Brevet FR2102193A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne un Fchangeúr de chaleur à lamelles, avec des découpures en U sur au moins un des bords longitudinaux des lamelles pour le montage d'un ensemble tubulaire, de préférence, un serpentin. Des échangeurs de ce type servent aux applications les plus diverses, notamment dans les installations de climatisation, dans les appareils chauffants et réfrigérants, comme évaporateurs, condenseurs et autres appareils similaires. On contact dans la technique du chauffage, du froid et de la climatisation des échangeurs de chaleur dont les lamelles, faites de tale mince pour obtenir de grandes surfaces d'échange pour une ventilation statique ainsi que dynamique, sont enfilées, à l'aide de trous prévus à cet effet, sur des tubes coudés en épingles à cheveux, l'intervalle entre les lamelles étant plus ou moins grand suivant l'application prévue. I1 est nécessaire que les lamel- les soient bien calées sur les tubes, afin d'obtenir un bon trans fert de chaleur. Â cet effet, les trous de passage sont percés dans les lamelles avec une tolérance en moins et les lamelles sont souvent montées de force sur les tubes en épingle à cheveux. On a déåà imaginé de percer les trous de passage au diamètre ex térieur des tubes, mais il faut ensuite élargir les tubes par dudgeonnage dans les parties droites et ce, après montage des la melles, qui ne changent pas de place. L'inconvénient principal de ces échangeurs de chaleur est le coût relativement élevé de leur fabrication, car la liaison entre deux épingles à cheveux successives doit s'effectuer à l'ai de de coudes soudés, dont le nombre correspond à celui des éping les. Indépendamment de l'élévation du codt de fabrication qu'il provoque, ce grand nombre de soudures augmente considérablement le risque de fuites. Un autre inconvénient majeur de ce type d'échangeur est que les lamelles doivent être enfilées à la main une parune. Cette opération est longue et coûteuse, puisque manuelle. Pour diminuer les riques de fuites et abaisser en même tempsles frais de fabrication, on a imaginé des échangeurs de chaleur dont les lamelles présentent des découpures adaptées au diamètre des tubes, dans lesquelles, après assemblage des lamelles en paquet, le tube préalablement formé en serpentin monobloc est enfon cé. Un inconvénient considérable de cette méthode réside dans la difficulté d'obtenir ainsi un contact parfait entre toutes les lamelles et le serpentin, ce qui est indispensable, d'une part, pour obtenir un échangeur de chaleur ayant une résistance mécanique suffisante et, de l'autre, pour que le-transfeStde chaleur soit aussi bon que possible, ce qui est le-but principal de tout échangeur.Dans le type d'échangeur qui vient entre décrit il est extrêmement difficile, voire impossible d'obtenir un contact parfait entre toutes les lamelles et le serpentin enfoncé dans les découpures. L'invention a donc pour objet de pallier les inconvénients précités et de fournir un échangeur de chaleur réunissant les conditions optimales de transfert de chaleur par un contact parfait entre toutes les lamelles et le serpentin, et ce, pour un coût de fabrication relativement peu élevé, en éliminant tout travail manuel. Â cet effet, dans chaque découpure, la distance entre les flancs est, à l'entrée, égale au diamètre du serpentin mais inférieure à ce qu'elle est dans le fond de la découpure, de sorte ce le serpentin vient obligatoirement se loger avec un certain jeu dans l'arrondi du fond et, une fois mis en place, peut par écrase ment, subir une certaine ovalisation de sa section qui a pour effet de le caler sans risque de desserement dans le fond de la découpure. On obtient ainsi une liaison positive entre le serpentLn et le paquet de lamelles.Ce rétrécissement à l'entrée des décou pures peut être obtenu par rapprochement progressf des flancs en direction de l'entrée, ou par rapprochement des flanc dans la zai de l'entrée,seuleaent. Une fois le serpentin mis en place, on ex erce une pression sur toute sa longueur de contact avec le paquet de lamelles, provoquant ainsi une ovalisation grâce à laquelle l'arc de contact entre la paroi du serpentin et la découpure prend une valeur maximale. Cette déformation empêche également les lamelles de se détacher éventuellement du serpentin. Suivant une autre caractéristique très importante de 1'é- changeur selon l'invention, pour améliorer encore le transfert de chaleur et pour donner plus de rigidité aux lamelles faites de tôle mince, es découpures sont munies d'un colet relevé, en par ticulier dans la zone d'appui du serpentin. Ces collets servent en même temps d'entretoises pour maintenir constante l'écartement entre les lamelles. Cette disposition a pour avantage, d'une part, .de faciliter considérablement le montage et, llautre d'améliorer f-ortement le transfert d chaleur. En troisième l-ieu, elle augmente énormément la stabilité de l'ensemble. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cet échangeur Figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention, après montage Figure 2 est une vue de face de la combinaison de deux sortes de lamelles, le serpentin ayant été omis Figure 3 est une vue de côté d'une lamelle Figure 4 est une vue de face d'une autre combinaison de lamelles Figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de figure 4 Figure 6 est une vue de face d'une partie de lamelle Figure 7 est une vue en coupe suivant VII-VII de figure 6 Figure 8 est une vue de face d'une autre forme d'exécution de lamelle Figure 9 est une vue de côté de la lamelle de figure 8 après son pliage en accordéon. L'échangeur de chaleur 1 selon l'invention, qui est représenté à la figure 1, est constitué par un ensemble tubulaire 2 sur lequel sont montées des lamelles 3. L'ensemble tubulaire 2 peut présenter des formes très diverses. I1 peut être formé, par exemple, d'une pluralité de tubes en U reliés les uns aux autres mais il est avantageux qu'il ne comporte qu'un seul tube ondulé en forme de serpentin ou enroulé en une longue spirale. Les échangeurs de ce type sont utilisables dans les techniques du froid, du chauffage et de la climatisation et fonctionnent indifféremment comme évaporateurs, condenseurs, ou simplement comme échangeurs dans des caravanes ou pour la climatisation de voi tures de tourisme. Pour leur montage sur un serpentin ou autre ensemble tubulaire fait d'une seule pièce, les lamelles présentent, sur un seul de leurs bords longitudinaux ou sur les deux, des découpures en U 4. Ces découpures 4 ont une entrée dont la largeur correspond au diamètre du tube dans lequel est formé le serpentin. Cette entrée est toutefois plus étroite que le fond 14 de la découpure, dans lequel vient se loger le serpentin. Dans les figures, la disposition du serpentin est représentée schématiquement et son parcours est indiquez par des traits mixtes. Â la figure 2, les deux extrémités du serpentin sont indiquées par 12. Le serpentin occupe tout le fond de la découpure 4, tout d'abord avec un certain jeu, puis, par une pression convenable, on impose i sa section une ovalisation grâce à laquelle il s'établit un contact ininterrompu entre le fond 14 de la découpure et la paroi du serpentin et une immobilisation de ce dernier dans la dé'ou pure.Cette position est représentée à la figure 6. Le rétrécissement de l'entrée par rapport au fond de chaque découpure peut présenter divers formes. Dans les formes d'ex écution représentées, les deu;tiancs rectilignes 24 sont parallèles et la distance qui les sépare l'un de l'autre est tout juste égale au diamètre du serpentin et légèrement inférieure au diamètre du cercle dont un'oc définit le fond de la découpure Mais, dsns-une variante de réalisation, les flancs 24 peuvent entre concourants de façon à obtenir un rétrécissement progres- sif jusqu'à ce que tout près de l'entrée, la distance entre fiauw soit égale au diamètre extérieur du tube dans lequel est forez le serpentin.Cette variante est représentée en traits mixtes à la figure 8. Normalement, on optera pour la première forme de rétrécissement, & flancs parallèles, car elle comporte moins de risques de détérioration que le rétrécissement progressif, à flancs concourants. Pour faciliter le montage des lamelles 3 sur le serpentin ou autre dispositif tubulaire 2, la partie rétrécie de chaque découpure 4 débeuche vers l'extérieur par une partie évasée 34. On peut mEme prévoir en cet endroit un arrondi pour ménager le serpentin lors de sa mise en place. Lorsque le dispositif tubulaire 2, spirale ou serpentin, est fait d'une seule pièce, le pas des méandres du serpentin ou celui de la spirale doit titre égal au pas des découpures. Etant donné que la fabrication des serpentins ou spirales par cintrage de tubes ne permet pas un respect absolu des cotes, la présence de la partie évasée 34 facilite considérablement le montage. Selon une caractéristique importante de l'invention, les découpures en U 4 sur le bord longitudinal des lamelles j sont entourées, dans la zone de contact avec l'élément tubulaire 2, d'un rebord saillant en forme de collet 13, pour améliorer le transfert de chaleur et augmenter la rigidité des lamelles. Ces collets JI assurent un ajustement parfait des lamelles, car ils constituent autant de petits guidages qui obligent les lamelles à rester perpendiculaires au plan du serpentin ou de la spirale. toutefois, si l'on désire une certaine inclinaison des lamelles sur le plan précité, on peut aussi; incliner les collets sur le plan des lamelles. La figure 2 représente une forme d'exécution dans laquelle une lamelle 3 n'est munie de découpures 4 que sur un seul de ses bords longitudinaux, tandis que la lamelle voisine présente des découpures alternées sur ses deux bords. I1 est possible en outre de plier les lamelles en accordéon dans le sens d'écoulement de l'air ambiant pour en augmenter la rigidité et obtenir une plus grande surface d'échange. Les figures 3 et 9 représentent deux formes de ce pliage. A la figure 3; la lamelle 3 est simplement ondulée, à la figure 9, le pliage est véritablement en accordéon, avec des arêtes vives. Il est également possible de prévoir à chaque extrémité du paquet une lamelle 3' faite d'une tôle plus épaisse que celles de l'intérieur du paquet et munie éventuellement de brides de fi xation 23. Lors. du montage de l'échangeur de chaleur, on utilisera de préférence un gabarit d'écartement ou peigne, connu en soi, l'ovalisation de l'élément tubulaire étant effectuée simultanément en une multiplicité de points de celui-ci, à l'aide d'une règle. Ceci présente l'avantage considérable de supprimer toute soudure lors du montage de l'échangeur, d'éliminer la mise en place des lamelles une par une et de rendre superflu tout organe de fixation. De même, il n'est plus nécessaire de recourir au du & geonnage ce qui permet de courber une grande longueur de tube en serpentin ou en spirale avant le montage de l'échangeur. On peut utiliser pour l'échangeur les ensembles tubulaires les plus divers sans perdre les avantages offerts par les lamelles découpées selon l'invention. - REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur à lamelles, avec des découpures en U sur au moins un des bords longitudinaux des lamelles pour le montage d'un élément tubulaire, de préférence, un serpentin caractérisé en ce que dans chaque découpure, la distance entre les flancs est, à l'entrée, égale au diamètre extérieur du tube dans lequel est formé l'élément tubulaire, mais inférieure à ce qu'elle est dans le fond de la découpure, de sorte que l'élément tubulaire vient obligatoirement se loger avec un certain jeu dans l'arrondi du fond où il peut, par écrasement, subir unie certaine ovalisation qui a pour effet d'amener sa paroi en contact contre l'ensemble dudit arrondi et de l'immobiliser dans la découpure. 2.- Echangeur de chaleur selon la refendication 1, caractérisé en ce que dans chaque découpure en U le rétrécissement a liea sans transition et est défini par deux flancs parallèles. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque découpure en U le rétrécissement a lieu progressivement et est défini par deux flancs concourants. 4.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les découpures en U sont muH nies de collets saillants entourant la zone de contact avec l'élé ment tubulaire. 5.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les découpures en U sont disposées alternées sur les deux côtés longitudinaux des la melles pour le montage d'un serpentin ou autre élément tubulaire similaire et s'6tendent en direction de l'axe longitudinal médian de la lamelle, perpendiculairement aux dits côtés longitudinaux. 6.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les lamelles placées à chaque extrémité du paquet sont plus renforcées ou au moins plus épaisses que celles de l'intérieur. 7.- changeur de chaleur selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que les lamelles d'extrémité sont munies de bri des de fixation. 8.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéris en ce que les lamelles sont ondulées ou pliées en accordéon dans le sens d'écoulement de l'air ambiant. 9. - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce que les collets ont une hauteur suffisante pour servir d'organes d'écartement entre lamelles voisines. 10 - Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 9 caractérisé en ce que les collets sont obtenus par refoulement de la matière des lamelles. 11 - Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce que ltentrfe rétrécie des découpures débouche sur l'extérieur par 'une partie évasée dont les flancs obliques servent de guidage lors de la mise en place de l'élément tubulaire.