondants de la partie de paroi 5 ou collecteur sont représentés. De fa çon connue, l'étanc..éité de la traversée des tubes est obtenue par une feuille d'élastomère 6 recouvrant la face du collecteur extérieure à la boite à eau, présentant des trous en correspondance des tubes et dont dépendent des manchons 10 entourant les extrémités de ceux-ci et comprimés radialement entre ces extrémités et la paroi des trous du collecteur. Le volume intérieur de la boite à eau est divisé longitudinalement en au moins deux compartiments 43 et 44 par une cloison 11 appartenant à un élément séparateur 8 rapporté dans la section tubulaire 2. La cloison 11, de forme sensiblement semi-circulaire correspondant à la section transversale de la paroi tubulaire 40 de la boite à eau, présente un bord périphérique épaissi 45 dans lequel est ménagée une gorge annulaire 14 (figures 2, 3 et 5). Dans la gorge 14 est logé un joint torique 9 qui s'appuie contre la paroi tubulaire 40 et assure une étanchéité entre les compartiments 43 et 44. Deux ailes 12 et 13 s'étendent à partir du bord 45 de la cloison respectivement en direction de l'extrémité ouverte 4 et du fond 42 de la section tubulaire 2. Les ailes 12 et 13 s'appuient contre la surface interne concave de la partie sensiblement semi-cylindrique, opposée au collecteur 5, de la paroi tubulaire 40. Les ailes présentent à cet effet une surface convexe correspondante. En réalité, les ailes 12 et 13 sont légèrement inclinées par rapport au plan de la cloison 11, lequel est perpendiculaire au plan du collecteur 5, en correspondance de la dépouille de la paroi 40 prévue pour le démoulage de la section tubulaire 2. La coopération des ailes 12 et 13 avec la paroi 40 stabilise la cloison 11 dans son orientation perpendiculaire au collecteur 5. Le bord épaissi 45 de la cloison 11 présente, dans sa partie rectiligne appliquée le long du collecteur 5, des portées 15 (figures 4 et 5) coopérant avec la surface axiale extérieure des manchons 10 entourant les tubes 7 les plus proches de la cloison. Trois portées 15 sont prévues sur chaque face de la cloison, correspondant respectivement à des tubes appartenant aux trois rangées composar.t le faisceau de tubes de l'échangeur de chaleur. Ces portées sont des empreintes en forme de portions de cylindre correspondant à la surface cylindrique des manchons, la distance minimale entre deux manchons voisins d'une même rangée étant dans l'exemple représenté inférieure à l'épaisseur du bord 45. Bien entendu, dans le cas où cette distance est égale ou supérieure à l'épaisseur du bord 45, les portées peuvent être constituées par la surface plane de ce dernier ou être en saillie sur celui-ci.De même, les portées peuvent être en contact direct avec les tubes lorsque ceux-ci sont emmanchés de façon étanche dans les trous du collecteur sans interposition de joints. La coopération des portées 15 avec les manchons 10 ou les tubes 7 immobilise l'élément séparateur dans la direction longitudinale de la boite à eau. La variante d'échangeur de chaleur représentée à la figure 6 comprend une boite à eau 16 formée de deux sections tubulaires 17 et 18, un faisceau de tubes 23 et un joint d'étanchéité entre les tubes et le collecteur 21 de la boite à eau, semblables aux éléments correspondants de l'échangeur de la figure 1. L'échangeur de la figure 6 comprend en outre un élément séparateur 19 séparant transversalement l'espace intérieur de la boite à eau. L'élément séparateur comprend une cloison semi-circulaire 24. Une lèvre annulaire 29 dépendant de la périphérie de la cloison 24 est séparée de celle-ci par un canal annulaire 28 s'étend à peu près perpendiculairement à la cloison en direction du fond 47 de la section tubulaire 17 de la boite à eau contenant l'élément séparateur. La lèvre 29, comme on le voit au mieux à la figure 10, s'appuie élastiquement latéralement contre la paroi tubulaire 41 de la boite à eau pour réaliser l'étanchéité entre les deux compartiments. La lèvre 29 et le canal 28 présentent des parties rectilignes notées respectivement 31 et 30 (voir figures 8 et 9) le long du collecteur 21. La stabilisation de l'orientation de la cloison est assurée par une aile unique 25 de forme sensiblement semi-cylindrique s'étendant à partir du bord semi-circulaire de la cloison 24 à l'opposé de la lèvre 29, c'est-à-dire en direction de l'extrémité ouverte 20 de la section tubulaire 17. L'aile 25 recouvre toute la surface interne concave de la partie incurvée de la paroi tubulaire 41 comprise entre la cloison 24 et l'extrémité ouverte 20, à l'exclusion par conséquent du collecteur 21. Elle présente à son extrémité libre un rebord 27 qui est soudé à l'une au moins des extrémités ouvertes des sections tubulaires 17 et 18 en même temps que celles-ci sont soudées entre elles. Le rebord 27 est formé ici de segments séparés dirigés radialement vers l'extérieur. Bien entendu, il pourrait également être continu. La solidarisation du rebord 27 aux extrémités ouvertes des sections tubulaires de la boite à eau assure l'immobilisation complète de l'élément séparateur. L'aile semi-cylindrique continue 25 peut être remplacée par une succession de languettes formant une aile. Un ou plusieurs éléments séparateurs selon l'invention peuvent être disposés dans une même boite à eau, que la paroi tubulaire de cette dernière soit moulée en une seule pièce ou en sections tubulaires séparées. En particulier, deux éléments séparateurs identiques peuvent être placés respectivement dans deux sections tubulaires identiques, dans des positions symétriques par rapport au plan de soudure de celles-ci, pour former une boite à eau à trois compartiments. Dans le cas d'une paroi tubulaire en une seule pièce, on peut utiliser un élément séparateur tel que 19 dont le rebord 27 est fixé à l'extrémité ouverte de la paroi tubulaire obturée par un couvercle. Quelle que soit la structure de la boite à eau, le rebord 27 peut être emprisonné mécaniquement entre les extrémités ouvertes de deux sections tubulaires ou entre une extrémité ouverte et un couvercle, au lieu d'être soudé. Certaines particularités de l'élément séparateur 8 décrit en relation avec les figures 1 à 5 peuvent être combinées à des particularités de l'élément 19 des figures 6 à 10. En particulier, dans un élément séparateur présentant une aile unique telle que 25, la lèvre 29 peut être remplacée par une gorge telle que 14 et un joint tel que 9. La mise en place de l'élément séparateur dans ses différentes versions s'effectue sensiblement de la même façon. On l'introduit, dans son orientation définitive, par l'extrémité de la section tubulaire qui, en raison de la dépouille de moulage, présente la section la plus élevée, et on le pousse jusqu'à la position voulue. La fermeture de cette extrémité par une autre section tubulaire ou par un couvercle, le cas échéant avec emprisonnement et/ou soudage du rebord 27 de l'aile 25, et l'enfoncement des extrémités des tubes 7 dans la boite à eau s'effectuent après la mise en position de l'élément séparateur. Revendications 1.- Elément séparateur propre à diviser, pour définir des compartiments séparés, la longueur d'une boite à eau d'échangeur de chaleur comprenant une paroi tubulaire (40) moulée dont une partie formant collecteur (5) est traversée par les extrémités d'un faisceau de tubes parallèles (7) appartenant à l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend une cloison de séparation (11) propre à s'étendre en travers de la boite à eau, des moyens d'appui (12,13) propres à venir en contact avec ladite paroi tubulaire en au moins une zone de celle-ci distante de la cloison, de façon à stabiliser l'orientation transversale de la cloison, des moyens (14,9) pour assurer une étanchéité entre la périphérie de la cloison et la paroi tubulaire, et des moyens (15) pour immobiliser l'élément séparateur dans la direction longitudinale de la boite à eau. 2.- Elément séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent une gorge annulaire (14) ménagée à la périphérie de la cloison et un joint (9) pénétrant dans la gorge et venant en contact avec la paroi tubulaire. 3.- Elément séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent une lèvre (29) dépendant de la périphérie de la cloison (24) et propre à s'appliquer contre la paroi tubulaire (41). 4.- Elément séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lèvre s'étend sensiblement perpendiculairement à la cloison. 5.- Elément séparateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un canal annulaire (28) sépare la lèvre de la cloison. 6.- Elément séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'appui comprennent au moins une aile (12,13) dépendant de la périphérie de la cloison (11) et s'étendant sensiblement perpendiculairement à celle-ci, cette aile présentant une surface convexe dont la forme correspond à la surface interne concave de la paroi tubulaire. 7.- Elément séparateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'appui comprennent deux ailes (12,13) s 'étendant de part et d'autre de la cloison. 8.- Elément séparateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'appui comprennent une seule aile (25) s'étendant d'un côté de la cloison (24). 9.- Elément séparateur selon l'une des revendications 4 et 5 et selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lèvre est dirigée en sens inverse de l'aile. 10.- Elément séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation comprennent des portées (15) prévues sur les deux faces de la cloison (11) et propres à venir en butée contre les extrémités des tubes (7) de l'échangeur de chaleur voisins de la cloison, le cas échéant par l'intermédiaire de joints d'étanchéité (10) entourant lesdites extrémités. 11.- Elément séparateur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation comprennent un rebord (27) situé à l'extrémité libre de l'aile (25) et propre à être fixé à une extrémité ouverte (20) d'une section tubulaire moulée (17) formant au moins une partie de la paroi tubulaire (40). 12.- Echangeur de chaleur comprenant au moins une boite à eau (16) à paroi tubulaire moulée, en travers de laquelle s'étend au moins une cloison de séparation (11), et un faisceau de tubes parallèles (7) dont les extrémités traversent une partie formant collecteur (5) de la paroi tubulaire (40), caractérisé en ce que la cloison de séparation appartient à un élément séparateur selon l'une des revendications précédentes, rapporté dans la boîte à eau. 13.- Echangeur de craleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la boite à eau est formée de deux sections tubulaires (23) soudées bout à bout par des extrémités ouvertes (4). 14.- Echangeur de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les extrémités des sections tubulaires opposées auxdites extrémités ouvertes sont fermées par des fonds (42) venus de moulage avec la paroi tubulaire. 15.- Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il comporte un élément séparateur selon la revendication 10, dont le rebord (27) est soudé aux extrémités ouvertes (20) des sections tubulaires (17,18).