Brevet FR2728332A1 — publié le 19960621

L'invention concerne un échangeur de chaleur comportant un ou plusieurs tubes, qui possèdent des extrémités, et comportant au moins une plaque porte-tubes, qui possède des passages servant à loger les extrémités des tubes et est reliée à ces extrémités par élargissement des extrémités des tubes, les tubes possédant une section transversale ovale, notamment ovale aplatie avec un grand diamètre A et un petit diamètre B. L'invention concerne en outre un procédé pour fabriquer un tel échangeur de chaleur et un outil pour élargir les extrémités des tubes et/ou pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication. D'après EP-A1-387 678 on connaît un échangeur de chaleur et un procédé pour fixer, d'une manière étanche aux liquides, une plaque porte-tubes à des extrémités de tubes. Selon ce procédé, les extrémités des tubes sont préformées après la fabrication de l'ensemble composite tubes-lamelles de refroidissement, par le fait qu'on réduit leur grand diamètre et qu'on augmente leur petit diamètre. A cet effet on utilise un outil de refoulement, qui possède une struc- ture complexe. En dehors de l'étape de travail supplé- mentaire de prédéformation et de l'utilisation d'un outil de prédéformation compliqué, on considère comme inconvé- nient le fait que sous l'effet du renflement des tubes, leur distance réciproque doive être égale à une certaine distance minimale (pas de répartition), au-dessous de laquelle on ne peut pas tomber. Même dans le cas de tubes ovales aplatis, qui, en raison de leur section transver- sale, permettraient un pas de répartition réduit, une distance relativement importante est nécessaire étant donné que les extrémités des tubes sont élargies en forme de tulipe pour la mise en place de la plaque porte-tubes. En outre, le rapprochement radial de l'outil d'élargissement pour la prédéformation requiert une certaine place à côté de la rangée de tubes, ce qui rend nécessaire en outre, dans le cas d'échangeurs de chaleur à plusieurs rangées de tubes, une certaine distance minimale entre deux rangées de tubes voisines. Après la mise en place de la plaque porte- tubes, on déforme à nouveau les extrémités des tubes en introduisant un mandrin d'élargissement. D'après le brevet US 4 570 317 on connaît un procédé de liaison de tubes comportant des tôles de refroi- dissement, selon lequel on fait passer un mandrin d'étirage à travers les tubes, après la mise en place des tôles de refroidissement sur les tubes, les tubes étant tout d'abord élargis dans la direction du grand diamètre, puis dans la direction du petit diamètre. Une liaison d'extrémités des tubes avec la plaque porte-tubes ne peut pas être exécutée avec un tel mandrin d'étirage. L'invention a pour but d'indiquer un échangeur de chaleur, un procédé de fabrication et/ou un outil pour fabriquer un tel échangeur de chaleur et pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de manière à pouvoir fabriquer d'une manière plus simple et par conséquent à meilleur marché un échangeur de chaleur. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un échangeur de chaleur du type indiqué plus haut, caractérisé par le fait les extrémités élargies des tubes possèdent une section transversale, dont le grand diamètre C est supérieur au diamètre A et dont le petit diamètre D est supérieur au diamètre B des tubes. Étant donné que les deux diamètres des extrémités des tubes sont supérieurs aux diamètres correspondants des tubes, c'est-à-dire de la partie des tubes, qui est située entre les extrémités des tubes et qui porte les lamelles de refroidissement, après enfichage et fixation des lamelles de refroidissement sur les tubes, on peut mettre en place les plaques porte-tubes sur les extrémités des tubes sans qu'il faille préalablement déformer ces extrémités. Lors de la mise en place des plaques porte-tubes, les extrémités des tubes possèdent une section transversale, qui correspond à celle présente dans la zone voisine. Étant donné que cette section transversale est inférieure à la section transversale finale des extrémités des tubes et par conséquent est plus petite que les ouvertures de logement des plaques porte-tubes pour les extrémités des tubes, il n'est pas nécessaire de déformer préalablement ces extré- mités des tubes avant la mise en place de la plaque porte- tubes. De ce fait, on fait l'économie d'une étape opéra- toire et aucun outil agencé spécialement à cet effet n'est nécessaire. En outre, on peut disposer les tubes individuels dans des positions nettement plus rapprochées les uns des autres, étant donné qu'ils ne sont pas préala- blement élargis dans la direction du petit diamètre. La suppression d'une déformation préalable, notamment d'un élargissement préalable, a en outre comme conséquence le fait que le rapport du grand diamètre C au petit diamètre D des extrémités des tubes est supérieur à 3:1. En particulier le pas de répartition des tubes est déterminé par ce rapport de dimensions. Dans un exemple de réalisation, les passages situés dans la plaque porte-tubes sont formés par des embouts et des moyens d'étanchéité élastiques sont prévus entre les traversées et les extrémités des tubes. Ces moyens d'étanchéité élastiques garantissent une liaison étanche aux gaz et aux liquides entre les extrémités des tubes et la plaque porte-tubes. Les moyens d'étanchéité élastiques peuvent être formés par des inserts en matière plastique ou en caoutchouc, par une pâte d'étanchéité qui durcit en restant élastique, par exemple une pâte silicone ou analogue. Ces moyens d'étanchéité élastiques présentent l'avantage consistant en ce qu'ils sont le siège d'un retour élastique et ferment de façon sûre la fente présente entre les extrémités des tubes et les enbouts. Un détachement intempestif de la plaque porte-tubes vis- à-vis des extrémités des tubes est empêché par le fait que la section aplatie des extrémités des tubes possède, sur sa partie tournée vers l'ouverture des tubes, un système empê- chant une extraction. Ce système empêchant une extraction est formé par un élargissement ou un accroissement local du petit diamètre D. Le problème indiqué précédemment est en outre résolu conformément à l'invention au moyen d'un procédé pour fabriquer un échangeur de chaleur possédant l'agence- ment indiqué précédemment, grâce au fait qu'après la mise en place de la plaque porte-tubes sur les extrémités des tubes, on insère un mandrin d'élargissement dans les extré- mités des tubes et on augmente tout d'abord le diamètre B du tube, puis le diamètre A du tube. Étant donné qu'on augmente tout d'abord le petit diamètre, on déforme plastiquement la section aplatie de l'extrémité du tube, sans que les deux sections fortement cintrées soient soumises à contrainte. Étant donné que, dans les sections aplaties, on dispose d'une quantité de matière très importante pour la déformation plastique, on peut réaliser ici des déformations de la section transversale, nettement plus importantes que dans les sections fortement cintrées. Étant donné que le diamètre B de l'extrémité des tubes est accru au-delà de la valeur du diamètre D, avant que le diamètre A ne soitaugmenté, le matériau, qui est nécessaire lors de l'augmentation du diamètre A, est accu- mulé, lors de l'accroissement excessif du diamètre D. La contrainte du matériau dans la section cintrée de l'extrémité du tube est de ce fait nettement plus faible que dans le cas de procédés de déformation usuels. Dans un exemple de réalisation préféré, en ce qui concerne la section aplatie de l'extrémité du tube, essentiellement sa partie centrale est élargie par l'inter- médiaire d'une arête présente sur l'outil d'élargissement. Cette arête rectiligne entraîne une déformation plastique locale tout d'abord dans la partie centrale de la section aplatie, déformation plastique qui, au cours de la poursui- te de l'élargissement, se prolonge en direction des sections cintrées. En outre, l'arête provoque un renflement de la sec- tion aplatie au-delà du diamètre final D. C'est seulement lorsque cette section aplatie est complètement élargie, et ce au-delà du diamètre final D, que le diamètre A est aug- menté pour passer au diamètre C. Les deux diamètres A et B sont par conséquent augmentés certes à l'aide d'un outil, mais d'une manière successive. Dans un exemple de réalisation préféré, la partie, tournée à l'opposé de l'ouverture du tube, de la section aplatie de l'extrémité du tube est protégée contre un aplatissement, lors de l'augmentation du diamètre B. Étant donné que la section aplatie est renflée vers l'extérieur, la partie encore non déformée de la section aplatie tend à s'aplatir, ce qui est empêché par un élément de soutien intérieur radial, qui assiste en outre la déformation plastique de la section aplatie. Enfin il est en outre prévu qu'à la fin de l'augmentation du diamètre A pour l'obtention du diamètre C, la section aplatie soit pourvue localement d'un élargis- sement, qui empêche une extraction de la plaque porte-tubes à partir de l'extrémité du tube. Cet élargissement consiste par exemple en une extension ou un renflement supplé- mentaire local de la section aplatie ou de l'extrémité du tube. Le problème indiqué plus haut est en outre résolu con- formément à l'invention à l'aide d'un outil servant à élar- gir l'extrémité des tubes de l'échangeur de chaleur, grâce au fait que l'outil possèder en sens opposé au sens d'insertion, tout d'abord une première section d'élargis- sement qui augmente le diamètre B de l'extrémité du tube, puis une seconde section d'élargissement, qui augmente le diamètre A de l'extrémité du tube. Le mandrin d'élargissement, qui est inséré dans l'extrémité du tube, possède par conséquent une première section d'élargissement et une seconde section d'élargis- sement qui se raccorde à la première. La première section d'élargissement peut se prolonger par la seconde section d'élargissement ou être séparée de cette dernière dans la direction axiale. Dans un exemple de réalisation, il existe par conséquent une transition continue allant de l'augmentation du diamètre B à l'augmentation du diamètre A, alors que dans le second exemple de réalisation, l'augmentation du diamètre D se termine avant que la seconde section d'élargissement n'augmente le diamètre A. Dans un exemple de réalisation, la première section d'élargissement possède une arête oblique, qui est située dans le plan de symétrie s'étendant suivant le petit diamètre de cette section. Comme cela a déjà été mentionné, grâce à cette arête oblique rectiligne, la section aplatie de l'extrémité du tube est renflée radialement vers l'exté- rieur et est déformée plastiquement au point que le diamètre B de l'extrémité du tube est accru au-delà du diamètre d'extrémité D. En outre, l'arête oblique réalise un refoulement de matière en direction des sections centrées. Par conséquent le fait qu'en avant de la première section d'élargissement soit disposée une zone d'appui, qui sert en outre de section de guidage pour le montant d'élar- gissement, permet de s'opposer à un gonflement ou à un aplatissement de la section aplatie non déformée de l'extrémité du tube. Enfin une troisième section d'élargissement suit la seconde section d'élargissement, pour la formation d'un système empêchant une extrac- tion, au niveau de l'extrémité du tube. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description donnée ci- après dans laquelle on va décrire de façon détaillée un exemple de réalisation préféré en référence aux dessins. Les caractéristiques représentées sur les dessins et men- tionnées dans la description sont importantes pour l'inven- tion à titre individuel ou selon une combinaison quelconque. De façon détaillée: - la figure 1 représente une coupe longitudinale repérée en I-I à la figure 4, d'une extrémité de tube élargie, insérée dans une plaque porte-tubes; - la figure 2 représente une vue en plan II de l'extrémité élargie du tube de la figure 1; - la figure 3 représente une première vue en élévation latérale d'un mandrin d'élargissement; - la figure 4 représente une coupe longitudinale IV-IV de l'extrémité du tube, perpendiculaire à la coupe longitudinale I-I de la figure 1; et - la figure 5 représente une seconde vue en élévation latérale de l'outil d'élargissement. La figure 1 représente une coupe longitudinale I-I d'une liaison d'une extrémité 1 d'un tube 2 avec une plaque porte-tubes 3. Sur le tube 2 sont enfichées des lamelles de refroidissement 4, qui sont représentées en étant simplement indiquées. La plaque porte-tubes 3 possède un embout 5, dont l'ouverture est supérieure à la section transversale du tube 2 et de l'extrémité 1 du tube. Sur la plaque porte-tubes 3 est disposée une garniture d'étanchéité en caoutchouc 6, qui possède un collet 7, qui s'applique sur l'embout 5 et s'étend en direction du tube 2. Ce collet 7 est situé entre l'extrémité 1 du tube et l'embout 5 et établit une liaison, étanche aux gaz et aux liquides, entre l'extrémité 1 du tube et la plaque porte-tubes 3. En référence à la figure 1, on reconnaît le grand diamètre A du tube 2 et le grand diamètre C de l'extrémité 1 du tube, le diamètre C étant nettement supérieur au diamètre A. Dans la vue en plan de l'extrémité 1 du tube sur la figure 2, considérée dans le sens de la flèche II de la figure 1, on voit en outre que l'extrémité 1 du tube possède un renflement 8, qui sert de système empêchant une extraction. En outre on peut voir que la section transver- sale du tube 2 ainsi que de l'extrémité 1 du tube possèdent une forme ovale aplatie. Le rapport du grand diamètre C au petit diamètre D (figure 4) de l'extrémité 1 du tube est supérieur à 3:1, tandis que le rapport A:B des diamètres dans le réseau de refroidissement est supérieur à 4:1 et de préférence est compris entre 5:1 et 6:1. Sur la figure 4, on a représenté une coupe IV-IV correspondant à la figure 1, et ici on peut reconnaître nettement le petit diamètre B du tube 2 et le petit diamètre D de l'extrémité 1 du tube. En outre, on peut reconnaître nettement le renflement 8. Sur la figure 4, on a en outre indiqué que le diamètre D de l'extrémité 1 du tube est supérieur au diamètre B correspondant du tube 2. En outre, sur les figures 1 et 4, on voit nettement que la jonction du diamètre B au diamètre D est plus éloignée de l'ouverture 9 du tube que ne l'est la jonction du diamètre A au diamètre C, et en général est située directement en arrière de la dernière lamelle de refroidissement 4. Cela signifie qu'à l'aide d'un mandrin d'élargissement 10, qui est représenté sur les figures 3 et 5, on élargit tout d'abord le diamètre B pour l'amener au diamètre D, puis le diamètre A pour l'amener au diamètre C. En outre on peut voir que le renflement 8 est prévu dans la zone centrale de la section aplatie 11 et au niveau de l'ouverture 9 du tube. On introduit le mandrin d'élargissement 10 dans l'ouverture 9 du tube, dans le sens de la flèche II, le mandrin possédant une section conique d'introduction 12 et une section de support 13 se raccordant à la précédente. La section de support 13 possède, sur la figure 3, un diamètre A' qui est égal ou légèrement inférieur au diamètre A du tube 2. En outre, la section de support 13 possède, sur la figure 5, un diamètre B' qui est égal ou légèrement inférieur au diamètre B du tube 2. Par conséquent, le man- drin d'élargissement 10 peut être introduit avec une faible force dans l'extrémité non encore élargie 1 du tube, qui pénètre dans la plaque porte-tube 3. A la section de support 13 se raccorde une première section d'élargissement 14, qui possède une arête montante 16 située dans le plan de symétrie 15. Cette arête 16 s'étend, comme cela est visible sur la figure 5, avec une forme rectiligne et obli- quement à partir de l'axe 17 et de la pointe 18 du mandrin d'élargissement 10. La première section d'élargissement 14 (considérée radialement) s'étend avec une forme rectiligne jusqu'au grand diamètre A', à partir de la pointe 19 de l'arête montante 16. Seul encore un faible élargissement intervient dans la zone de la section fortement cintrée 20 de l'extrémité 1 du tube, alors qu'aucun élargissement ne se produit en direction du petit diamètre. En raison de la présence de l'arête montante 16, la section aplatie 11 de l'extrémité 1 du tube est élargie, c'est-à-dire est dilatée de façon excessive, dans sa partie médiane, du diamètre B au-delà du diamètre D. Un aplatissement de la partie non encore déformée de la section aplatie 11 est empêché par le fait que cette section peut prendre appui, par sa surface intérieure, sur la section de support 13 du mandrin d'élar- gissement 10. A la première section d'élargissement 14 succède une seconde section d'élargissement 21 comportant une arête 21', qui s'étend obliquement de la zone de diamètre D à la zone de diamètre C et qui permet d'augmenter le diamètre A du tube 2 au diamètre C de l'extrémité 1 du tube. La section fortement cintrée 20 est déformée et la section aplatie 11, qui est déformée au-delà du diamètre D et dilatée de façon excessive, est ramenée au moyen d'une déformation inverse au diamètre D. Cette section aplatie prend appui sur la section de calibrage 22 du mandrin d'élargissement 10, qui, conformément aux figures 3 et 5, possède un grand diamètre C et un faible diamètre D conformément à l'extrémité 1 du tube. Cette section de calibrage 22 comporte un bossage d'élargissement 23 au moyen duquel est formé le renflement 8. Sur le dessin, on peut voir nettement que l'extrémité 1 du tube possède une section transversale supérieure à celle du tube 2 et que l'on peut modifier tout d'abord le petit diamètre et ensuite le grand diamètre. A cet effet, il suffit d'utiliser un seul mandrin d'élargis- sement 10, qui exécute toutes les déformations au moyen d'un seul déplacement d'avance dans le sens de la flèche II. REVENDICATIONS 1. Échangeur de chaleur comportant un ou plusieurs tubes (2), qui possèdent des extrémités (1), et comportant au moins une plaque porte-tubes (3), qui possède des passages servant à loger les extrémités (1) des tubes et est reliée à ces extrémités par élargissement des extré- mités (1) des tubes, les tubes (2) possédant une section transversale ovale, notamment ovale aplatie avec un grand diamètre (A) et un petit diamètre (B), caractérisé en ce que les extrémités élargies (1) des tubes possèdent une section transversale, dont le grand diamètre (C) est supérieur au diamètre (A) et dont le petit diamètre (D) est supérieur au diamètre (B). 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport (C):(D) des diamètres des extrémités (1) des tubes est supérieur à 3:1. 3. Échangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les passages dans la plaque porte-tubes (3) sont formés par des embouts (5) et que des moyens d'étanchéité élastiques sont prévus entre les embouts (5) et les extrémités (1) des tubes. 4. Échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité élastiques sont formés par des inserts en matière plastique ou en caoutchouc (6), par une pâte d'étanchéité durcissable en restant élastique, par exemple une pâte de silicone ou analogue. 5. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section aplatie (11) des extrémités (1) des tubes possède, sur son côté tourné vers l'ouverture (9) du tube, un système empê- chant une extraction. 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système empêchant une extraction est formé par un élargissement local (8) du diamètre (D). 7. Procédé pour fabriquer un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après la mise en place de la plaque porte-tubes (3) sur les extrémités (1) des tubes, on insère un mandrin d'élargissement (10) dans les extrémités (1) des tubes et on augmente tout d'abord le diamètre (B) du tube (2), puis le diamètre (A) du tube (2). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on augmente le diamètre (B) du tube (2) au-delà de la valeur du diamètre (D), avant d'augmenter le diamètre (A). 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on met en place la plaque porte-tubes (3) sur les tubes (2) avant d'appliquer une déformation préalable aux tubes (2). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 9, caractérisé en ce qu'on élargit la section aplatie (11) des extrémités (1) des tubes essentiellement dans sa partie centrale, par l'intermédiaire d'une arête (16), présente sur l'outil d'élargissement (10). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 10, caractérisé en ce que l'augmentation du diamètre (A) est exécutée seulement une fois qu'est terminée l'augmentation du diamètre (B). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que lors de l'aug- mentation du diamètre (B), on soutient, pour empêcher son aplatissement, la partie, tournée à l'opposé de l'ouverture (9) du tube, de la section aplatie (11) de l'extrémité (1) du tube. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'après avoir augmenté le diamètre (A), on forme localement dans la section aplatie (11) un élargissement (8) empêchant un retrait de la plaque porte-tubes (3) à partir de l'extrémité (1) du tube. 14. Outil pour élargir une extrémité (1) de tubes d'un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6 et/ou pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'outil possède, en sens opposé au sens d'insertion (2), tout d'abord une première section d'élargissement (14), qui augmente le diamètre (B) du tube (2), puis une seconde section d'élargissement (21), qui augmente le diamètre (A) du tube (2). 15. Outil selon la revendication 14, caractérisé en ce que la première section d'élargissement (14) se prolonge par la seconde section d'élargissement (21) ou est séparée de cette dernière dans la direction axiale. 16. Outil selon la revendication 14 ou , caractérisé en ce que la première section d'élargisse- ment (14) possède une arête oblique (16), qui est située dans le plan de symétrie (15) qui est disposé dans la direction du petit diamètre (D) de cette section. 17. Outil selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'une section de support (13) est disposée en avant de la première section d'élargissement (14). 18. Outil selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'une troisième section d'élargissement (23) destinée à empêcher une extraction succède à la seconde section d'élargissement (21). 19. Outil selon la revendication 18, caractérisé en ce que la troisième section d'élargissement (23) est située dans une section de calibrage (22), qui possède un grand diamètre (c) et un petit diamètre (D).