FR2807508A1 - IMPROVEMENT IN CALENDERED MULTITUBULAR HEAT EXCHANGERS AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH EXCHANGERS - Google Patents

Abstract

The heat exchanger (1) for an internal combustion engine has a casing (2) defining an axial cylindrical cavity (3). A matrix has multiple tubes extending in the chamber along the axis. The casing is formed of a section of a profile and does not have fixings for the end caps and-or matrix. The caps are fixed to the matrix and have radial sealing. The sealing faces of the casing are not machined. An Independent claim is also included for a manufacturing process for the heat exchanger.

Description

Amélioration aux échangeurs de chaleur multitubulaires à calandre etImprovements to shell and tube multitubular heat exchangers

procédé de fabrication de ces échangeurs La présente invention est relative à des améliorations apportées aux échangeurs de chaleur multitubulaires à calandre et à des procédés de fabrication de  The present invention relates to improvements made to shell and tube multitubular heat exchangers and to methods of manufacturing

ces échangeurs.these exchangers.

L'invention s'applique particulièrement aux échangeurs de chaleur entre un premier fluide circulant dans une pluralité de tubes formant un faisceau multitubulaire, et un deuxième fluide circulant autour des tubes, dans une cavité cylindrique délimitée par un corps creux (ou calandre) dans lequel s'étend le faisceau de tubes; applications type: échangeurs pour moteurs thermiques, réducteurs, inverseurs, compresseurs, groupes hydrauliques...; dans ce type d'échangeur connu, le transfert d'énergie thermique entre la source chaude et la source froide s'effectue notamment par conduction au travers de la paroi des tubes; afin d'obtenir un flux de transfert d'énergie (et/ou un coefficient d'échange thermique) suffisant, les tubes sont réalisés en un matériau ayant une conductivité thermique élevée, tel qu'un alliage métallique à  The invention is particularly applicable to heat exchangers between a first fluid circulating in a plurality of tubes forming a multitubular bundle, and a second fluid circulating around the tubes, in a cylindrical cavity delimited by a hollow body (or calender) in which extends the bundle of tubes; typical applications: exchangers for heat engines, reducers, inverters, compressors, hydraulic units, etc .; in this type of known exchanger, the transfer of thermal energy between the hot source and the cold source takes place in particular by conduction through the wall of the tubes; in order to obtain a sufficient energy transfer flow (and / or a heat exchange coefficient), the tubes are made of a material having a high thermal conductivity, such as a metal alloy with

base de cuivre, d'aluminium, de nickel, de titane ou d'aciers inoxydables.  based on copper, aluminum, nickel, titanium or stainless steels.

L'invention s'applique en particulier à de tels échangeurs comportant deux plaques tubulaires en forme générale de disque, qui sont percées d'une pluralité d'orifices, et dans lesquels chacune des deux extrémités de chacun des tubes est engagée dans un des orifices d'une plaque tubulaire et est solidarisé de façon étanche  The invention applies in particular to such exchangers comprising two tubular plates in the general shape of a disc, which are pierced with a plurality of orifices, and in which each of the two ends of each of the tubes is engaged in one of the orifices of a tubular plate and is tightly secured

à cette plaque notamment par brasage, soudage ou dudgeonnage.  to this plate, in particular by brazing, welding or swaging.

Le faisceau tubulaire comporte généralement, outre les tubes et les plaques tubulaires d'extrémité, des chicanes pour le guidage de l'écoulement du deuxième fluide à l'intérieur du corps creux; ces chicanes sont généralement essentiellement constituées par des plaques minces s'étendant transversalement aux tubes et parallèlement aux plaques tubulaires d'extrémité, sont régulièrement espacées le long  The tubular bundle generally comprises, in addition to the tubes and the tubular end plates, baffles for guiding the flow of the second fluid inside the hollow body; these baffles are generally essentially constituted by thin plates extending transversely to the tubes and parallel to the tubular end plates, are regularly spaced along

des tubes et ferment une partie de la section transversale - généralement circulaire -  tubes and close part of the cross section - generally circular -

du corps creux, pour guider le deuxième fluide.  of the hollow body, to guide the second fluid.

De tels échangeurs comportent généralement en outre, à chacune de ses deux extrémités longitudinales, une calotte (boîte à eau) recouvrant respectivement une desdites plaques tubulaires, et permettant respectivement le raccordement de  Such exchangers generally also comprise, at each of its two longitudinal ends, a cap (water box) respectively covering one of said tubular plates, and allowing respectively the connection of

l'échangeur à deux conduits (externes à l'échangeur) de transport du premier fluide.  the exchanger with two conduits (external to the exchanger) for transporting the first fluid.

Le corps creux est doté d'un orifice d'entrée du deuxième fluide dans ladite cavité ainsi que d'un orifice de sortie de ce fluide; le corps creux est généralement constitué par une pièce de forme générale tubulaire pourvue à chacune de ses deux extrémités longitudinales d'une bride annulaire; chaque bride est percée de plusieurs orifices s'étendant selon l'axe longitudinal de l'échangeur et recevant des vis - ou organes similaires de fixation - permettant de solidariser au corps, de façon étanche,  The hollow body is provided with an inlet for the second fluid into said cavity as well as an outlet for this fluid; the hollow body generally consists of a part of generally tubular shape provided at each of its two longitudinal ends with an annular flange; each flange is pierced with several orifices extending along the longitudinal axis of the exchanger and receiving screws - or similar fixing members - making it possible to secure to the body, in a sealed manner,

au moins une des plaques tubulaires ainsi que les deux calottes.  at least one of the tubular plates as well as the two caps.

Alors que pour les échangeurs de grandes dimensions, en particulier de plus grand diamètre supérieur ou égal à 0,5 mètre, il est habituel de construire le corps par roulage d'une virole et soudure des brides, le corps des petits échangeurs (en particulier de plus grand diamètre inférieur à 0,25 mètre) sont généralement fabriqués par moulage (sans pression) d'un alliage métallique, le corps et les brides étant moulés en une seule pièce; cette technique présente des inconvénients: la face interne du corps doit être usinée sur toute sa longueur pour présenter une rugosité et une qualité géométrique compatibles avec l'usage qui en est fait; les faces extérieures des brides doivent également être dressées; ces pièces moulées présentent fréquemment des défauts dans leur masse d'o résulte une porosité incompatible avec la fonction de paroi étanche qu'elles doivent remplir; au surplus, ces défauts ne peuvent être valablement contrôlés qu'après usinage mécanique (alésage, tournage...); on est ainsi amené à mettre au rebut des pièces coûteuses; la technique de moulage sans pression (dans des moules en sable) empêche en outre  Whereas for large exchangers, in particular with a larger diameter greater than or equal to 0.5 meters, it is usual to build the body by rolling a ferrule and welding the flanges, the body of small exchangers (in particular larger diameter less than 0.25 meter) are generally manufactured by molding (without pressure) of a metal alloy, the body and the flanges being molded in one piece; this technique has drawbacks: the internal face of the body must be machined over its entire length to have a roughness and a geometric quality compatible with the use made of it; the outside faces of the flanges must also be erected; these molded parts frequently exhibit defects in their mass, resulting in a porosity incompatible with the function of the sealed wall which they must fulfill; moreover, these faults can only be validly checked after mechanical machining (reaming, turning ...); it is thus necessary to discard expensive parts; the pressureless molding technique (in sand molds) also prevents

de réaliser des parois minces.to make thin walls.

Un objectif de l'invention est de proposer de tels échangeurs qui soient améliorés, ainsi qu'un procédé de fabrication de ces échangeurs qui permettent d'en  An object of the invention is to propose such exchangers which are improved, as well as a method of manufacturing these exchangers which make it possible to

réduire le coût.reduce the cost.

Selon un premier aspect, I'invention consiste en un procédé de fabrication de tels échangeurs, dans lequel on réalise une ébauche du corps creux par extrusion d'un matériau pour former un profilé creux, puis dans lequel on découpe un tronçon dudit profilé; ce procédé permet d'obtenir une ébauche délimitant une cavité cylindrique de section généralement circulaire dont la géométrie et l'état de surface sont suffisamment bons pour éviter la nécessité d'un usinage ultérieur de la face interne de la paroi du corps; en utilisant un matériau homogène et grâce à la mise sous pression du matériau permettant son passage au travers de la filière, on obtient une ébauche  According to a first aspect, the invention consists of a method of manufacturing such exchangers, in which a blank of the hollow body is produced by extruding a material to form a hollow section, then in which a section of said section is cut; this method makes it possible to obtain a blank delimiting a cylindrical cavity of generally circular section whose geometry and surface condition are sufficiently good to avoid the need for subsequent machining of the internal face of the wall of the body; using a homogeneous material and thanks to the pressurization of the material allowing its passage through the die, a blank is obtained

exempte de défaut (micro cavités), et donc non poreuse.  free of faults (micro cavities), and therefore non-porous.

Notamment lorsqu'on utilise comme matériau un alliage à base d'aluminium, il est préférable de procéder à un traitement thermique (trempage) du profilé afin d'en améliorer la résistance mécanique; ceci permet de réaliser une ébauche de corps creux dont la paroi tubulaire est mince, tout en étant suffisamment résistante: pour une pression de service de l'ordre de 1 à 100 bar, des essais ont montré qu'une paroi dont l'épaisseur est telle que son rapport au rayon de la section transversale de la cavité cylindrique du corps soit situé dans une plage allant de 1 % à 20 %, est satisfaisante. Selon un autre aspect, I'invention consiste à proposer de tels échangeurs dont le corps creux est essentiellement constitué par un ou plusieurs tronçons de profilé, de  In particular when an aluminum-based alloy is used as the material, it is preferable to carry out a heat treatment (soaking) of the profile in order to improve its mechanical resistance; this makes it possible to produce a blank for hollow bodies whose tubular wall is thin, while being sufficiently resistant: for an operating pressure of the order of 1 to 100 bar, tests have shown that a wall whose thickness is such that its ratio to the radius of the cross section of the cylindrical cavity of the body is situated in a range from 1% to 20%, is satisfactory. According to another aspect, the invention consists in proposing such exchangers, the hollow body of which essentially consists of one or more sections of profile, of

sorte que le corps creux ne comporte pas de bride d'extrémité.  so that the hollow body has no end flange.

De préférence, le profil (ou contour) - dans une section transversale externe de la face externe du corps cylindrique creux n'est pas entièrement circulaire: ce profil externe peut comporter au moins un segment rectiligne qui est tangent à un premier cercle concentrique à un deuxième cercle correspondant au profil transversal de la face interne de la paroi et/ou du corps; à ce segment rectiligne du profil externe correspond une partie plane de la face externe du corps creux; cette face plane s'étend ainsi de préférence tangentiellement à un cylindre coaxial avec le corps creux, dans une partie de la paroi du corps qui comporte lesdits orifices d'entrée et de sortie dudit deuxième fluide; ceci facilite le raccordement mécanique au corps creux de deux conduits externes de transport de ce fluide; de préférence cette partie de la paroi du corps, qui s'étend sous (en regard de) cette face plane, est dotée d'une épaisseur supérieure à l'épaisseur moyenne de la paroi tubulaire du corps; il en résulte une large nervure (ou bossage longitudinal) qui facilite la réalisation desdits orifices sous forme de trous taraudés aptes à recevoir un raccord vissé pour la connexion des  Preferably, the profile (or contour) - in an external cross section of the external face of the hollow cylindrical body is not entirely circular: this external profile can comprise at least one rectilinear segment which is tangent to a first circle concentric to a second circle corresponding to the transverse profile of the internal face of the wall and / or of the body; this straight segment of the external profile corresponds to a flat part of the external face of the hollow body; this planar face thus preferably extends tangentially to a cylinder coaxial with the hollow body, in a part of the wall of the body which comprises said inlet and outlet orifices for said second fluid; this facilitates the mechanical connection to the hollow body of two external conduits for transporting this fluid; preferably this part of the wall of the body, which extends under (opposite) this flat face, is provided with a thickness greater than the average thickness of the tubular wall of the body; this results in a large rib (or longitudinal boss) which facilitates the production of said orifices in the form of tapped holes capable of receiving a screw connection for the connection of

conduits de transport du deuxième fluide.  conduits for transporting the second fluid.

En outre, le profil externe transversal du corps peut de préférence comporter d'autres segments rectilignes, auxquels correspondent des nervures saillantes (ou bien des rainures en creux) formées sur la surface externe du corps creux et s'étendant longitudinalement; en particulier ces nervures ou rainures peuvent épouser un profil en 1, en V ou en U et peuvent servir à la fixation du corps (et de l'échangeur) sur un support, et/ou à la fixation de raccord de connexion des conduits de transport  In addition, the transverse external profile of the body may preferably include other rectilinear segments, to which projecting ribs (or recessed grooves) formed on the external surface of the hollow body and extending longitudinally; in particular these ribs or grooves can marry a profile in 1, in V or in U and can be used for the fixing of the body (and of the exchanger) on a support, and / or for the fixing of connection connector of the conduits of transport

du deuxième fluide (figure 9).of the second fluid (Figure 9).

Selon un autre aspect, I'invention consiste à proposer de tels échangeurs qui ne comportent pas de moyen de liaison rigide entre le corps creux et le faisceau tubulaire, la liaison mécanique entre ces éléments résultant essentiellement des forces de contact (d'appui) s'exerçant entre ces deux pièces par l'intermédiaire de deux premiers organes d'étanchéité tels que deux joints toriques, qui sont aplatis (comprimés) entre deux faces cylindriques d'appui (ou portées) prévues respectivement sur chacune de ces deux pièces; en l'absence de ces organes d'étanchéité, le faisceau peut librement coulisser dans la cavité du corps; en présence de ces organes d'étanchéité le faisceau peut coulisser dans la cavité sous l'action d'un effort suffisant, en particulier sous l'action de l'allongement des tubes du faisceau, du fait de leur dilatation thermique; chacun desdits organes d'étanchéité est généralement logé dans une gorge annulaire; de préférence ces gorges sont prévues sur la face externe des plaques tubulaires; ceci permet d'éviter la réalisation (plus coûteuse) de gorges sur la face interne de la paroi du corps creux; celui-ci ne nécessite alors que la réalisation d'un chanfrein à son (ses) extrémité(s) interne(s), ce qui permet d'introduire par coulissement un faisceau dont la plaque tubulaire est  According to another aspect, the invention consists in proposing such exchangers which do not comprise any rigid connection means between the hollow body and the tubular bundle, the mechanical connection between these elements resulting essentially from contact (support) forces. 'exerting between these two parts by means of two first sealing members such as two O-rings, which are flattened (compressed) between two cylindrical bearing surfaces (or carried) provided respectively on each of these two parts; in the absence of these sealing members, the beam can freely slide in the body cavity; in the presence of these sealing members, the bundle can slide in the cavity under the action of a sufficient force, in particular under the action of the elongation of the bundle tubes, due to their thermal expansion; each of said sealing members is generally housed in an annular groove; preferably these grooves are provided on the external face of the tubular plates; this avoids the production (more expensive) of grooves on the internal face of the wall of the hollow body; this then only requires the production of a chamfer at its internal end (s), which allows a beam to be introduced by sliding, the tube plate of which is

munie du joint d'étanchéité sans détériorer ce joint et en facilitant son écrasement.  provided with the seal without damaging this seal and facilitating its crushing.

L'invention repose ainsi en partie sur les constatations surprenantes suivantes: il est possible d'obtenir par extrusion un corps creux délimitant une cavité cylindrique dont la géométrie soit suffisamment précise et régulière et dont la rugosité soit suffisamment faible pour, à la fois: 25. permettre d'obtenir une étanchéité satisfaisante par appui d'un organe d'étanchéité sur la face interne de cette cavité sans qu'il soit nécessaire d'usiner celle-ci; limiter le jeu entre la face interne du corps et le faisceau; é viter le coincement du faisceau lors de son insertion dans le corps; 30. éviter d'endommager les organes d'étanchéité par frottement sur la  The invention is thus based in part on the following surprising observations: it is possible to obtain by extrusion a hollow body delimiting a cylindrical cavity whose geometry is sufficiently precise and regular and whose roughness is sufficiently low so as to: allow a satisfactory seal to be obtained by pressing a sealing member on the internal face of this cavity without it being necessary to machine the latter; limit the clearance between the internal face of the body and the beam; avoid the jamming of the beam during its insertion into the body; 30. Avoid damaging the sealing members by friction on the

face interne de la cavité, lors du montage du faisceau par coulissement dans la cavité.  internal face of the cavity, during assembly of the beam by sliding in the cavity.

Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer de tels échangeurs dans lesquels les calottes sont fixées sur les plaques tubulaires du faisceau, sans être fixées sur le corps creux; ce montage permet, en prévoyant un jeu entre le corps et les calottes, la libre dilatation différentielle des principales pièces et ensembles constituant l'échangeur (corps / calottes / faisceau); de préférence chaque calotte est respectivement fixée à l'une ou l'autre des plaques tubulaires du faisceau, grâce à un premier moyen de liaison rigide prévu en partie centrale de la face externe de la plaque, tel qu'un trou taraudé, et grâce à un moyen de guidage et d'appui qui est prévu en partie centrale de la calotte, tel qu'une douille (ou insert), qui est apte à recevoir un deuxième moyen de liaison rigide - tel qu'une vis - complémentaire dudit  According to another aspect, the invention consists in proposing such exchangers in which the caps are fixed on the tubular plates of the bundle, without being fixed on the hollow body; this arrangement allows, by providing a clearance between the body and the caps, the free differential expansion of the main parts and assemblies constituting the exchanger (body / caps / bundle); preferably each cap is respectively fixed to one or the other of the tubular plates of the bundle, thanks to a first rigid connection means provided in the central part of the external face of the plate, such as a tapped hole, and thanks to a guide and support means which is provided in the central part of the cap, such as a socket (or insert), which is capable of receiving a second rigid connection means - such as a screw - complementary to said

premier moyen de liaison rigide.first rigid connection means.

A cette fixation centrale de la calotte sur la plaque tubulaire du faisceau est de préférence associé un deuxième organe d'étanchéité annulaire qui est en appui (radial) sur deux faces cylindriques respectivement prévues sur la plaque d'une part et sur la calotte d'autre part, I'organe d'étanchéité étant légèrement écrasé (comprimé) entre ces deux faces disposées coaxiales et en regard l'une de l'autre; en disposant ces deux faces respectivement à chacune des extrémités de la plaque tubulaire d'une part et de la calotte d'autre part, on obtient un engagement de ces faces d'appui (portée) de joint avec le joint pour former un assemblage étanche, en exerçant un effort relativement faible pouvant résulter de l'engagement réciproque desdits moyens de liaison rigide prévus en partie centrale de la calotte et de la plaque, en particulier par vissage d'une seule vis; ces efforts sont bien moindres que ceux devant être exercés pour assurer une liaison étanche par un joint torique écrasé entre deux faces  With this central fixing of the cap on the tubular plate of the bundle is preferably associated a second annular sealing member which is in abutment (radial) on two cylindrical faces respectively provided on the plate on the one hand and on the cap of on the other hand, the sealing member being slightly crushed (compressed) between these two faces arranged coaxially and facing one another; by arranging these two faces respectively at each of the ends of the tube plate on the one hand and of the cap on the other hand, one obtains an engagement of these bearing faces (bearing) of the joint with the joint to form a tight assembly , by exerting a relatively small force which may result from the mutual engagement of said rigid connection means provided in the central part of the cap and of the plate, in particular by screwing a single screw; these efforts are much less than those to be exerted to ensure a tight connection by an O-ring crushed between two faces

d'appui planes parallèles, comme c'est le cas dans les liaisons par brides.  parallel planar support, as is the case with flange connections.

Selon un mode préféré de réalisation, chacune desdites deux plaques tubulaires d'extrémité comporte une gorge recevant ledit premier organe d'étanchéité avec le corps creux, et comporte un lamage débouchant sur sa face externe et portant ledit deuxième organe d'étanchéité avec la calotte associée, et la longueur du corps creux est supérieure à la distance séparant les deux gorges respectivement prévues sur chacune des plaques tubulaires et est inférieure à la distance séparant les deux lamages; de ce fait, les premiers organes d'étanchéité sont (après montage) disposés en retrait des extrémités du corps et les deuxièmes organes d'étanchéité sont disposés au-delà des extrémités du corps, c'est- à-dire à l'extérieur de celui-ci; il résulte qu'en cas de défaut de l'un de ces organes d'étanchéité produisant une fuite de l'un ou l'autre des deux fluides, le courant de fuite s'écoule à l'extérieur du corps et est donc repérable; en outre, aucun mélange de ces deux fluides ne peut résulter d'un tel défaut. Cette conception "radiale" des moyens d'étanchéité entre la plaque tubulaire et la calotte permet d'utiliser, pour la réalisation de la calotte, un matériau de résistance mécanique moyenne et de faible épaisseur, tel qu'une matière plastique le cas échéant renforcée par des fibres minérales: de préférence, les calottes sont moulées et intègrent (en une seule pièce) ladite douille (ou insert) permettant leur fixation  According to a preferred embodiment, each of said two end tubular plates comprises a groove receiving said first sealing member with the hollow body, and comprises a counterbore opening on its external face and carrying said second sealing member with the cap associated, and the length of the hollow body is greater than the distance separating the two grooves respectively provided on each of the tubular plates and is less than the distance separating the two counterbores; therefore, the first sealing members are (after mounting) set back from the ends of the body and the second sealing members are arranged beyond the ends of the body, that is to say outside of it; it follows that in the event of a defect in one of these sealing members producing a leak of one or the other of the two fluids, the leakage current flows outside the body and is therefore identifiable ; furthermore, no mixture of these two fluids can result from such a defect. This "radial" design of the sealing means between the tube plate and the cap makes it possible to use, for the production of the cap, a material of medium mechanical strength and of small thickness, such as a plastic material if necessary reinforced. by mineral fibers: preferably, the caps are molded and integrate (in one piece) said socket (or insert) allowing their fixing

centrale sur la plaque tubulaire.central on the tube plate.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront compris au travers  Other advantages and characteristics of the invention will be understood through

de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun  of the following description which refers to the accompanying drawings, which illustrate without any

caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention.  limiting character of the preferred embodiments of the invention.

La figure 1 illustre en vue d'extrémité un tronçon de profilé extrudé formant un  Figure 1 illustrates in end view a section of extruded profile forming a

corps d'échangeur selon l'invention.  exchanger body according to the invention.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle du corps de la figure 1.  FIG. 2 is a view in partial longitudinal section of the body of FIG. 1.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur selon l'invention, qui est équipée de deux calottes d'orientation axiale (longitudinale); sur cette figure,  Figure 3 is a longitudinal sectional view of an exchanger according to the invention, which is equipped with two caps of axial orientation (longitudinal); in this figure,

les tubes du faisceau ne sont pas représentés pour en faciliter la compréhension.  the bundle tubes are not shown to facilitate understanding.

La figure 4 est une vue d'extrémité du faisceau de tubes de la figure 5.  FIG. 4 is an end view of the tube bundle of FIG. 5.

La figure 5 illustre en vue en coupe longitudinale un faisceau multitubulaire d'un échangeur selon l'invention qui comporte un corps en deux parties séparées et qui permet de réaliser un échange de chaleur entre un premier fluide et deux deuxièmes fluides; à cet effet le faisceau est équipé d'une plaque tubulaire intermédiaire disposée entre les deux plaques tubulaires d'extrémité et comportant deux gorges  FIG. 5 illustrates in longitudinal section view a multitubular bundle of an exchanger according to the invention which comprises a body in two separate parts and which makes it possible to carry out a heat exchange between a first fluid and two second fluids; for this purpose the bundle is equipped with an intermediate tubular plate disposed between the two end tubular plates and comprising two grooves

destinées à recevoir deux joints pour l'étanchéité avec chacune des portions de corps.  intended to receive two seals for sealing with each of the body portions.

Les figures 6 et 7 illustrent respectivement en vue en coupe longitudinale et en vue d'extrémité, un mode de réalisation d'une calotte d'un échangeur selon l'invention; la figure 6 est une vue selon IV-IV de la figure 7 qui est elle-même une vue selon VII de la figure 6. Cet exemple montre la possibilité d'intégrer d'autres éléments tels que  Figures 6 and 7 illustrate respectively in longitudinal sectional view and in end view, an embodiment of a cap of an exchanger according to the invention; Figure 6 is a view along IV-IV of Figure 7 which is itself a view along VII of Figure 6. This example shows the possibility of integrating other elements such as

bouchon de vidange, anode de zinc...  drain plug, zinc anode ...

La figure 8 illustre schématiquement en vue en coupe longitudinale une calotte  Figure 8 schematically illustrates in longitudinal section view a cap

coudée d'un échangeur selon l'invention.  angled exchanger according to the invention.

La figure 9 illustre en vue en coupe transversale schématique un mode de réalisation du raccordement des orifices d'entrée et de sortie du corps à des conduits externes. La figure 10 illustre en vue d'extrémité la fixation d'un échangeur par deux pattes 80 coudées en forme de L et dont une extrémité forme un crochet venant en  FIG. 9 illustrates in schematic cross-sectional view an embodiment of the connection of the inlet and outlet orifices of the body to external conduits. Figure 10 illustrates in end view the attachment of a heat exchanger by two legs 80 bent L-shaped and one end of which forms a hook coming in

prise dans une rainure du corps.taken in a groove of the body.

Par référence aux figures 1 à 5 en particulier, I'échangeur 1 consiste essentiellement en un corps 2 délimitant une cavité 3 cylindrique d'axe longitudinal 4, un faisceau 5 de tubes 6 s'étendant dans la cavité 3, parallèlement à l'axe 4, et dont les extrémités sont fixées à deux plaques tubulaires 7, 8, et deux calottes 9 et 10 de raccordement. L'invention est particulièrement adaptée aux refroidisseurs d'huile, d'eau, de carburant, d'air équipant les moteurs de bateaux ou camions, les boîtes de vitesses, inverseurs, réducteurs, compresseurs, groupes hydrauliques..., et dans lesquels la source froide est de l'eau douce ou de l'eau de mer; I'eau pénètre selon la flèche 11 dans la calotte 10, circule dans les tubes 6 et est collectée à la sortie de ceux-ci dans  With reference to FIGS. 1 to 5 in particular, the exchanger 1 essentially consists of a body 2 delimiting a cylindrical cavity 3 with a longitudinal axis 4, a bundle 5 of tubes 6 extending in the cavity 3, parallel to the axis 4, and the ends of which are fixed to two tubular plates 7, 8, and two connecting caps 9 and 10. The invention is particularly suitable for oil, water, fuel, air coolers fitted to boat or truck engines, gearboxes, inverters, reducers, compressors, hydraulic groups, etc., and in which the cold source is fresh water or sea water; The water penetrates according to the arrow 11 into the cap 10, circulates in the tubes 6 and is collected at the outlet of these in

la calotte 9 pour son évacuation selon la flèche 12.  the cap 9 for its evacuation according to arrow 12.

Comme illustré figures 1 et 2, le corps 2 présente une face interne 13 cylindrique de section circulaire et d'axe 4; à chaque extrémité longitudinale du corps 2, un chanfrein 14, 15 prolonge la face cylindrique 13 pour faciliter l'introduction dans la cavité d'une plaque tubulaire équipée d'un joint torique périphérique tel que repéré  As illustrated in FIGS. 1 and 2, the body 2 has an internal cylindrical face 13 of circular section and axis 4; at each longitudinal end of the body 2, a chamfer 14, 15 extends the cylindrical face 13 to facilitate the introduction into the cavity of a tubular plate fitted with a peripheral O-ring as marked

16, 17 figure 3.16, 17 figure 3.

La paroi 20 du corps 2 est percée radialement de deux orifices 18, 19 permettant respectivement l'entrée (flèche 13) et la sortie (flèche 14) du fluide à refroidir. Comme illustré figure 1, le profil transversal de la face externe 21 de la paroi 20 est constitué d'une pluralité de segments rectilignes: des segments tels que ceux repérés 22 et 23 correspondent à une rainure longitudinale 24; le segment 25 s'étendant entre les rainures 24 correspond à une nervure dont le profil en queue d'aronde peut être utilisé pour coopérer avec un crochet (représenté figure 10) de forme complémentaire pour la fixation du corps de l'échangeur à un support; les segments 26 à 30 correspondent à une languette longitudinale 31 susceptible d'être  The wall 20 of the body 2 is pierced radially by two orifices 18, 19 allowing the inlet (arrow 13) and the outlet (arrow 14) respectively of the fluid to be cooled. As illustrated in FIG. 1, the transverse profile of the external face 21 of the wall 20 consists of a plurality of rectilinear segments: segments such as those marked 22 and 23 correspond to a longitudinal groove 24; the segment 25 extending between the grooves 24 corresponds to a rib whose dovetail profile can be used to cooperate with a hook (shown in Figure 10) of complementary shape for fixing the body of the exchanger to a support ; the segments 26 to 30 correspond to a longitudinal tongue 31 capable of being

percée selon l'axe 32 pour la fixation de l'échangeur.  drilled along axis 32 for fixing the exchanger.

Le corps de la figure 1 présente une nervure 33 dont l'épaisseur 34 peut être voisine de 10 mm alors que l'épaisseur moyenne 35 de la paroi 20 est de l'ordre de 2 à 3 mm lorsque le corps est en alliage d'aluminium; cette nervure comporte les trous  The body of Figure 1 has a rib 33 whose thickness 34 may be close to 10 mm while the average thickness 35 of the wall 20 is of the order of 2 to 3 mm when the body is of alloy aluminum; this rib has the holes

taraudés 18, 19 de fixation de raccord au circuit du fluide à refroidir.  threaded threads 18, 19 for fixing the connection to the circuit of the fluid to be cooled.

Dans la variante illustrée figure 9, le profil transversal de la face externe 21 est essentiellement circulaire, à l'exception d'une nervure 33 proéminente à profil en queue d'aronde pour la fixation d'un raccord 36 équipé d'un joint torique 37, pour la  In the variant illustrated in FIG. 9, the transverse profile of the external face 21 is essentially circular, with the exception of a prominent rib 33 with a dovetail profile for fixing a connector 36 fitted with an O-ring. 37, for the

connexion du corps à des conduits de transport de fluide.  connection of the body to fluid transport conduits.

Le faisceau tubulaire des figures 4 et 5 comporte des tubes 6 parallèles à l'axe 4 dont les extrémités sont fixées de façon étanche dans des orifices 38, 39 respectivement prévus dans les plaques 7, 8; ce faisceau comporte une plaque tubulaire intermédiaire 40 parallèle aux plaques 7, 8 et munie à sa périphérie de deux gorges annulaires 41, 42 recevant chacune un joint torique 43; les tubes 6 s'étendent au travers de cette plaque dont leur face externe est solidaire de façon étanche, de sorte que lorsque ce faisceau est logé dans un corps, la plaque 40 et les joints 43 séparent la cavité du corps en deux parties, de façon étanche; ceci permet de refroidir un premier deuxième fluide circulant selon les lignes de courant repérées 44 dans la partie gauche de l'échangeur (figure 5), et permet de refroidir un deuxième deuxième fluide circulant selon les lignes de courant 45 dans la partie droite de l'échangeur, sans  The tubular bundle of FIGS. 4 and 5 comprises tubes 6 parallel to the axis 4, the ends of which are fixed in leaktight manner in holes 38, 39 respectively provided in the plates 7, 8; this bundle comprises an intermediate tubular plate 40 parallel to the plates 7, 8 and provided at its periphery with two annular grooves 41, 42 each receiving an O-ring 43; the tubes 6 extend through this plate, their external face of which is tightly secured, so that when this bundle is housed in a body, the plate 40 and the seals 43 separate the body cavity into two parts, tightly; this allows to cool a first second fluid circulating along the current lines marked 44 in the left part of the exchanger (FIG. 5), and allows to cool a second second fluid circulating along the current lines 45 in the right part of l exchanger, without

que ces fluides se mélangent.that these fluids mix.

Comme partiellement représenté figure 5, le corps de l'échangeur peut être constitué par deux tronçons 2a, 2b alignés bout à bout sans être solidarisés l'un à l'autre. Comme illustré en particulier figure 3, I'ensemble constitué par le faisceau tubulaire et par les calottes 9, 10 n'est pas fixé rigidement au corps 2: la liaison mécanique entre cet ensemble et ce corps résulte de l'élasticité des joints toriques 16, 17 respectivement logés dans les rainures 46, 47 prévues à la périphérie des plaques 7, 8, et qui ont été comprimés lors de l'introduction du faisceau dans la cavité; cette liaison non rigide permet la rotation du corps 2, selon l'axe 4, autour du faisceau 5; il suffit à cet effet d'exercer un couple suffisant pour vaincre les forces de frottement des joints 16, 17 sur la face interne 13 de la paroi 20 du corps 2; de préférence cette liaison permet également la translation du corps 2 selon l'axe 4 autour du faisceau 5, lorsque l'on exerce un effort supérieur au frottement des joints 16, 17 sur la face 13, et grâce à un jeu axial 48 prévu entre l'extrémité (49 figure 3) du corps et l'extrémité 50 de la calotte correspondante; cette liaison permet en outre la libre dilatation du corps  As partially shown in Figure 5, the body of the exchanger can be constituted by two sections 2a, 2b aligned end to end without being secured to one another. As illustrated in particular in FIG. 3, the assembly constituted by the tube bundle and by the caps 9, 10 is not rigidly fixed to the body 2: the mechanical connection between this assembly and this body results from the elasticity of the O-rings 16 , 17 respectively housed in the grooves 46, 47 provided at the periphery of the plates 7, 8, and which have been compressed during the introduction of the bundle into the cavity; this non-rigid connection allows the rotation of the body 2, along the axis 4, around the beam 5; it suffices for this purpose to exert sufficient torque to overcome the frictional forces of the seals 16, 17 on the internal face 13 of the wall 20 of the body 2; preferably this connection also allows the translation of the body 2 along the axis 4 around the beam 5, when a force is exerted greater than the friction of the seals 16, 17 on the face 13, and thanks to an axial clearance 48 provided between the end (49 Figure 3) of the body and the end 50 of the corresponding cap; this connection also allows the body to expand freely

sans contrainte sur les calottes.without constraint on the caps.

En prévoyant un tel jeu axial de valeur suffisante, il n'est pas nécessaire d'usiner avec précision les extrémités du corps tubulaire, dont la perpendicularité avec l'axe 4 n'est pas critique; il suffit de tronçonner le profilé puis de réaliser les chanfreins  By providing such an axial clearance of sufficient value, it is not necessary to precisely machine the ends of the tubular body, the perpendicularity of which with axis 4 is not critical; just cut the profile and then make the chamfers

14, 15.14, 15.

Ainsi, chacune des plaques tubulaires 7, 8, 40 se présente sous la forme d'un  Thus, each of the tubular plates 7, 8, 40 is in the form of a

disque épais dont la tranche reçoit les joints d'étanchéité.  thick disc whose edge receives the seals.

On voit sur la figure 3 que le faisceau s'étend au-delà de chaque extrémité longitudinale du corps, la longueur 51 du faisceau étant supérieure à celle (52) du corps: à chaque extrémité du faisceau, une partie de chaque plaque 7, 8 fait saillie à l'extérieur du corps; cette partie externe de la plaque 7, 8 comporte un lamage périphérique annulaire 53, 54 débouchant sur la face externe 55, 56 respective des plaques 7, 8; chaque lamage reçoit un joint torique 57, 58 assurant l'étanchéité (par appui radial) entre la périphérie de la plaque et l'embout cylindrique 59, 60 d'extrémité des calottes 9, 10; chacun de ces embouts est muni d'un chanfrein 61 (figure 6) pour éviter de détériorer le joint lors de l'emboîtage serré de l'embout autour de la plaque  It can be seen in FIG. 3 that the beam extends beyond each longitudinal end of the body, the length 51 of the beam being greater than that (52) of the body: at each end of the beam, a part of each plate 7, 8 protrudes outside the body; this external part of the plate 7, 8 comprises an annular peripheral counterbore 53, 54 opening onto the respective external face 55, 56 of the plates 7, 8; each counterbore receives an O-ring 57, 58 ensuring the seal (by radial support) between the periphery of the plate and the cylindrical end piece 59, 60 at the end of the caps 9, 10; each of these end pieces is provided with a chamfer 61 (FIG. 6) to avoid damaging the seal during the tight fitting of the end piece around the plate

tubulaire équipée du joint.tubular fitted with seal.

Chaque calotte comporte une paroi évasée 62 prolongeant l'embout 59, 60 et prolongée par un deuxième embout cylindrique 63 de raccordement à un conduit non représenté. Dans la variante illustrée figure 8, la calotte 9 comporte en partie centrale une paroi 162 évasée et coudée qui relie l'embout 163 de raccordement (à un conduit incliné par rapport à l'axe 4) à l'embout 59 de liaison avec la plaque tubulaire  Each cap has a flared wall 62 extending the end piece 59, 60 and extended by a second cylindrical end piece 63 for connection to a conduit not shown. In the variant illustrated in FIG. 8, the cap 9 has in the central part a wall 162 which is flared and bent which connects the end piece 163 for connection (to a pipe inclined relative to the axis 4) to the end piece 59 for connection with the tube plate

l'étanchéité peut être assurée par un joint prévu sous la tête de la vis.  sealing can be ensured by a seal provided under the head of the screw.

La fixation mécanique de chaque calotte sur la plaque tubulaire respective est obtenue par une vis s'étendant selon l'axe 4 au travers d'une douille cylindrique 65 d'axe 4 intégrée à la calotte et sur laquelle appuie la tête 64 de la vis; la vis est vissée dans un trou taraudé 66 prévu au centre de chaque plaque 7, 8, et débouchant sur la face externe de celle-ci seulement. Lorsque la calotte est en matière plastique (figure 3) moulée, il est préférable de prévoir un insert métallique 67 dans la douille 65 pour supporter l'effort de serrage de la vis; un tel insert n'est pas utile lorsque la calotte est moulée en alliage métallique  The mechanical fixing of each cap on the respective tubular plate is obtained by a screw extending along the axis 4 through a cylindrical sleeve 65 of axis 4 integrated into the cap and on which the head 64 of the screw bears. ; the screw is screwed into a threaded hole 66 provided in the center of each plate 7, 8, and opening onto the external face of the latter only. When the cap is made of plastic (Figure 3) molded, it is preferable to provide a metal insert 67 in the socket 65 to support the tightening force of the screw; such an insert is not useful when the cap is molded from a metal alloy

(figures 6 à 8).(Figures 6 to 8).

La figure 7 illustre trois bras 68 radiaux disposés à 120 degrés autour de l'axe 4, qui relient la douille 65 centrale à la paroi évasée 62 de la calotte; le nombre et la forme des bras (voiles) est adapté au diamètre et aux efforts de sollicitation de la calotte.  FIG. 7 illustrates three radial arms 68 disposed at 120 degrees around the axis 4, which connect the central sleeve 65 to the flared wall 62 of the cap; the number and shape of the arms (sails) is adapted to the diameter and the stressing forces of the cap.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Echangeur (1) de chaleur entre au moins deux fluides, qui comporte un corps (2) délimitant une cavité (3) cylindrique d'axe (4), un faisceau (5) comportant une pluralité de tubes (6) s'étendant dans la cavité, caractérisé en ce que le corps est essentiellement constitué par au moins un tronçon de profilé et ne comporte pas  1. Heat exchanger (1) between at least two fluids, which comprises a body (2) delimiting a cavity (3) cylindrical with axis (4), a bundle (5) comprising a plurality of tubes (6) s' extending into the cavity, characterized in that the body is essentially constituted by at least one section of profile and does not comprise de bride de fixation de calottes et/ou du faisceau.  flange for fixing caps and / or harness. 2. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel le faisceau comporte deux plaques tubulaires (7, 8) d'extrémité, l'échangeur comportant deux calottes (9, 10) de raccordement qui sont fixées sur les plaques tubulaires et ne sont pas fixées  2. Exchanger according to claim 1, in which the bundle comprises two end tubular plates (7, 8), the exchanger comprising two connecting caps (9, 10) which are fixed on the tubular plates and are not fixed au corps (2).to the body (2). 3. Echangeur selon la revendication 2, dans lequel deux premiers organes d'étanchéité (16, 17) sont respectivement prévus à la périphérie des deux plaques tubulaires et sont en appui radial sur la face interne (13) cylindrique du corps (2)  3. Exchanger according to claim 2, wherein two first sealing members (16, 17) are respectively provided at the periphery of the two tubular plates and are in radial support on the internal face (13) of the cylindrical body (2) délimitant la cavité (3).delimiting the cavity (3). 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel deux  4. Exchanger according to any one of claims 2 or 3, in which two deuxièmes organes d'étanchéité (57, 58) sont respectivement prévus à la périphérie des deux plaques tubulaires et sont en appui radial sur un embout  second sealing members (57, 58) are respectively provided at the periphery of the two tubular plates and are in radial abutment on a nozzle cylindrique (59, 60) d'extrémité des calottes (9, 10).  cylindrical (59, 60) end of the caps (9, 10). 5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la paroi  5. Exchanger according to any one of claims 1 to 4, in which the wall (20) du corps (2) comporte une nervure (33) longitudinale percée de deux orifices (18, 19) d'entrée et de sortie de fluide dans la cavité (3), qui est proéminente sur  (20) of the body (2) has a longitudinal rib (33) pierced with two orifices (18, 19) for entering and leaving the fluid in the cavity (3), which is prominent on la face externe (21) de la paroi.the outer face (21) of the wall. 6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la paroi  6. Exchanger according to any one of claims 1 to 5, in which the wall (20) du corps (2) comporte des rainures (24) ou nervures (31, 33) longitudinales permettant la fixation de l'échangeur à un support et/ou la fixation de raccords (36)  (20) of the body (2) has longitudinal grooves (24) or ribs (31, 33) allowing the exchanger to be fixed to a support and / or the fixing of fittings (36) de connexion à des conduits de transport de fluide.  for connection to fluid transport conduits. 7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel chaque  7. Exchanger according to any one of claims 2 to 6, in which each calotte (9, 10) est fixée rigidement en partie centrale d'une plaque tubulaire (7, 8) par un moyen amovible de liaison rigide - tel qu'une vis -, par l'intermédiaire d'un  cap (9, 10) is rigidly fixed in the central part of a tubular plate (7, 8) by a removable rigid connection means - such as a screw -, by means of a moyen d'appui (65, 67) - tel qu'une douille et/ou un insert - intégré à la calotte.  support means (65, 67) - such as a socket and / or an insert - integrated into the cap. 8. Echangeur selon la revendication 7, dans lequel le moyen amovible de liaison rigide est essentiellement constitué par une vis vissée dans la plaque tubulaire, laquelle vis s'étend à l'intérieur de la calotte, de sorte qu'elle est noyée dans le fluide, ou bien s'étend en partie à l'extérieur de la calotte et est associée à un joint d'étanchéité.  8. Exchanger according to claim 7, in which the removable rigid connection means essentially consists of a screw screwed into the tube plate, which screw extends inside the cap, so that it is embedded in the fluid, or partly extends outside the cap and is associated with a seal. 9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le  9. Exchanger according to any one of claims 1 to 8, in which the faisceau tubulaire comporte en outre une (ou plusieurs) plaque(s) tubulaire(s) (40) intermédiaire(s) comportant deux gorges annulaires (41, 42) recevant chacune un organe d'étanchéité (43) avec le corps qui est constitué de deux (ou plus) parties  tube bundle further comprises one (or more) tubular plate (s) (40) intermediate (s) comprising two annular grooves (41, 42) each receiving a sealing member (43) with the body which is constituted two (or more) parts (2a, 2b) alignées bout à bout sans être rigidement solidarisées l'une à l'autre.  (2a, 2b) aligned end to end without being rigidly secured to one another. 10. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel une  10. Exchanger according to any one of claims 1 to 9, in which a portion (23, 25) du profil transversal externe du corps est en forme de queue d'aronde, et dans lequel le profil transversal de la face interne (13) de la paroi (20)  portion (23, 25) of the external transverse profile of the body is in the form of a dovetail, and in which the transverse profile of the internal face (13) of the wall (20) du corps est circulaire.of the body is circular. 11. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le corps  11. Exchanger according to any one of claims 1 to 10, in which the body (2) est en alliage d'aluminium.(2) is made of aluminum alloy. 12. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les  12. Exchanger according to any one of claims 1 to 11, in which the calottes (9, 10) sont en matière plastique.  caps (9, 10) are made of plastic. 13. Procédé de fabrication d'un échangeur selon l'une quelconque des revendications  13. A method of manufacturing an exchanger according to any one of claims 1 à 12, dans lequel on réalise une ébauche du corps creux par extrusion d'un matériau pour former un profilé creux que l'on découpe en tronçons, et dans lequel on forme un chanfrein (14, 15) à chaque extrémité du corps, sans usiner la  1 to 12, in which a blank of the hollow body is produced by extruding a material to form a hollow profile which is cut into sections, and in which a chamfer (14, 15) is formed at each end of the body, without machining the partie cylindrique interne et sans usiner la portée de joint.  internal cylindrical part and without machining the joint surface. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on utilise un alliage métallique  14. The method of claim 13, wherein a metal alloy is used pour former le corps creux et dans lequel on effectue une trempe du profilé.  to form the hollow body and in which the profile is quenched.