Brevet FR2644376A1 — publié le 19900921

La présente invention se rapporte & un procédé d'élaboration d'un échangeur de chaleur assemblé par soudage et à l'échangeur s'y rapportant. Habituellement, l'élaboration d'un échangeur de chaleur à assemblage par soudage, en particulier par brasage, consiste à former un faisceau de tubes à ailettes entre deux plaques collectrices et de lier les différentes pièces constitutives les unes aux autres par soudage. - Pour ce faire, les plaques collectrices sont traversées par une succession de tubes entre lesquels sont disposées, parallèlement auxdits tubes, des ailettes ondulées en formant un empilage de tubes et d'ailettes. Sur l'ensemble ainsi formé, sont rapportées respectivement au début et à la fin de l'empilage, des joues terminales de direction générale parallèle aux tubes et aux ailettes, les pièces constitutives de cet ensemble étant, en tout ou partie, recouvertes de matière de soudage, telle que de la brasure, permettant, d'une part, la liaison entre les diverses pièces entre elles et, d'autre part, l'étanchéité au niveau de la jonction des tubes à travers les plaques collectrices. Il a été constaté que, avant soudage, la jonction des tubes au niveau des plaques collectrices procurait à l'empilage une forme dite de "tonneau" puisque la dimension au niveau desdites plaques est sensiblement la dimension finale alors que, au niveau de la partie centrale dudit empilage, la dimension est plus grande du fait que les diverses pièces à assembler sont recouvertes de matière de soudage et que rien n'empêche cette partie centrale de pouvoir se développer dimensionnellement. Ainsi, lors de l'opération de brasage, la fusion de la matière de brasage ne permet pas de retrouver une forme classique de l'empilage, mais au contraire fait conserver audit empilage sa forme de "tonneau". Il a été envisage, pendant l'opération de brasage, de serrer les pièces constitutives de l'empilage les unes sur les autres par des dispositifs de serrage dont la dilatation est inférieure à celle du métal constitutif de l'empilage, de manière à ramener la cote d'empilage après brasage à une valeur souhaitée, sensiblement celle de la cote prise au niveau de la plaque collectrice. Cependant, ces dispositifs présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés de façon rationnelle en relation avec la forme de l'empilage. En effet, il faut disposer de dispositifs de serrage différents en fonction de leurs positions sur l'empilage, ce qui ne peut que compliquer les opérations d'élaboration de l'échangeur ou de dispositifs de serrage identiques qui, de par la forme en tonneau de l'empilage, assureront soit un serrage excessif au niveau de la partie centrale dudit empilage, soit un serrage insuffisant au niveau des plaques collectrices. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en présentant un procédé d'élaboration dans lequel les dispositifs de serrage sont tous identiques et permettent de ramener la forme en "tonneau" de l'empilage à une forme sensiblement rectangulaire. Pour cela le procédé d'élaboration d'un échangeur de chaleur à assemblage par soudage, en particulier par brasage, comportant un faisceau de tubes & ailettes, au moins une joue terminale et au moins une plaque collectrice, est caractérisé en ce que, avant soudage, des dispositifs de serrage sont disposés, au voisinage de la plaque collectrice, au droit de moyens déformables prévus sur des parties saillantes de la joue. Ainsi, grâce aux moyens déformables, les dispositifs de serrage peuvent opérer sans effort excessif au niveau des plaques collectrices. Selon une autre caractéristique, le procédé est caractérisé en ce que, avant soudage, des dispositifs de serrage sont disposés au niveau de la partie médiane du faisceau sur des moyens de compensation prévus sur des parties saillantes de la joue. De ce fait, grace à ces moyens de compensation, la forme en "tonneau" du faisceau n'influe pas sur la longueur du dispositif de serrage et il peut être disposé ainsi des dispositifs de serrage identiques tout au long du faisceau. Selon une autre caractéristique, le procédé est caractérisé en ce que, après soudage, les moyens déformables perdent leurs formes initiales et que les dispositifs de serrage sont ôtés. A la fin du processus élaboratoire, les moyens déformables ont joué leur rôle en absorbant toutes les déformations qui, initialement, devaient se reporter au niveau du faisceau, et les dispositifs de serrage peuvent facilement être ôtés. Les autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle d'un échangeur, selon l'invention, comportant des dispositifs de serrage pour l'opération de soudage; - la figure 2 est une vue en coupe partielle selon la ligne A de la joue terminale faisant partie de l'échangeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle correspondant à celle de.la figure 2 et sur laquelle est montré le stade final dans lequel se trouve la joue terminale; - la figure 4 est une vue en coupe partielle, selon la ligne B, de la joue terminale faisant partie de l'échangeur de la figure 1; - la figure 5 est une vue en coupe partielle montrant une variante & partir de la figure 2; - la figure 6 est une vue en coupe partielle correspondant & celle de la figure 5 et sur laquelle est montré le stade final de la joue terminale. Sur la figure 1, l'échangeur de chaleur selon l'invention est constitué d'un faisceau i de tubes 2 à ailettes 3,3', d'au moins une plaque collectrice 4 apte à être traversée par les extrémités libres des tubes 2 et à être recouverte par une boite collectrice de fluide (non représentée), et d'au moins une joue terminale 5, ici de forme générale en U. Ce faisceau 1 est constitué d'un empilage successif de tubes 2 et d'ailettes ondulées 3,3' disposées parallèlement aux tubes, les ailettes 3' débutant et terminant l'empilage en étant recouvertes par une joue terminale 5 dont la face extérieure du fond 6 du U s'appuie sur l'ailette terminale 3' et sur le bord périphérique 9 de la plaque collectrice 4 et dont les ailes 7,8, formant parties saillantes, s'érigent en direction opposée & celle du faisceau 1. En outre, en se référant à la figure 2, la joue terminale 5.est pourvue, au voisinage de la plaque collectrice 4, d'un moyen-déformable 10 consistant en une ouverture 11, ici une-lumière de forme oblongue, située sur chaque aile 7,8 en étant disposée parallèlement au fond 6 et à distance du bord libre 12 desdites ailes en créant une languette de métal 13 apte à pouvoir fléchir en direction de l'espace vide créé par la lumière 11. De plus la joue 5 comporte, au niveau de la partie médiane du faisceau, un moyen de compensation 14 consistant ici en une échancrure 15, de forme rectangulaire, prévue sur les ailes 7,8 et ouverte sur le bord 12 desdites ailes en étant disposée parallèlement au fond 6 de ladite joue. Le rôle du moyen de compensation sera explicité dans la suite de la description. La figure 5 représente une variante du moyen déformable 10 consistant en un pliage de tout ou partie des ailes 7,8 et cela vers l'intérieur du U que forme la joue 5 en formant un angle A avec le fond 6, angle différent de 90', ici inférieur. Bien entendu, le pliage peut concerner les ailes 7,8 sur toute leur longueur ou uniquement une portion longitudinale desdites ailes située, comme précédemment décrit, au voisinage de la plaque collectrice 4. Sans sortir du cadre de l'invention, il peut être envisagé que les moyens déformables 10 et les moyens de compensation 14 soient situés sur des parties saillantes constituées de pattes issues d'une plaque plane formant joue terminale. Ainsi l'ensemble formé par les tubes 2, les ailettes 3, les joues terminales 5 et les plaques collectrices 4 est apte & subir une opération de soudage, ici une opération de brasage par passage dans un four, permettant d'assembler les différentes pièces les unes aux autres. Pour ce faire, avant l'opération de brasage, sont rapportés sur le faisceau 1 des dispositifs de serrage 16 orthogonalement & la direction longitudinale des tubes 2, lesdits dispositifs étant chacun de même longueur et de même dilatation thermique longitudinale. Ces dispositifs de serrage prennent appui sur les joues 5 en étant disposés de part et d'autre du faisceau 1. Ainsi, après avoir mis sous contrainte le faisceau 1 par exercice, sur les joues 5, d'une force transversale aux tubes, force tendant & diminuer la forme en "tonneauw dudit faisceau, les dispositifs de serrage 16 sont disposés régulièrement tout au long du faisceau en prenant appui, pour les uns, au voisinage de la plaque collectrice 4, au droit des moyens déformables 10 et, pour les autres, & l'endroit des moyens de compensation 14 prévus sensiblement dans la partie médiane dudit faisceau. Après avoir relâché l'effort exercé sur les joues 5, les dispositifs de serrage 16 appliquent au droit de leurs appuis un effort de serrage égal sensiblement à l'effort initial exercé sur les joues et l'ensemble est prêt à passer au four de brasage. En pratique les dispositifs de serrage 16 sont en forme de tirants 17 dont chaque extrémité 18,19 porte un élément d'appui, consistant-ici en un axe cylindrique ,21, prenant appui sur les joues 5. Comme mieux visible sur la figure 1, les axes cylindriques 20,21 du tirant 17 le plus près de la plaque collectrice prennent appui sur le bord 12 de la joue 5, et plus particulièrement au droit de la lumière 11 et sensiblement au milieu de la longueur de ladite lumière, alors que les axes cylindriques 20,21 du tirant 17, situés dans la partie médiane du faisceau, prennent appui sur le fond de l'échancrure 15 de manière à ce que tous les axes 20 et tous les axes 21 des tirants 17 passent chacun par un même plan perpendiculaire à la plaque collectrice 4. Pendant l'opération de brasage, les tirants 17 subissent la même dilatation thermique alors que l'empilage de tubes 2, d'ailettes 3,3' et de joues 5 subit une dilatation thermique différente de celle des tirants, et de par la dilatation différentielle y résultant, les axes 20 se rapprochent des axes 21 en serrant le faisceau 1. Dans une première étape le tirant 17, au voisinage de la plaque collectrice 4, ne comprime pas le faisceau 1 mais ne fait que plier les languettes de métal 13 situées au-dessus des lumières 11 jusqu'à ce que celles-ci soient fermées au droit des appuis 20,21 par contact du bord supérieur de la lumière 11 avec son bord inférieur (figure 3). Simultanément les axes 20,21 du tirant 17, situé au milieu du faisceau, compriment celui-ci en atténuant sa forme de "tonneau". Suite à cette étape, les appuis des tirants 17 se trouvent dans le mme plan et le faisceau a partiellement ou en totalité résorbé sa forme en #tonneau", le processus de brasage peut continuer jusqu'à son terme à la suite duquel les tirants 17 sont Ètés du faisceau. Pour la variante de la figure 5, les axes cylindriques 20,21 du tirant 17, situé au voisinage de la plaque collectrice, prennent appui sur le bord 12 des parties pliées des ailes 7,8 alors que, comme précédemment décrit, les appuis des axes 20,21 du tirant, situé au milieu du faisceau 1, se trouvent dans l'échancrure 15. De ce fait, dans une première étape du processus de brasage, les tirants 17, situés au voisinage de la plaque 4 exercent, de par la dilatation différentielle entre, d'une part, l'empilage de tubes 2, d'ailettes 3,3' et de joues 5 et, d'autre part, des tirants 17, une force sur les parties pliées des ailes 7,8 en accentuant leurs pliages, tout en faisant diminuer l'angle A, pour aboutir à la configuration représentée sur la figure 6 dans laquelle les ailes 7,8 se retrouvent parallèles au fond 6 de la joue 5 et à distance dudit fond. Le tirant 17, situé au milieu du faisceau 1, agit quant à lui de la manière précédemment décrite et la suite du processus de brasage est identique à celui mentionné précédemment. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrits mais englobe toutes variantes. Notamment, les moyens déformables peuvent consister en une ouverture de forme et de disposition quelconques et il peut être envisagé de supprimer les moyens de compensation 14 en réduisant la hauteur des ailes 7,8 tout en conservant la largeur des languettes de métal 13. De même il peut être prévu que les parties saillantes 7,8 soient munies de moyens déformables 10 associés à des moyens de compensation 14 dans le cas ou il est envisagé de prévoir des tirants 17 entre les tirants 17 situés au voisinage de la plaque collectrice 4 et les tirants 17 situés au niveau de la partie médiane du faisceau 1. REVENDICATIONS 1) Procédé d'élaboration d'un échangeur de chaleur & assemblage par soudage, en particulier par brasage, comportant un faisceau (1) de tubes (2) à ailettes (3), au moins une joue terminale (5) et au moins une plaque collectrice (4), caractérisé en ce que, avant soudage, des dispositifs de serrage (16) sont disposés, au voisinage de la plaque collectrice (4), au droit de moyens déformables (10) prévus sur des parties saillantes (7,8) de la joue (5). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant soudage, des dispositifs de serrage (16) sont disposés au niveau de la partie médiane du faisceau sur des moyens de compensation (14) prévus sur des parties saillantes (7,8) de la joue (5). 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, après soudage, les moyens déformables (10) perdent leurs formes initiales et en ce que les dispositifs de serrage (16) sont 8tés. 4) Echangeur convenant à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens déformables (10) consistant en une lumière (11) prévue sur les parties saillantes (7,8) de la joue (5) en laissant subsister une languette de métal (13). ) Echangeur convenant à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens déformables (10) consistant en une partie pliée des parties saillantes (7,8) en formant un angle (A) avec la joue (5). 6) Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de compensation (14) consistant en une échancrure (15) prévue sur les parties saillantes (7,8) de la joue (5). 7) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties saillantes (7,8) sont formées par les ailes d'une joue (5) en forme de U. 8) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties saillantes (7,8) sont formées par des pattes issues de la joue (5).