Échangeurs de chaleurs

Le faisceau tubulaire est constitué par l'ensemble des tubes de l'échangeur. Ils sont fixés sur les boites de distribution et de retour, par expansion (mandrinage), par soudage ou par combinaison des deux procédés. Le faisceau tubulaire peut être constitué de tubes droits reliant les deux boites de distribution ou de tubes en U, reliés à une seule boite.

Les conditions de fonctionnement imposent les choix suivants pour le matériau de construction :

• acier au carbone pour usage général,

• laiton amirauté pour les appareils travaillant avec de l'eau de mer,

• aciers alliés pour les produits corrosifs et les températures élevées

• aluminium ou cuivre pour les très basses températures.

La disposition des tubes du faisceau est normalisée. Elle s'effectue selon une disposition soit au pas carré, soit au pas triangulaire. Compte tenu de l'orientation du faisceau par rapport à la direction générale du fluide circulant dans la calandre, on obtient les quatre dispositions de la figure 3.

Le pas triangulaire permet de placer environ 10 % de tubes de plus que le pas carré sur un diamètre donné, mais, en contrepartie, la disposition des tubes rend leur nettoyage extérieur impossible par insertion de grattoir ou racloir à travers le faisceau. On réserve donc généralement l'emploi de ces appareils aux fluides propres.

Le faisceau de tubes porte également des chicanes transversales qui ont pour but d'allonger le chemin du fluide circulant dans la calandre et d'améliorer ainsi le transfert à l'extérieur des tubes par accroissement de la turbulence. Ces chicanes sont généralement constituées de disques, de diamètre légèrement inférieur à celui de la calandre et comportant un segment libre dont l'aire représente 20 à 45 % de la section totale (voir figure 4).

Une chicane peut être aussi longitudinale. Les chicanes transversales supportent aussi latéralement les tubes. Lorsqu'elles ne sont destinées qu'à assurer cette fonction, elles sont appelées plaques - support.

La circulation dans le faisceau de tubes est assurée par la mise en place d'une boîte de distribution, portant les brides d'entrée et de sortie, et d'une boîte de retour (sauf dans le cas de tubes en U). Le cloisonnement de ces boîtes oblige le fluide à traverser successivement plusieurs sections du faisceau, ce qui accroît sa vitesse et améliore le transfert de chaleur. Cette disposition correspond toujours à nombre pair de passes dans le faisceau. Elle est illustrée pour un appareil à huit passes tubes figure 5, ci-dessous.

L’échangeur est dit monopasse quand il n’y a pas de cloisons dans les boites d’extrémité ou multipasse dans le cas contraire.