Brevet FR2642153A1 — publié le 19900727

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à corps enroulé en spirale et son procédé de fabrication. On connaît déjà, ainsi qu'il est décrit dans le brevet FR-A-2596144, un échangeur de chaleur de ce type comportant, à l'intérieur d'une chemise cylindrique externe, un corps spiralé délimitant deux chambres en spirale imbriquées l'une dans l'autre et parcourues respectivement par deux fluides entre lesquels doit s'effectuer l'échange de chaleur. Ce corps spiralé est fermé, à ses deux extrémités longitudinales, par des flasques transversaux. Dans cet échangeur les deux chambres en spirale sont délimitées par une seule et même tôle traversant diamétralement chaque flasque d'extrémité. Un premier tronçon de la tôle qui est issu d'une extrémité d'un diamètre des flasques, est lisse, tandis que le second tronçon de la tôle, qui est issu de l'extrémité opposée de ce diamètre, porte des bossages espacés assurant l'écartement mutuel des premier et second tronçons de tôle, une fois ceux- ci enroulés conjointement en spirale. L'une des chambres en spirale, parcourue par un premier fluide, d'une extrémité d'entrée à une extrémité de sortie, est délimitée entre une spire du second tronçon de tôle et la spire du premier tronçon de tôle située à l'extérieur par rapport au précédent. L'autre chambre en spirale, qui est parcourue par le second fluide entre une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, est délimitée par la spire précédente du second tronçon de tôle et la spire de ce second tronçon de tôle qui est située à l'intérieur par rapport au précédent. Dans toutes les formes d'exécution de l'échangeur de chaleur tel que décrit ci-dessus, l'un au moins des deux fluides traverse longitudinalement la cnambre en spirale qui lui est associée et il s'écoule dans cette chambre à travers les intervalles libres délimités entre les bossages formant entretoises entre les spires de la tôle. Or ces intervalles définissent une section de passage globale relativement importante, d'o une faible vitesse d'écoulement du fluide à travers l'échangeur et un rendement relativement faible de l'échange thermique. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à ce type d'échangeur dans le but d'accélérer la vitesse d'écoulement du fluide s'écoulant longitudinalement à travers lui, sans compliquer la fabrication de l'échangeur. A cet effet cet échangeur de chaleur comportant un corps spiralé délimitant deux chambres en spirale imbriquées l'une dans l'autre et parcourues respectivement par deux fluides entre lesquels doit s'effectuer l'échange de chaleur, ce corps comportant, dans sa partie centrale, deux flasques transversaux extrêmes de fermeture, les deux chambres en spirale étant délimitées par une seule et même tôle traversant diamétralement chaque flasque d'extrémité, un premier tronçon de la tôle, issu d'une extrémité d'un diamètre des flasques, étant lisse tandis que le second tronçon, issu de l'extrémité opposée de ce même diamètre, porte des saillies assurant l'écartement mutuel des premiers et second tronçons de tôle une fois ceux-ci enroulés conjointement en spirale, l'une des chambres en spirale étant délimitée entre une spire du second tronçon de tôle et la spire du premier tronçon de tôle située à l'extérieur par rapport au précédent tandis que l'autre chambre en spirale est délimitée par cette spire du second tronçon de tôle et la spire du premier tr:nçon de tôle située à l'intérieur par rapport au précédent, caractérise en ce que les spires du second tronçon de tôle présentent, en tant que saillies, des nervures parallèles s'étendant dans le sens longitudinal de la bande, chacune de ces nervures présentant une arête ondulée constituée par une succession alternée de creux et de bosses. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur de ce type, dans lequel on enroule en spirale une bande de tôle sur des mandrins entraînés en rotation, cette bande de tôle étant engagée diamétralement, dans sa partie médiane, entre deux paires de mandrins opposées et présentant, d'un côté de ces mandrins, un premier tronçon de tôle lisse et de l'autre côté du mandrin, un second tronçon de tôle pourvu de saillies, caractérisé en ce qu'on forme préalablement par emboutissage, pour constituer les saillies du second tronçon de la bande de tôle, des nervures parallèles, espacées les unes des autres dans le sens transversal, s'étendant suivant le sens longitudinal de la bande, chacune de ces nervures présentant une arête ondulée constituée par une succession alternée de creux et de bosses. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un échangeur de chaleur à corps enroulé en spirale suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan partielle de la bande de tôle destinée à constituer le corps spiralé de l'échangeur, avant l'enroulement de cette bande de tôle. La figure 3 est une vue en cou e verticale et longitudinale schématique illustrant là mise en oeuvre du procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur suivant l'invention, avant le début de l'enroulement en spirale de son corps. La figure 4 est une vue en coupe verticale et longitudinale schématique illustrant le procédé de fabrication de l'échangeur au cours de la phase d'enroulement du corps spiralé. L'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 comprend un corps spiralé 1 lequel est constitué par l'enroulement en spirale d'une seule et même bande de tôle 2. Cet enroulement en spirale est réalisé en engageant diamétralement les bords longitudinaux de la partie médiane de la tôle 2 entre deux paires de mandrins 3 et 4 qui peuvent être entraînés en rotation dans le sens de la flèche f (figures 3 et 4) autour d'un axe transversal commun 5. Les deux mandrins 3 et 4 de chaque paire sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation 5-de manière à délimiter entre eux une fente diamétrale dans laquelle est engagé le bord longitudinal de la tôle 2. Chacun des mandrins 3,4 présente par ailleurs une surface périphérique à section droite sensiblement en spirale. Suivant l'invention la bande de tôle 2 comprend un premier tronçon lisse 2a situé du côté droit des mandrins d'enroulement 3,4 sur les figures. 2 à 4. La bande de tôle 2 comprend par ailleurs un second tronçon 2b, situé à gauche des mandrins 3,4 sur les figures 2 à 4 et qui présente, sur sa surface inférieure des nervures parallèles 6, s'étendant dans le sens longitudinal de la bande 2, lesquelles sont destinées à constituer des entretoises entre les différertes spires du corps spiralé 1. Les nervures inférieures 6 son, formées dans 5. le second tronçon 2b de la bande 2 au cours d'une seule et même opération d'emboutissage. Comme il apparaît nettement sur le dessin chacune des nervures 6 est conformée, lors de l'emboutissage, de manière à présenter une arête non pas rectiligne mais ondulée, laquelle est constituée par une succession alternée de creux 7 et de bosses 8. Le pas des ondulations est faible de l'ordre de 5 à 10 mm et l'espacement des nervures 6 est de l'ordre de 10 à 20 mm par exemple. Pour la formation du corps spiralé, on entraîne en rotation les deux paires de mandrins opposés 3,4 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, suivant la flèche f, la bande 2 étant disposée à plat, au départ, ainsi qu'il est représenté sur les figures 2 et 3. Le premier trc-çon de bande lisse 2a qui s'étend au-delà des paires de mandrins 3,4, est laissé libre, tandis que le second tronçon nervuré 2b est soumis, pendant l'enroulement, à un effort de traction F. Au début de l'enroulement la partie du second tronçon nervuré 2b qui est proche des mandrins 3,4 est enroulée sur 180 sur le mandrin 3, ces nervures ondulées 6 étant tournées vers l'extérieur. Sur ces nervures 6 formant entretoises est enroulé à son tour le premier tronçon lisse 2a de la bande de t8ôle 2. Ce tronçon lisse 2a prend ainsi appui uniquement sur les bosses 8 des nervures 6 et il délimite, avec ces différentes nervures 6, des ouvertures-de passage 9 de section très réduite, chaque ouverture 9 étant délimitée par l'arête d'une nervure 6 et la tôle lisse 2a. Une fois que le corps spiralé a été totalement enroulé, comme il est représenté sur la figure 1, il forme deux chambres en spirales A et B imbriquées l'une dans l'autre et qui sont parcourues respectivement par les deux flu des entre lesquels l'échange thermique doit avoir lieu. La première chambre A est délimitée entre une spire du second tronçon de bande 2b, du côté opposé à celui o sont formées les nervures 6, et la spire du premier tronçon de bande de tôle lisse 2a qui se trouve à l'extérieur. La seconde chambre B traversée par le second fluide, est, elle, délimitée par la même spire du second tronçon de bande de tôle 2b portant les nervures 6 dirigées vers l'extérieur, et la spire du premier tronçon de bande de tôle lisse 2a se trouvant à l'intérieur et qui est appliquée contre et maintenue par les nervures 6. A la fin de l'enroulement l'échangeur de chaleur est achevé de la façon décrite dans le brevet FR-A-2596144, notamment avec l'enroulement d'un morceau de tôle 10 constituant une chemise externe et mise en place de flasques d'extrémité 11, de même forme que les mandrins d'enroulement 3,4, à la place de ceux-ci. Les nervures 6 que porte le tronçon 2b de la bande de tôle 2 ont été prévues avec une arête ondulée afin de permettre leur enroulement en spirale, ce qui ne pourrait être obtenu avec des nervures à arêtes rectilignes. On obtient ainsi une sorte d'enroulement "polygonal" dû à la "cassure" des différentes nervures 6 à l'endroit des bosses 8. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur comportant un corps spiralé délimitant deux chambres en spirale (A,B) imbriquées l'une dans l'autre et parcourues respectivement par deux fluides entre lesquels doit s'effectuer l'échange de chaleur, ce corps comportant, dans sa partie centrale, deux flasques transversaux extrêmes de fermeture (12), les deux chambres en spirale (A, B) étant délimitées par une seule et même tôle (2) traversant diamétralement chaque flasque d'extrémité (12), un premier tronçon (2a) de la tôle (2), issu d'une extrémité d'un diamètre des flasques (12), étant lisse tandis que le second tronçon (2b), issu de l'extrémité opposée de ce même diamètre, porte des saillies assurant l'écartement mutuel des premiers et second tronçons de tôle (2a,2b) une fois ceux-ci enroulés conjointement en spirale, l'une des chambres en spirale (A) étant délimitée entre une spire du second tronçon de tôle (2b) et la spire du premier tronçon de tôle (2a) située à l'extérieur par rapport au précédent tandis que l'autre chambre en spirale (B) est délimitée par cette spire du second tronçon de tôle (2b) et la spire du premier tronçon de tôle (2a) située à l'intérieur par rapport au précédent, caractérisé en ce que les spires du second tronçon de tôle (2b) présentent, en tant que saillies, des nervures parallèles (6) s'étendant dans le sens longitudinal de la bande, chacune de ces nervures (6) ayant une arête ondulée constituée par une succession alternée de creux (7) et de bosses (8), les bosses (8) délimitant des ouvertures étroites -(9) pour le passage longitudinal d'un fluide. 2.- Echangeur de chaleur -suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les nervures (6) sont en saillie vers l'intérieur. 3.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le pas des ondulations est de l'ordre de 5 à 10 mm et l'espacement des nervures est de l'ordre de 10 à 20 mm environ. 4.- Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on enroule en spirale une bande de tôle (2) sur des mandrins (3,4) entraînés en rotation, cette bande de tôle (2) étant engagée diamétralement, dans sa partie médiane, entre deux paires de mandrins (3, 4) opposées et présentant, d'un côté de ces mandrins, un premier tronçon de tôle lisse (2a) et de l'autre côté du mandrin (3,4), un second tronçon de tôle (2b) pourvu de saillies, caractérisé en ce qu'on forme préalablement par emboutissage, pour constituer les saillies du second tronçon (2b) de la bande de tôle (2), des nervures (6) parallèles, espacées les unes des autres dans le sens transversal, s'étendant suivant le sens longitudinal de la bande, chacune de ces nervures (6) présentant une arête ondulée constituée par une succession alternée de creux (7) et de bosses (8). 5.- Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'on forme sur le second tronçon de tôle (2b) des nervures (6) qui, après enroulement en spirale sur les mandrins (3,4), se trouvent être en saillie vers l'extérieur.