Brevet FR2085171A1 — publié le 19711224

I 69 44715 2085171 La présente invention, qui résulte des recherches de Monsieur Michel GLAY, a pour objet un procédé pour la réalisation de cellules d'échange thermique, ainsi que les échangeurs fabriqués selon ce procédé. L'invention relève du secteur du travail mécanique des métaux et de celui 5 des échangeurs de chaleur sans contact direct. Il est connu de réaliser un radiateur en nid d'abeille en passant des tubes en métal léger de section circulaire sur des mandrins hexagonaux, puis en réunissant en un bloc un certain nombre de ces tubes et en les soudant ou en les brassant entre eux. 10 Ces radiateurs sont lourds malgré l'utilisation de l'alliage léger, et leur fabrication est délicate. Il est également connu de réaliser un radiateur à ailettes, en partant de plaques métalliques minces ondulées de façon que ces plaques, rapprochées, définissent une série de canalisations; au centre de chaque ailette ainsi constituée, 15 on découpe une lanière dont on rabat le bord de façon à former une collerette, puis on enfile ces ailettes sur un tube sur lequel chaque collerette viendra s'appliquer afin de donner lieu à un contact de frottement permettant un échange de température correct entre le tube et les ailettes. Le radiateur ainsi constitué demeure lourd, l'épaisseur des ailettes de-20 vant rester suffisante pour assurer une résistance mécanique minima. De plus, la fabrication est coûteuse en temps et en main d'oeuvre. L'objet de l'invention est un procédé pour la réalisation de cellules d'échange thermique légères et de fabrication aisée et rapide. L'invention a également pour objet les échangeurs fabriqués selon ce pro- 25 cédé. Dans le procédé selon l'invention, on fabrique d'abord un bloc en métal déployé à structures alvéolaires, à partir de feuilles minces d'un métal bon conducteur thermique, chaque feuille étant collée selon des bandes parallèles, à savoir avec la feuille précédente selon une bande sur quatre et avec la feuille 30 suivante selon également une bande sur quatre située au milieu de l'intervalle séparant deux bandes collées précédentes, une bande non collée étant réservée entre chaque bande collée et la suivante, et l'ensemble étant déployé par traction mécanique après prise de la colle de façon à obtenir des alvéoles prismatiques à base horizontale, puis l'on introduit, dans le bloc ainsi réalisé, au 35 moins un tube. Selon u n premier mode de mise en oeuvre du procédé, on perce dans le bloc, avant déploiement et selon une direction perpendiculaire au plan des feuilles collées, un trou cylindrique de diamètre inférieur à celui du tube, puis, après déploiement du bloc, on détermine tout autour de ce trou et dans tous les plans 40 successifs formés par les parois des alvéoles, des coupures axiales; enfin, l'on 69. 44715 2 2085.171 introduit le tube dans le trou ainsi modifié. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé, on introduit, dans au moins une alvéole du bloc déployé, un tube de diamètre légèrement inférieur au périmètre de l'alvéole. 5 L'invention ainsi définie est expliquée à l'aide d'exemples de réalisa tion illustrée par les figures jointes. Les figures 1 et 2 représentent un exemple d'êchangeur : la figure 1 est vue en perspective; la figure 2 une vue en plan. Les figures 3, 4 et 6 sont des croquis illustrant la fabrication d'une cellule de l'ëchangeur; la figure 5 10 représente un outil intervenant dans cette fabrication. La figure 7 représente une cellule pour échangeur réalisée selon un autre procédé. Sur ces figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. La cellule d'êchangeur thermique met en oeuvre un bloc en métal déployé 15 à structures alvéolaires géométriques. Ce bloc, qui est connu en lui-même, est fabriqué à partir de feuilles minces d'un métal de-bonne conductibilité thermique, tel que le cuivre, l'aluminium, un alliage ayant l'un de ces métaux pour base, collées entre elles suivant des bandes respectant un pas régulier. 20 Le bloc que représente la figure 2, comprend vingt-six feuilles minces, en alliage d'aluminium. Chaque feuille est découpée aux dimensions voulues, puis partagées en sept bandes parallèles, de préférence d'égale largeur, selon des droitesperpendiculaires à la figure. Certaines de ces bandes sont ensuite enduites de colle, puis les feuilles métalliques sont placées l'une sur l'autre, 25 de façon à faire coïncider les bandes correspondantes. L'on désigne par face avant de chaque bande la face tournée côté gauche et par face arrière la face tournée côté droit de la figure 2; chaque feuille est désignée par un repère à deux chiffres : (11), (12) ..., chaque bande par un repère à trois chiffres dont les deux premiers reproduisent le repère de la 30 feuille correspondante et dont le troisième représente le numéro d'ordre de la bande, pris en allant de bas en haut : ainsi (124) désigne la quatrième bande de la feuille (12), c'est-à-dire de la seconde feuille en partant du coté gauche de la figure . On voit que sont encollées : les bandes (111) côté arrière et (115) côté arrière de la feuille (11), les bandes (121) avant, (123) arrière, 35 (125) avant et ( 1-27) arrière de la feuille (12), les bandes (131) arrière,(133) avant,'(135) arrière et (137) avant de la feuille (13), les bandes (141) avant, (143) arrière, (145) avant et (147) arrière de la feuille (14); les bandes d'ordres impair et pair sont identiques respectivement à la bande (13) et à la bande (14). La dernière feuille est encollée du côté avant, sur les première et cin-40 quième bande. 69 44715 3 2085171 Les feuilles sont ensuite placées les unes sur les autres de façon à faire coïncider les bandes correspondantes, c'est-à-dire celles dont le repère comporte un même chiffre d'unité, et mises sous pression jusqu'à prise du collage. Le bloc est ensuite déployé par traction sur les feuilles extrêmes. On ob-5 tient ainsi un bloc à alvéoles prismatiques hexagonales ( 118-119-128). La cellule d'échangeur thermique comprend un ou plusieurs éléments chauffants tubulaires (21) en contact avec un bloc de métal déployé (I). Il est préférable de ne donner à chaque bloc qu'une largeur réduite afin de faciliter la circulation de l'air, de sorte que l'on n'utilise, en général, qu'un tube (21) 10 par bloc. L'élément tubulaire est, lui aussi, en un métal bon conducteur calorifique et, de plus, de résistance mécanique suffisante : cuivre, acier, alliage d'aluminium. Selon un premier procédé, on effectue, au centre du bloc (1) non encore déployé et perpendiculairement au plan des feuilles (11), (12), un trou cylin-15 drique (101) de diamètre nettement inférieur à celui du tube (21) et, de préférence, sensiblement égal à la moitié de ce dernier ( figure 3). Le bloc est ensuite déployé et maintenu solidement entre deux plateaux perpendiculaires aux alvéoles et serrés mécaniquement. On tire alors à travers le trou cylindrique (101) une broche coupante (4) munie de couteaux latéraux (41) dont les arêtes 20 coupantes sont sensiblement situées sur une même surface conique (figure 5). La broche est, à cet effet, munie d'une tige de traction (42). Elle détermine, tout autour du trou (101), des coupures axiales (102) dans tous les plans successifs formés par les parois des alvéoles ( figure 4). On continue à tirer sur la broche jusqu'à ce qu'elle ait dégagé le trou (101), puis l'on introduit dans le bloc, 25 toujours maintenu entre ses deux plateaux, le tube (21) dont l'extrémité a été munie d'un embout conique (211) destiné à faciliter la pénétration ( figure 6). On libère enfin le bloc qui forme, avec le tube (21), un ensemble mécaniquement solide ( figure 2). Selon un deuxième procédé, le bloc de métal déployé (1) est utilisé tel 30 quel, au moins un tube (26-27), dont la section présente une circonférence très légèrement inférieure au périmètre d'une alvéole du bloc, y étant introduit lon-gitudinalement. Le tube est, comme dans le cas précédent, muni d'un embout conique. On peut utiliser plusieurs tubes par bloc ( figure 7). A partir de la cellule réalisée selon le premier ou le deuxième des pro-35 cédés décrits, il est possible de réaliser des assemblages constituant un échangeur. Les cellules sont groupées en quinconce, en série, en parallèle. La figure 1 représente deux cellules, la première constituée par un bloc de métal déployé (1) et un tube (21), la deuxième constituée par un bloc (10) et un tube (22), branchées en parallèle. 40 L'échangeur ainsi constitué peut être utilisé, soit nu, afin de constituer 69 44715 4 2085171 un radiateur de chauffage de locaux ou de moteur thermique, ou encore un échangeur pour réfrigérateurs, soit enfermé dans une enceinte afin de constituer un échangeur entre deux fluides circulant, l'un dans les tubes, l'autre autour des blocs, dans l'enceinte. 5 II est possible d'améliorer le rendement thermique de 1'échangeur en plon geant l'ensemble constitué par les blocs et les tubes, avant ou après assemblage des diverses cellules, dans un bain de métallisation ou de graphitisation constitué par un liquide, tel que de l'huile de lin siccative ou non, des stan-dolis, et un liant, tel qu'une résine artificielle phénolique, glycérophta-10 lique épikotique, des silicones, du caoutchouc chloré ou isomérisé, enfin, une poudre d'un métal, tel que le zinc, 1'aluminium, le couvre, ou de graphite. A titre d'exemple, un bain comprenant une poudre de zinc dans de l'huile de lin additionné d'une résine phénolique, a permis d'améliorer de 15 % le rendement calorifique d'un échangeur constitué par deux cellules réalisées selon le premier 15 procédé et comprenant chacun un bloc d'un alliage d'aluminium avec 1 % de manganèse et un tube en cuivre. L'échangeur, représenté par la figure 2, comprend deux blocs identiques (1) et (10) de 100 cm de long, 6 cm de large et 3 cm d'épaisseur, et deux tubes (21) et (22) de 13 mm de diamètre extérieur et de 11 mm de diamètre intérieur. Chaque alvéole du bloc est constituée par un hexagone 20 inscrit dans un cercle de 20 ùù de diamètre. Les deux cellules sont disposées l'une au-dessus de l'autre, un espace libre de 3 cm étant prévu entre les deux blocs (1) et (10). Le tube peut être parcouru par un fluide quelconque : poudre fluidisée, liquide, gaz; il peut également recevoir une source de chaleur, telle qu'une 25 résistance électrique. 30 35 40 69 44715 5 2085171 REVENDICATIONS 1/ Un procédé pour la réalisation de cellule d'échanges thermique, selon lequel on fabrique d'abord un bloc (1) en métal déployé à structures alvéolaires (138-119-128), à partir de feuilles minces (11-14) d'un métal bon conducteur 5 thermique, chaque feuille étant collée selon des bandes parallèles, à savoir avec la feuille précédente selon une bande (133)—(137) sur quatre et avec la bande suivante selon également une bande (135) sur quatre située au milieu de l'intervalle séparant les deux bandes collées précédentes, une bande non collée (132-134-136) étant réservée entre chaque bande collée et la suivante et l'en-10 semble étant déployé par traction mécanique après prise de la colle, de façon à obtenir des alvéoles prismatiques à base hexagonale (118-128), procédé caractérisé en ce que l'on introduit, dans le bloc (1) ainsi réalisé, au moins un tube (21). 2/. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule 15 d'échange thermique obtenue est plongée dans un bain contenant -un métal en poudre. 3/ Un procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on perce dans le bloc (1), avant déploiement et selon une direction perpendiculaire au plan des feuilles collées (11-14), un trou cylindrique (101) de dia-20 mètre inférieur à celui du tube (21) et, de préférence, sensiblement égal à la moitié de ce dernier, puis que, après déploiement du bloc (1), on détermine tout autour de ce trou, dans tous les plans successifs formés par les parois des alvéoles, des coupures axiales (102) ; enfin, que l'on introduit le tube (21) dans le trou (101) ainsi modifié. 25 4/ Un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les coupures axiales sont pratiquées en tirant, à travers le trou (101), une broche coupante (4) munie de couteaux latéraux (41) et d'une tige de traction (42). 5/ Un procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on introduit, dans au moins une alvéole (118-128) du bloc (1) déployé, un tube 30 (26) dont la section présente une circonférence légèrement inférieure au périmètre de l'alvéole. 6/ Un procédé selon la revendication 3, ou la revendication 4, ou la revendication 5, caractérisé en ce que le tube (21)-(26) est muni, avant son intro-, duction dans le bloc (1), d'un embout conique (211). 35 7/ Un élément d'échangeur réalisé par le procédé selon la revendication 3 ou 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc (1) en métal déployé à structures alvéolaires (118-119-128) et au moins un tube (21-26) traversant ce bloc dans une direction perpendiculaire aux plans des feuilles (11-12-13-14) avant déploiement. 40 8/ Un échangeur réalisé par assemblage d'éléments selon la revendication 7. 69 44715 6 2085171 9/ Un élément d'échangeur réalisé selon le procédé de la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc (1) en métal déployé à structures alvéolaires (118-119-128) et au moins un tube (26-27) introduit dans une alvéole du bloc (1). 5 10/ Un échangeur réalisé par l'assemblage d'éléments selon la revendication 9- . 11/ Un échangeur selon la revendication 8 ou 10, caractérisé en ce qu'il est enfermé dans une enceinte étanche munie de tubulures d'entrée et de sortie. 12/ Application d'un échangeur selon la revendication 8 ou 10 à la réalisa-10 tion de radiateurs de chauffage de locaux. 13/ Application d'un échangeur selon la revendication 8 ou 10 à la réalisation de radiateurs pour moteurs thermiques. 14/ Application d'un échangeur selon la revendication 8 ou 10 aux réfrigérateurs . 20 25 30 35 40