Brevet FR2809483A1 — publié le 20011130

La présente invention concerne les échangeurs, et notamment les échangeurs destinés à assurer un échange thermique entre deux fluides devant être séparés l'un de l'autre tels que les échangeurs spiralés du type réalisés par enroulement de tôles métalliques. On connaît des échangeurs de ce type qui sont constitués ' partir d'une feuille de tôle pliée qui est enroulée elle-même autour de la pliure. Au cours de la phase d'enroulement on dispose entre les différentes spires de l'échangeur des éléments écarteurs destinés à espacer les tôles les unes des autres de façon à autoriser un écoulement de fluide entre ces diverses spires. L'extrémité de l'échangeur ainsi que les bords des feuilles formant les spires doivent en conséquence être obturés, ce que l' réalise habituellement par des cordons de soudure. Un échangeur est ainsi constitué de deux circuits indépendants dans lesquels peuvent circuler des fluides, et notamment des liquides, à savoir d'une part l'espace compris entre les diverses spires, et d'autre part l'espace compris entre les deux parois pliées de chaque spire. Un tel échangeur, s'il donne toute satisfaction en qui concerne son fonctionnement, présente des inconvénients en ce qui concerne son mode de fabrication, et plus spécifiquement en ce qui concerne la réalisation des deux cordons de soudure destinés à réunir les bords des deux feuilles de tôle formant les spires. En effet, la forme de ces cordons de soudure est particulièrement complexe car ils doivent suivre la forme spiralée des tôles. Cette opération de soudure constitue donc une opération difficile que l'on est ainsi contraint d'effectuer par des moyens manuels. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un nouveau type d'échangeur métallique spiralé qui est également obtenu par enroulement de tole mais qui présente l'avantage de pouvoir être réalisé par des moyens automatisés, dans la mesure où les opérations requises sont d'une mise en oeuvre simple. La présente invention a ainsi pour objet échangeur de type spiralé, constitué d'une série de spires espacées les unes des autres par des éléments écarteurs, caractérisé en que les spires sont formées d'un élément tubulaire aplati qui est enroulé et qui est constitué d' moins une feuille d'un matériau dont les bords sont réunis de façon étanche par des moyens de liaison qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de la feuille. La feuille de matériau sera préférentiellement constituée de métal mais on pourra bien entendu faire appel à des feuilles en matières de synthèse. La présente invention est particulièrement intéressante en ce qu'elle permet de remplacer deux cordons de soudure qui, suivant l'état antérieur de technique, étaient en forme de spirale, par un ou plusieurs cordons de soudure parfaitement rectilignes, ce qui permet de simplifier de façon particulièrement conséquente l'opération de fabrication en permettant notamment de mettre en oeuvre celle-ci par des moyens automatisés. L'élément tubulaire peut être formé à partir d'une feuille de métal qui est pliée suivant son axe longitudinal de telle façon que ses bords soient réunis par des moyens de maintien et d'étanchéité. Préférentiellement les moyens de maintien et d'étanchéité pourront être disposés suivant l' longitudinal central de la feuille de métal. Dans un autre mode de mise en oeuvre de invention l'élément tubulaire sera formé à partir de deux feuilles de métal superposées qui seront réunies par leurs bords latéraux par des moyens de maintien et d'étanchéité. Ces derniers seront la plupart du temps constitués par cordon de soudure. élément tubulaire aplati comportera, ses faces externes, des nervures inclinées par rapport à son axe transversal. Ces nervures seront formées sur feuille de métal constituant l'élément tubulaire par un procédé de déformation de celle-ci et notamment par un procédé d'emboutissage. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention permettant de doubler la distance de parcours d'un circuit de fluide, les bords de la feuille formant l'élément tubulaire aplati sont réunis à la paroi opposée de l'élément tubulaire, sur une partie de la longueur de celui-ci. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur de type spiralé constitué par enroulement d'au moins une feuille, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - constituer un élément tubulaire aplati à partir d'au moins une feuille, dont les bords sont réunis de façon étanche par des moyens de liaison qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal la feuille, - enrouler sur lui-même cet élément tubulaire afin de former une série de spires écartées les unes des autres par des éléments écarteurs. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue partielle en plan une feuille de metal destinée à constituer un échangeur suivant l'invention, qui est représentée avant le pliage préalable à son enroulement. La figure 2 est une vue schématique en perspective montrant les diverses phases de pliage à réaliser sur une bande de métal, préalablement à l'opération d'enroulement. La figure 3 est une vue partielle en plan de la feuille de métal représentée sur la figure 1 après l'opération de pliage. La figure 4 est une vue partielle en perspective de la feuille pliée représentée sur la figure 3. La figure 5 est une vue en perspective d'un ensemble constitué de la feuille métallique pliée puis enroulée et de deux admissions d'entrée/sortie de l'échangeur suivant l'invention La figure 6 est une vue en perspective d'une variante de mise oeuvre d'une feuille de métal destinée à constituer échangeur suivant l'invention après l'opération pliage et de soudage. La figure 7 est une vue en coupe transversale de la feuille de métal pliée représentée sur la figure 6 suivant l'axe VII-VII de celle-ci. La figure 8 est une vue en coupe transversale de la feuille de métal pliée représentée sur la figure 6 suivant l'axe VIII-VIII de celle-ci. La figure 9 est une vue en section droite d'une variante de mise en oeuvre de l'invention représentant deux feuilles de métal assemblées avant l'opération d'enroulement. L'échangeur spiralé métallique suivant l'invention est constitué à partir d'une feuille 1 métallique, notamment acier inoxydable, qui se présente à l'utilisateur sous la forme d'un rouleau 2. On réalise la feuille des nervures 3 qui sont obtenues emboutissage. Ces nervures 3 forment un certain angle d'incidence i avec l'axe transversal xx' de la feuille 1 qui, dans le présent mode de mise en oeuvre, est de l'ordre de 45 . Les nervures 3 se répartissent sur trois zones transversales, à savoir une première zone latérale 3a de longueur sensiblement égale au quart de la largeur e de la feuille 1, zone centrale 3b de longueur sensiblement égale à la moitié de celle-ci et enfin une troisième zone latérale 3c longueur sensiblement égale au quart de celle-ci. La hauteur h de ces nervures 3 est égale à la moitié de l'espace que l'on souhaite prévoir entre les spires une fois l'opération d'enroulement terminée. En effet l'inclinaison i des nervures par rapport à l'axe transversal xx' de la feuille 1 permet que, lors de l'enroulement, les nervures 3 de la face interne d'une spire viennent en appui sur les nervures 3 de la face externe de la spire précédente, puisque nervures respectives se croisent lors de l'enroulement. mode de mise en oeuvre est intéressant en ce qu' permet d'obtenir, lors du pliage, une superposition des hauteurs h des nervures réalisées respectivement sur le ' de base 1' et sur les plis 1", sans qu'il soit nécessaire pour cela de calculer et définir un écartement spécifique suivant l'axe longitudinal yy' de la feuille de tôle 1. Ainsi que représenté sur les figures schématiques 1 et 2 la feuille 1 est pliée suivant deux axes longitudinaux respectifs aa' et bb' qui sont respectivement disposés à une distance e/4 des bords latéraux la et 1b la feuille 1. Après pliage, ainsi que représenté sur les figures 3 et 4, les bords latéraux respectifs 1a et 1b se trouvent en vis-à- et disposés suivant l'axe longitudinal et central yy' de feuille 1. Après un tel pliage, la feuille 1 forme ainsi trois plis, ainsi que représenté la figure 4, à savoir un pli de base l' et deux plis superieurs 1". Les plis supérieurs 1" se trouvent écartés du de base 1' de façon à créer, entre les faces internes de ces plis, un passage dans lequel sera admis l'un fluide de l'échangeur. Les bords latéraux la et 1b deux plis supérieurs sont réunis ensuite par un cordon de soudure rectiligne 4, ce qui constitue une opération facile à réaliser des moyens automatisés même simplifiés. La tôle pliée est ensuite enroulée sur elle-même dans un sens tel que le cordon de soudure 4 se trouve à l'intérieur de l'enroulement. Celui-ci une fois effectué, on dispose d'un élément qui est susceptible, après diverses opérations d'adaptation, de constituer l'échangeur. Ces opérations consistent, de façon connue dans ce type de produit, à créer une entrée et une sortie pour chacun des deux circuits indépendants. Ainsi le premier circuit, qui est constitué par l'espace existant entre les plis 1' 1" formant chaque spire, est pourvu ainsi que représente sur la figure 5, d'une première entrée/sortie qui est constituée d'un tube 7 connecté au centre de l'échangeur et d'une seconde entrée/sortie constituée d'un tube 7' qui est connecté à la périphérie de celui '. Le second circuit quant à lui est constitué par les espaces compris entre les différentes spires. Dans une variante de mise en oeuvre de la presente invention on peut doubler la distance parcourue par le fluide dans le premier circuit, c'est-à-dire dans celui compris entre les plis 1' et 1". On se reportera ainsi aux figures à 8 qui représentent, de façon schématique, une feuille tôle destinée à constituer un échangeur, après pliage avant l'enroulement. Suivant cette variante on réunit la plus grande partie L1 de la longueur L la tôle pliee les deux extrémités la et lb des plis 1" supérieurs au pli inférieur 1' de façon à constituer ainsi deux canaux qui se trouvent en parallèle. Sur la longueur restante L2, les bords la et 1b seront seulement reliés entre eux de façon à constituer un passage entre les deux canaux. Dans ces conditions, en ce qui concerne ce second circuit, l'admission du fluide se fera par l'une ses deux faces d'entrée/sortie 11a et la sortie de celui-ci se fera par l'autre entrée/sortie 11b. Une telle disposition permet de doubler le parcours de fluide dans ce circuit, ce qui améliore l'échange thermique. Par ailleurs cela permet également de réaliser une admission et une sortie du fluide partir du centre de l'échangeur, le tube 7' étant alors, dans ce mode de mise en oeuvre, coaxial à l'entrée/sortie Dans une variante de ce mode de mise oeuvre de l'invention on pourra remplacer la soudure deux faces latérales 1a et 1b sur le pli de base 1' par un joint élastique qui sera disposé entre les deux bords latéraux la et 1b sur la longueur L1 précédemment mentionnée. La présente invention est particulièrement intéressante en ce que l'on a constaté que nervures 3 qui sont destinées à réaliser un écartement donné déterminé entre les différentes spires de l'échangeur permettent, en raison de la possibilité de déformation qu'elles permettent d'atteindre dans le sens longitudinal, aux deux plis des tôles inférieure et supérieure de se déformer l'une par rapport à l'autre ainsi que l'exige l'augmentation de rayon de courbure de ces deux plis respectifs qui manifeste lors de l'enroulement. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, qui est représenté sur la figure 9, on ne fait pas appel à feuille de tôle pliée mais à deux feuilles distinctes qui, après formation des nervures 3, sont assemblées au moyen notamment d'un cordon de soudure 4 qui est disposé longitudinalement le long chacun des bords transversaux (la, lb) . On peut également bien entendu obtenir cet élément à partir d'un élément tubulaire que l'on déformera. Bien que les différents modes de mise en oeuvre de l'invention précédemment décrits fassent appel à des feuilles métalliques, on pourra également, pour certains types d'application, utiliser des feuilles d'autres matériaux et notamment feuilles en matériau de synthèse. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de type spiralé, constitué d'une série de spires espacées les unes des autres par des éléments écarteurs (3), caractérisé ce que les spires sont formées d'un élément tubulaire aplati qui est enroulé et qui est constitué d'au moins feuille d'un matériau (1) dont les bords (1a,lb) sont réunis de façon étanche par des moyens de liaison (4) qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal (yy') de la feuille (1). 2.- Echangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément tubulaire est formé à partir d'une feuille (1) qui est pliée suivant son axe longitudinal (yy') de telle façon que bords (la,1b) soient réunis par des moyens (4) de maintien et d'étanchéité. 3.- Echangeur suivant revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de maintien et d'étanchéité sont disposés suivant l'axe longitudinal central (yy') de la feuille. 4.- Echangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément tubulaire est formé à partir de deux feuilles (10) superposées qui sont réunies par leurs bords latéraux (la,1b) par des moyens de maintien et d'étanchéité (4). 5.- Echangeur suivant l' des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que moyens de maintien et d'étanchéité sont constitués d'un cordon de soudure (4). 6.- Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'élément tubulaire aplati comporte sur faces externes des nervures (3) inclinées par rapport à son axe transversal (xx'). .- Echangeur suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les nervures (3) sont formées sur la feuille (1) constituant l'élément tubulaire par un procédé déformation de celle-ci et notamment un procède d'emboutissage. 8.- Echangeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords (la,lb) de feuille (1) formant l'élément tubulaire aplati sont réunis à la paroi opposée de l'élément tubulaire, sur une partie (L1) de la longueur (L) de celui-ci. 9.- Echangeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille (1) est feuille métallique. 10.- Procédé de fabrication d'un échangeur de type spiralé constitué par enroulement d'au moins une feuille (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à . - constituer un élément tubulaire aplati à partir d'au moins une feuille (1), dont les bords (la, lb) sont réunis de façon étanche par des moyens de liaison (4) qui s'étendent parallèlement à l' longitudinal (yy') de la feuille (1), - enrouler sur lui-même cet élément tubulaire afin former une série de spires écartées les unes des autres par des éléments écarteurs (3). .- Procédé suivant la revendication 10 caractérisé en ce l'on forme l'élément tubulaire à partir d'une feuille (1) que l'on plie suivant son axe longitudinal (yy') de telle façon que bords (1a,lb) soient réunis par des moyens de maintien d'étanchéité (4). 12.- Procédé suivant revendication 10 caractérisé en ce que l'on réalise l'élément tubulaire à partir de deux feuilles (10) que l'on superpose et que l'on réunit par leurs bords latéraux 1b) à l'aide des moyens de maintien et d'étanchéité 13.- Procédé suivant l' des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que l'on cree les éléments écarteurs (3) par une technique de déformation, telle que notamment l'emboutissage, sur la feuille (1) avant le pliage de celle-ci.