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" PERFECTIONNEMENTS AUX ELEMENTS RECHANGE THERMIQUE
ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION "
La présente invention est relative notamment à un nouvel élément d'échange thermique et à son procédé de fabrication bien que cet élément puisse être utilisé pour d'autres usages.
Antérieurement pour associer au moins une ailette @
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avec l'élément d'échange thermique qui peut être creux et avoir une surface courbe, une bande plate de métal était cintrée sur champ sur cette surface et fixée à celle-ci de toute manière convenable. Certains ont, dans cette technique, conformé ou enroulé au préalable la bande plate suivant la forme désirée avant de l'appliquer sur la surface de l'élé- ment d'échange thermique. Ces opérations sont difficiles, délicates, nécessitent un certain temps et sont d'un prix élevé. De plus, elles produisent une usure rapide de l'appa- reil qui les forment nécessitant de ce fait son remplacement fréquent et coûteux.
Les efforts pour conformer ces ailettes lorsque la bande est cintrée sur champ ou amenée directement à la forme désirée sur l'élément d'échange thermique n6ces- sitent que la paroi de cet élément soit plus épaisse et plus coûteuse que cela ne serait nécessaire autrement de manière à résister à la pression de conformation sans que cette paroi se déforme. De plus, la température de travail pour cette formation sur champ de la bande plate de métal en vue de constituer l'ailette de l'élément d'échange thermique a été dans beaucoup de cas si élevée qu'elle détruit les carac- téristiques normales que posséderait la bande travaillée ou laminée à froid diminuant ainsi sa rigidité, sa résistance à la déformation ainsi que sa capacité d'échange thermique.
Une autre difficulté inhérente à la conformation sur champ d'une bande plate de uétal suivant une surface arquée ou un tube au cylindre réside et a toujours résidé en ce que, même avec des métaux ductilles, la largeur de lu bande conformée ne peut pas excéder la moitié environ du diamètre du cercle autour duquel tout ou partie de cette bande peut être cintrée sur champ. Des bandes plus larges ont été cin- trées ainsi sur champ en une ou plusieurs opérations amenant la bande par cintrage sur champ au diamètre désiré ou à un diamètre voisin de celui-ci. Chacun de ces cintrages ou en- roulements préalables ne consiste qu'en phases progressives
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avec recuit ou autre traitement du métal de la bande cintrée Ceci demande un certain temps et la production est onéreuse.
De plus même ces opérations subsidiaires comportent des li- mites par rapport à la hauteur de l'ailette cintrée ainsi produite.
Les Demandeurs et de nombreux autres ont, durant de nombreuses années jusqu'ici, été les témoins plus ou moins grandement intéressés par les tours et autres machines-outils de découpage de copeaux dont l'épaisseur peut varier avec les besoins pour chaque cas particulier et dont la longueur est fréquemment importante. Jusqu'ici, dans la pratique, la longueur de ces copeaux constituait une gêne pour le tourneur et autres ouvriers du fait de leurs tournoiements sur le plancher uu ailleurs. Ces tournoiements ont; occasionna des accidents de personnes et du matériel et sont susceptibles d'en produire d'autres. Pour diminuer ces risques, ces co- peaux ont été découpés en petits morceaux de faible longueur par l'ouvrier lorsqu'ils se produisent et introduits dans un récipient à copeaux.
Lorsque l'outil travaille sur une surface cylindrique, les copeaux forment une mince bobine plate, hélicoïdale et cylindrique. Lorsqu'un outil de côté coupe une épaisseur requise commençant à l'une des extrémités d'une barre cylindrique creuse, le copeau est hélicoïdal, mince et de dimensions superficielles latérales identiques à celles de l'extrémité de la barre à partir de laquelle ce copeau est découpé. Dans l'un et l'autre cas, ces copeaux, lorsqu'ils sont en acier, ont pu être obtenus d'une épaisseur de l'ordre de 0 m/m 00355. ,d'une largeur appréciable et peu- vent avoir une centaine de mètres de long sans se briser.
D'autres copeaux ont été obtenus avec une largeur de 100 m/m environ, une épaisseur de 0 m/m,0254 environ et une longueur d'une centaine de mètres. sans se briser. Ces copeaux ont été
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jusqu'ici jetés au rebut et sont sans aucune utilité sauf pour une refusion.
L'un des principes réels suivant la présente inven- tion réside en ce que l'on évite tous les inconvénients et les limitations indiqués ci-dessus dans la conformation sur champ d'une bande plate suivant la courbe désirée et suivant ou non une hélice, en découpant un copeau de métal d'épais- seur, courbure et largeur désirées et en se servant de ce copeau comme ailette d'un échangeur thermique. Dans ce cas, le centre du copeau est pourvu d'une perforation correspon- dant à la surface extérieure de l'échangeur thermique. Cette perforation peut être formée au centre de l'extrémité de la barre de métal dans laquelle ce copeau est découpé en hélice par un mince outil de côté qui peut être de construction usuelle. Ce copeau hélicoïdal ou une partie d'une extrémité de celui-ci est engage sur l'échangeur thermique.
Ce copeau étant de largeur et d'épaisseur uniformes avec une largeur et une consistance de métal uniformes sur toute sa longueur, prendra lorsqu'il sera tendu, des espaces en principe uniformes entre les spires, cet espacement étant fonction de l'effort de traction et oontrôlé par lui. Lorsque le copeau hélicoïdal a l'espacement désiré entre les spires, le copeau peut être fixé aux extrémités opposées du tube ou échangeur thermique ou près de celles-ci, cette fixation étant constituée par une goutte de soudure ou autrement suivant ce qui peut être convenable ou désirable, ensuite, le copeau ainsi fixé est séparé de la partie restante non Par ce procédé d'uti- lisation, un copeau, découpé en hélice à partir de l'extré- mité d'une barre du métal désiré et ayant des dimensions d'ex-
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I'cFI11A., tIF.I'ltllt't3 ot,
t.Xf.Ûi'it3lll'H, désirées, 0hunge la fabri- cation d'éléments ou tubes d'échange thermique pourvus d'ai- lettes en ce que jusqu'ici l'élément ou le tube devait être placé sur un tour ou autre machine-outil et entraîné en rotation à une certaine vitesse pendant que la bande de métal
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était ointrée sur champ autour de ce tube ou appliquée de toute autre façon sur celui-ci, tandis que, suivant la présente invention, l'application d'une ailette à l'élément ou tube se simplifie d'elle-même en une simple opération de pose ne nécessitant aucun outil snuf ceux qui peuvent être nécessaires pour souder ou fixer, de toute autre ma- nière et à tous intervalles désirés, l'ailette sur l'élément ou tube.
De ceci, il résulte que le procédé suivant l'inven- tion peut être exécuté à la main même à une échelle commer- ciale.
Cependant en pratique, les dimension et forme de
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i;i pt'l'J'orul.l(Jll oonLralu df-um lu (Jupeüu duvrmit t.111 priuuipu correspondre au contour de l'élément ou tube d'échange ther- nique. Lorsque les dimensionset forme de la perforation cen- trale dans le copeau hélicoïdal sont plus grandes que le contour de l'élément ou tube d'échange thermique, le copeau dans ce cas est laminé ou soumis de toute autre façon à une pression dirigée vers l'intérieur et appliquée progressive-
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'nf1Y!; 8111' 1e bord fi)Çi,ornn rln oorn,,11 TH1I} ' rl'"cl111'O un n<Jm1:nfil. physique étroit entre le bord ou arête interne de chaque spire du copeau enroulé en hélice et la surface externe de l'élément ou tube d'échange thermique pour produire un con- tact efficace d'échange thermique.
La présente invention s'étend également à un cer- tain nombre de points particuliers qui apparaîtront dans le texte suivant fait en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple seulement, dans lequel :
La figure 1 est une élévation en bout d'une barre de métal qui est cylindrique dans l'exemple représenté et qui est montrée avec un outil pour couper l'épaisseur re- quise du cupeau.
La figure 2 est une vue en plan par dessus des autres parties représentées dans la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan par dessus d'un
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élément ou tube échangeur thermique pourvu d'une ailette hélicoïdale découpée dans la barre indiquée dans les fi- gures 1 et 2 .
La figure 4 est une élévation en bout de l'élément ou tube d'échange thermique pourvu de l'ailette ou nervure cylindrique enroulée en hélice et d'un galet pour assurer
Par le contact étroit de l'ailette/son bord interne avec la sur- face externe de l'élément ou tube d'échange thermique ainsi que pour fixer ensemble ces organes comme il sera expliqué plus loin.
La figure 5 est une élévation en coupe par la ligne 5-5-5-5 de la figure 4 .
La figure 6 est une vue en coupe verticale cen- trale d'une partie du galet représenté aux figures 4-et 5.
La figure 7 est une vue en plan par dessus mon- trant la périphérie du galet représenté à la figure 6.
La figure 8 est une vue analogue à la figure 2 montrant une ailette hélicoïdale constituée par un copeau découpé spécialement pour avoir un épaulement intérieur.
La figure 9 est une vue de l'outil pour découper le copeau indiqué en figure 8 .
Dans les dessins, les mêmes nombres de référence désignent les mêmes organes. 10 indique une barre de métal dont on désire constituer l'ailette 11 d'échange thermique.
La dite barre 10 comporte une perforation centrale 12 qui peut être de dimensionset de forme telles que la perfora- tion centrale dans l'ailette découpée 11 d'échange ther- mique corresponde à la surface extérieure du tube ou autre organe 13 qui peut être creux. La circonférence extérieure de la barre de métal 10 peut avoir la forme extérieure désirée pour l'ailette 11 d'échange thermique.
La barre de métal 10 peut être montée sur un tour ou autre machine-outil, non représenté, comportant un outil 14 de largeur relativement faible (figures 1 et 2) et
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dont l'extrémité s'étend dans la perforation centrale 12 de façon à assurer le découpage complet de l'ailette 11 à partir de la barre 10 , Lorsque la barre 10 est entraînée en rotation sur le tour ou machine-outil analogue, l'outil 14 est déplacé longitudinalement dans la barre 10 à une
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avança tnlle qu'nn noti 8nn8 1 10pr.; [18E"11T' T'eq11i 1'1'" de 011801111'" des parties hélicoïdales des ailettes 11 .
La barre 10 peut être soit forgée, soit travaillée à froid, soit coulée et du type adapté et désiré pour être utilisé pour constituer l'ailette 11 d'échange thermique de l'élément. 13 . Ce métal peut être ferreux ou non mais les Demandeurs préfèrent utiliser un métal non ferreux par suite de sa plus grande ductilité et de sa résistance à la corro- sion. Des résultats très satisfaisants ont été obtenus par les Demandeurs avec des métaux non ferreux et notamment avec le cuivre et l'aluminium ainsi qu'avec des alliages à base de ces métaux. Ces résultats ont été obtenus avec des ailettes 11 très minces qui peuvent s'étendre radialement sur toute hauteur désirée à partir de l'élément 13 suivant la dimen- sion extérieure de la barre 10 dans laquelle ellesont découpées.
Des résultats satisfaisants ont également été obtenus lorsque la barre 10 était en métal ferreux quoique l'épaisseur de l'ailette 11 dût être plus grande pour résister à une corrosion prolongée.
Les Demandeurs ont, en outre, remarqué que l'outil 14 , en découpant l'ailette 11 à partir de la barre 10, travaille à froid les surfaces latérales situées en regard de l'ailette 11 . Ce travail ou usinage à froid éorouit le grain du métal de l'ailette et augmente sa densité superfi- cielle.
Cet écrouissage et cette densité superficielle accrue augmentent la rigidité de l'ailette, permettent l'obtention d'une ailette plus mince de grande résistance à la déforma- tion, augmentent en principe la hauteur dont l'ailette 11 peut faire saillie sur la surface de l'organe d'échange ther- @
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mique 13 , augmentent le nombre de ces ailettes par unité ou élément de l'échangeur thermique 13, augmentent la con- ductibilité calorifique de l'échangeur thermique 13 pourvu de ces ailettes 11 et réduisent le pnids, le prix ot la dimension de l'ensemble d'échangeurs thermiques nécessaires comprenant le nombre désiré des éléments 13 pourvus des ailettes 11.
Apres qu'une longueur désirée d'ailette hélicoïdale 11 a été découpée dans la barre 10, cette ailette 11 peut être séparée de cette barre et une certaine longueur de cette ailette peut être appliquée sur l'élément 13 . Pour ce faire, une extrémité de l'ailette 11 est convenablement fixée par son bord interne sur l'élément 13 . Cette fixation est dési- gnée en 15 à la fleure 4 et peut être réalisée par soudure ou autre moyen convenable de fixation. Cette fixation est assurée initialement sur le bord interne de l'une des extré- mités de l'ailette à l'endroit désiré de l'élément 13. La partie adjacente de l'hélice 11 peut alors être légèrement allongée ou étirée à la main de façon à obtenir la distance requise entre chacune des spires de l'ailette hélicoïdale 11.
Si l'ailette 11 est d'épaisseur uniforme et en un métal homogène sur toute sa longueur, l'espacement entre les diffé- rentes spires de l'ailette hélicoïdale 11 sera uniforme. cette ailette 11 peuL alors être fixée, d'une manière ana- logue, sur l'élément 13 au moins au point le plus espacé du point de fixation initial et le reste de l'ailette 11 sera coupé. Le procédé de fabrication selon l'invention d'un élé- ment 13 d'échange thermique avec l'ailette 11 peut ainsi être mis en oeuvre à la main comme une opération de pose et sans nécessiter de machine onéreuse et une main d'oeuvre spé- cialisée pour la conduite de cette machine. Cette fabrication à la main peut également être réalisée sur une échelle commer- ciale avantageuse.
Dans cette mise en oeuvre à la main du pro- cédé selon l'invention, le bord interne de chaîne des parties
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de 1.'ailette 11 sera en contact thermique étroit avec la surface extérieure de l'élément 13 lorsque la porforation centrale 12 de la barre 10 sera de forme et dimension ap- propriées. Lorsque cette perforation 12 n'est pas de forme et dimension appropriées, chaque partie de l'ailette 11 peut alors être passée dans la fente ou gorge 16 d'un galet 17 comportant une portée centrale 18 adaptée pour recevoir une broche ou axe convenable non représenté. La paroi 19 'située au fond de la gorge 16 est adaptée pour venir en contact avec le bord périphérique de l'ailette 11 tandis que les côtés de la gorge viennent en contact avec les surfaces laté- rales de l'ailette 11 .
Le galet 17 peut être monté pour se déplacer suivant le trajet désiré sur ou le long de l'élé- ment 13 . Ce trajet ou déplacement peut être en ligne droite ou en hélice comme désiré. Lorsque ce déplacement en ligne droite produit la formation de l'ailette 11 suivant un an- neau autour de l'élément 13 , l'ailette peut être découpée et ses bords extrêmes en principe adjacents peuvent être lais- sés libres ou être reliés ensemble.
Le déplacement du galet 17 le long du bord externe de l'ailette 11 presse celle-ci vers l'intérieur et applique le métal de l'ailette 11 en contact thermique étroit avec lasurface extérieure de l'élément 13. Je contact est suffi- sant dans beaucoup de cas pour assurer la fixation requise de 1'ailette 11 sur l'élément 13 . Dans le cas où ce contact est insuffisant pour assurer la fixation, on peut utiliser la soudure ou autre moyen de fixation. L'un de ces autres moyens qui est appliqué simultanément avec avantage lors du fonction- nement du galet 17 consiste à prévoir une pluralité de très petites saillies pyramidales 20 sur le bord périphérique du galet 17 des deux côtés de la gorge 16 .
Ces saillies 20 produisent de petites cavités ou oraux dans la surface exté- rieure de l'élément 13 près des côtés opposés du bord interne de l'ailette 11. Ces légers creux soulèvent de petites @
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saillies 21 dont chacune est constituée par le métal de l'élément 13 . Au moins une surface de chacune de ces pe- tites saillies 21 vient en contact étroit avec les côtés opposés du bord interne de l'ailette 11. Ces saillies 21 étant étagées les unes par rapport aux autres sur les côtés opposés de l'ailette 11 tendent à forcer vers l'intérieur la partie de l'ailette 11 s'étendant entre chaque paire de saillies 21 .
Cet effort peut être tel qu'il imprime une légère déformation à cette partie de l'ailette située entre chaque paire de saillies 21 lorsque l'ailette Il est mince. Ce forcement du métal de l'ailette 11 entre chaque paire de saillies 21 fournit une fixation simple, peu coû- teuse et très efficace de l'ailette 11 sur toute son éten- due le long de l'élément 13 .
Pour un échangeur thermique ou pour d'autres usages lorsqu'on désire employer des ailettes minces 11a analogues aux ailettes 11 mais ayant un contact, avec la surface de l'élément 13, de plus grande largeur que l'épaisseur normale de l'ailette 11a, l'ailette 11a est découpée avec un bord intérieur arrondi 11b dont la surface interne est en contact avec la surface externe de l'élément 13 sur une surface plus large que l'épaisseur normale de l'ailette 11a. Cette ailette 11a, avec sa partie intérieure arrondie 11b,est découpée au moyen d'un outil très mince 14a dont la partie courbée 14b s'étend à l'intérieur de la perforation 12 de la barre 10 de façon à produire le découpage complet de chaque partie de l'ailette 11a à partir de la barre 10 dans laquelle elle est prise.
Cette partie arrondie llb tend non seulement à être en contact avec la surface de l'élément 13 suivant une plus grande étendue de friction mais tend également à venir en contact avec la surface de l'élément 13 avec une pression élastique due à la partie arrondie llb.
Le bord interne 11b de l'ailette 11a, dans les usages où cette liaison à force et à friction peut être insuffisante
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pour la fixation avec l'élément 13, peut être fixée sur celui-ci par l'un quelconque des moyens additionnels indi- qués ci-dessus concernant l'ailette 11.
Au moins les techniciens comprendront que la pré- sente invention fournit un échangeur thermique simple, du- rable, peu coûteux et très efficace qui peut avantageusement être utilisé pour d'autres usages.
Bien que l'on ait représenté l'ailette comme étant découpée dans une barre ronde de métal, la présente inven- tion ne se limite pas à cette forme de barre car cette der- nière peut être de toute autre forme désirée, carrée, hexa- gonale, Octogonale, oblongue , elliptique ou autre avec une perforation centrale, celle-ci étant nécessaire seulement perforation centrale, celle-ci étant nécessaire seulement lorsque l'ailette doit entourer un élément. De même, l'écrouis- sage du grain, le travail à froid et les autres propriétés données à l'ailette par la présente invention peuvent être possédées même par une ailette droite dont les surfaces la- térales ont été découpées à partir d'un bloc de métal ayant les dimensions requises.
REVENDICATIONS
1 - Frocédé de fabrication d'une ailette pour un élément tel qu'un élément d'échange thermique, caractérisé par le découpage de l'ailette ayant l'épaisseur requise à partir d'une pièce de métal ayant les dimensions requises.