Brevet FR2012142A1 — publié le 19700313

Un élément échangeur de chaleur bien connu comporte au moins deux feuilles de matière qui sont assemblées suivant des parties déterminées, de manière à délimiter au moins une cavité dans laquelle circule un agent d'échange de chaleur. Les parties de bord des feuilles ne sont pas assem-5 blées étant au contraire écartées par pliage pour constituer des surfaces d'ailettes d'échange de chaleur. Par exemple, un agent de transmission de chaleur, devant être refroidi, circule entre les ailettes et du fait de la grande surface de celles-ci, un échange très efficace de chaleur s'établit entre le fluide passant sur les ailettes et l'agent d'échange circulant 10 dans le conduit. Bien que ce genre d'échangeurs se soit révélé très efficace dans de nombreuses applications, une difficulté s'est présentée pour celles où le dispositif d'échange ne peut avoir qu'un encombrement minimal réalisable seulement par un échange très poussé sur la surface d'ai'le'ttes cons-15 tituées par la séparation résultant du cintrage des feuilles de matière. L'invention a donc pour objet un dispositif perfectionné du genre indiqué permettant d'obtenir un échange maximal de chaleur sous un volume déterminé et disponible pour cet usage par augmentation maximale de la surface d'ailettes. 20 L'invention a également pour objet un procédé de réalisation de ce nouveau dispositif. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre, et des dessins annexés sur lesquels : 25 - la figure 1 est une vue en plan d'une enduction d'inhibiteur de soudage, qui peut être appliquée aux feuilles devant être assemblées pour constituer un échangeur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en plan d'un échangeur de chaleur en cours de réalisation, dont les parties de bord devant constituer des ailet- 30 tes sont découpées, - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention dont chaque ailette a été pliée et tordue de manière à réduire au minimum le volume nécessaire pour échanger une quantité donnée de chaleur, 35 - la figure 3A est une variante d'agencement du dispositif de la figure 3, 69 21977 2 2012142 ■» la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un échangeur de chaleur à enroulement en hélice selon l'invention, - la figure 5 est une vue en plan d'un échangeur de chaleur enroulé en hélice selon l'invention, 5 - la figure 6 est une vue schématique en élévation latérale d'un échangeur de chaleur selon l'invention, enroulé en serpentin à spires superposées, et - la figure 7 est une vue du bas d'un échangeur selon l'invention enroulé en serpentin à spires superposées. 10 Un échangeur de chaleur 10 selon l'invention représenté très clairement sur la figure 3, comporte un élément de conduit 20 entre deux surfaces soudées 30 et 31. Des ailettes séparées 40 font corps avec les surfaces soudées 30 et 31. Ces ailettes comprennent une partie de bord 41, qui est relativement 15 plane et sensiblement perpendiculaire au plan médian des parties soudées 30 et 31. Les ailettes ont de plus une partie de base 42 faisant corps avec l'une ou l'autre des parties soudées 30 ou 31. Ces ailettes ont été repliées approximativement à 90° du plan médian des parties soudées 30 et 31, et de plus ont été tordues également d'environ 90°. La partie 14 de 20 bord des ailettes est donc perpendiculaire audit plan médian des parties 30 et 31. On voit ainsi que les ailettes séparées ont été chacune repliées dans des directions opposées, à 180° approximativement et de plus ont été tournées et tordues de 90° de sorte que les surfaces des parties de bord 25 41 coupent transversalement l'axe longitudinal de 1'échangeur. Cet échangeur de chaleur de la figure 3, comporte deux parties parallèles 50 et 60 qui sont mutuellement raccordées par une partie cintrée 70 faisant corps avec elle. Il apparaît que les ailettes 71 et 72 de cette partie cintrée 70 sont écartées davantage les unes des autres que les 30 ailettes 42 et 43 des parties parallèles. De plus, l'angle des ailettes 71 et 72, défini par les plans de leur partie verticale est aigu, alors que celui des ailettes 42 et 43 est nul, c'est-à-dire que les ailettes 42 et 43 sont sensiblement parallèles. On voit également qu'à l'intérieur de la partie cintrée 70, les 35 ailettes par exemple 73 et 74 sont mutuellement rapprochées selon un angle aigu défini approximativement par les plans de leurs parties verticales. Ces plans convergent approximativement sur un point central situé sensiblement au milieu des parties 50 et 60. 69 21977 3 2012142 Dans la variante de la figure 3A, l'échangeur 10,comme dans le premier cas, comporte un conduit central 200 avec des parties soudées 300 et 310 et des ailettes 400, dont la partie de bord 410, comme pour la figure 3, sont dans des plans transversaux de l'axe longitudinal de 5 l'échangeur, mais qui diffèrent de celles de ladite figure en ce qu'elles sont pliées de plus de 180°. L'angle d'un plan passant par les parties soudées et celui des ailettes 400 œt donc supérieur à 90°. Comme dans le cas de la figure 3, les ailettes sont tordues à leur partie de base 420, de sorte que les parties de bords 410 sont transversales de l'axe longitu-10 dinal de l'échangeur. Cette variante est d'encombrement encore plus faible que la réalisation de la figure 3. Un assemblage soigné, permet d'obtenir encore plus de surface d'échange pour un volume donné, selon cette variante de la figure 3A que dans la réalisation de la figure 3. Un exemple de procédé de réalisation d'un échangeur de chaleur 15 selon l'invention comporte l'application, sur une feuille 100 de matière, d'une couche de produit inhibiteur de soudage 101 selon un modèle déterminé. Ce modèle peut comporter une partie centrale 103, traversant l'entière longueur de la feuille. Eventuellement les parties d'extrémités 104 et 105 de cette partie 103 peuvent être un peu plus larges que le reste, 20 de sorte qu'un orifice d'entrée peu supérieur est obtenu aux extrémités pour le gonflage ainsi que le raccordement de circulation d'un agent échangeur dans le canal. Le modèle peut de plus comprendre des parties de bord 106 et 107. Ces parties permettent d'éviter leur soudure, de manière à réaliser les 25 ailettes 40. Les parties 108 et 109 qui ne comportent pas de matière inhi-bitrice seront soudées. L'imprégnation par matière inhibitrice de soudure peut être réalisée par l'un des nombreux procédés bien connus de l'homme de l'art, par exemple à l'écran de soie. Un autre procédé comporte l'application de la 30 matière sur 1'entière surface de la première feuille, puis l'enlèvement d'une partie de la matière, par exemple par meulage, afin de délimiter les parties dont le soudage est pro.scrit. Lorsque la seconde feuille est appliquée sur la première et que leur soudage mutuel est réalisé par des opérations appropriées, la soudure 35 ne sera obtenue que sur les parties 108 et 109. Cette soudure peut être d'un genre à chaud ou à froid. 69 21977 4 2012142 Après soudure, la bande 1 est entaillée suivant des sections 2, 3, 4 etc... La longueur d'entaille de la figure 2 comprend les parties non soudées de bord. Il apparaît sur la figure 3 que pour chaque élément 2 et 3 de la figure 3, deux ailettes opposées sont obtenues, soit quatre pour leur ensemble. 5 La bande peut être gonflée avant ou après que les ailettes aient été repliées et tordues. Dans chaque cas un conduit central 6 réalisé peut comporter des entrées élargies 7 et 8 d'extrémités déterminées suivant le modèle d'inhibition par gonflage, et qui constituent des raccordements d'admission et d'échappement. 10 Après découpage, les éléments 2 et 3 sont repliés. Comme déjà men tionné ce pliage comprend la séparation des deux feuilles et la courbure relative à environ 180° ou 90° par rapport au plan des parties soudées. De plus, les éléments sont tordus sur 90°. Les pliage et torsion peuvent être effectués en opérations successives mais dans le mode préféré de 15 l'invention les opérations sont réalisées simultanément. Si l'échangeur n'est pas encore gonflé à ce stade le gonflage constitue l'opération suivante du processus pour délimiter le conduit 20. Une aiguille de gonflage injectant un fluide sous pression constitue le seul outillage de cette opération bien connue de l'homme de l'art. 20 L'échangeur de chaleur peut être alors cintré en diverses formes convenables. Suivant une première réalisation deA-'invention, l'échangeur est cintré en hélice (figures 4 et 5). C'est ainsi que l'échangeur de la figure 4a un conduit central 220 dans lequel circule l'agent d'échange de 25 chaleur, avec des parties soudées 230 et 231. Des ailettes repliées et tordues 241, 242 et 243 (représentées schématiquement) en font partie intégrante , comme indiqué suivant la figure 3. Le sommet de l'hélice est représenté sur la figure 5,sa partie terminale 220 est analogue à celle de la figure 3. Mais il apparaît qu'au point 250, l'échangeur s'abaisse et 30 qu'une autre partie cintrée ou spire 280 le continue. Une autre partie cintrée 290 est à l'extrémité opposée et ainsi de suite. Il est clair qu'un échangeur de chaleur de ce genre est de faible encombrement^ tout au moins en hauteur. Chaque spire superposée n'est pas plus haute que l'ensemble du conduit 220 et des parties soudées 230 et 231. Les ailettes n'ajoutent rien 35 à cet encombrement en hauteur. Des raccordements convenables sont agencés à chaque extrémité de cet échangeur pour faire circuler le fluide," qui est en général un agent liquide de refroidissement, dans le circuit 220. 69 21977 5 2012142 Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 6 et 7, dans laquelle l'échangeur, ayant un conduit 320 au centre, est replié en forme de serpentin comportant des branches 301, 302 et 303 et des coudes d'extrémité 370, sur lesquels sont réparties, comme décrit 5 plus haut, des ailettes 341, 342, 343 et 344. Une seconde rangée peut être éventuellement ajoutée ; dans ce cas (figure 7) la branche 304 s'abaisse, et le serpentin est prolongé par un serpentin replié de même manière. Ainsi, l'extrémité 371 (figure 6) est le début delà seconde rangée. Lé coude 372 appartient de même à cette rangée. Cette structure de serpentin à deux 10 étages est également d'encombrement minimal. De plus,- la réalisation en deux étages assure un groupement serré d'ailettes, de sorte qu'un échange efficace de chaleur est obtenu entre un fluide circulant à travers cêllœ-ci, l'agent de refroidissement s'écoulant dans le conduit 320. D'autres dispositions géométriques,tirant avantage de la réduction 15 d'encombrement que permet l'invention, apparaîtront évidentes à l'homme de l'art et ne sortent évidemment pas du cadre de celle-ci. 69 21977 6 2012142 REVENDICATIONS 1 - Un élément échangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il com- 5 porte au moins un conduit . de circulation d'un agent d'échange de châleur, délimité par au moins deux parties assemblées d'un matériau en feuille, des ailettes d'une seule pièce avec ces parties assemblées, transversales à l'axe londitudinal de l'élément échangeur, étant repliées d'au moins 180° les unes relativement aux autres et tordues de 90° environ et leurs 10 . plans étant parallèles dans une partie importante de l'échangeur. 2 - Un élément selon la revendication 1 dans lequel les plans des ailettes forment entre eux des angles aigus dans les parties cintrées d'extrémités de l'élément. 3 - Un élément selon la revendication 1, dans lequel leaailtOÉs dosHteéisté-15 rieur des parties cintrées sont convergentes. 4 - Un élément selon la revendication 1 et qui est cintré en hélice. 5 - Un élément selon la revendication 1 et qui est cintré en serpentin. 6 - Un élément selon la revendication 5 et qui est cintré en plu-20 sieurs rangées. 7 - Un-procédé de réalisation de l'élément selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on enduit au moins une feuille de métal d'un produit inhibiteur de soudure selon un modèle comportant au moins deux parties de bords et une partie centrale, on place au moins une seconde 25 feuille sur la première , on soude les deux feuilles entre elles par les parties ne comportant pas le produit inhibiteur selon le modèle, on découpe au moins une partie de bord non soudée, on sépare les feuilles sur au noins une .partie de bord, on les replie d'au moins 90° relativement auxdites parties soudées, et on les tord à environ 90° pour, constituer une région d'ailet-30 tes réduisant l'encombrement nécessaire pour une capacité donnée de chaleur échangée...