Brevet FR2222627A1 — publié le 19741018

La présente invention est relative aux échangeurs thermiques comportant au moins un tube pour la circulation d'un fluide, sur lequel une série d'ailettes rectangulaires sont fixées par l'intermédiaire de collets délimitant un trou central formé dans le voile plan des ailettes qui comporte en outre, sur deux côtés verticaux opposés, des rebords coudés adaptés pour coopérer avec les rebords de l'ailette adjacente. De tels échangeurs sont utilisés notamment dans les convecteurs à usage de chauffage domestique, qui sont munis d'un habillage en tôle créant un effet de cheminée qui accélère la vitesse de l'air introduit à la base de l'habillage et balayant le tube, traversé par exemple par de la vapeur ou de l'eau chaude, et les ailettes fixées sur le tube. Le but de l'invention est de perfectionner les ailettes connues, dans le sens d'une simplification de leur montage, pour permettre notamment une automatisation poussée du processus de fabrication d'un échangeur thermique, tout en assurant aux faisceaux d'ailettes une bonne résistance mécanique, qui leur permet de ne pas subir de dégradations, lorsque l'échangeur est mis en place dans les pièces d'un immeuble en construction, avant la pose de l'habillage des convecteurs qui est faite dans la phase finale d'exécution du second oeuvre. cet effet, l'invention a pour objet une ailette du type mentionné, caractérisée en ce que les rebords ont une forme au moins partiellement divergente, et il est prévu sur chacun d'eux au moins une languette découpée et pliée dans une direction à peu près parallèle au voile plan de l'ailette, pour recevoir en appui la tranche du rebord correspondant d'une ailette adjacente. La présence de la languette découpée donne aux ailettes juxtaposées et empilées un écartement relatif, ou pas, de valeur définie, et la forme divergente a l'avantage de permettre une production largement automatisée du fait que les ailettes fabriquées sur une machine à grande cadence peuvent être astreintes à tomber verticalement en se centrant autour du tube de circulation de fluide, luimême placé verticalement, la forme divergente de l'ailette déjà en place permettant le guidage de l'ailette qui tombe à la suite.De plus, les ailettes peuvent être positionnées latéralement, suivant une autre caractéristique de l'invention consistant à prévoir sur les deux rebords de chaque ailette au moins une patte découpée et pliée, de telle sorte que deux pattes homologues formées sur les rebords respectifs convergent vers la tranche des rebords en créant ainsi une retenue latérale pour les rebords d'une ailette adjacente. I1 est ainsi possible de constituer, à la sortie de la machine de production des ailettes, un empilage ou un faisceau d'ailettes groupées autour du tube de fluide. La machine de fabrication peut du reste être agencée de manière à débiter deux à deux les ailettes et de permettre ainsi de former un échangeur à double faisceau. L'assemblage de l'échangeur est complété par des tiges disposées suivant les arêtes du parallélépipède formé par l'empilage ou par les empilages d'ailettes et qui prennent appui sur des échancrures prévues dans les angles correspondants des ailettes, ces tiges étant réunies à leurs extrémités respectives avec deux flasques qui servent également au montage des éléments de branchement pour la circulation du fluide à l'intérieur du tube ou des tubes.Ces éléments de branchement sont, dans le cas d'un double faisceau d'ailettes avec circulation en série, constitués par deux raccords traversant l'un des flasques et fixés sur l'extrémité correspondante des deux tubes, et par un collecteur reliant les extrémités opposées des deux tubes. Pour assurer un bon échange thermique entre le collet des ailettes et le tube qui les traverse, ce tube est, selon une technique bien connue, soumis à une expansion radiale, par exemple par un gonflage hydraulique ou mécanique, qui déforme plastiquement le tube et l'applique avec serrage sur les collets. Le voile plan de chaque ailette peut comporter, comme connu en soi., une série de crevés en forme d'onglets coniques, dont l'effet est d'allonger le parcours de l'air traversant verticalement lté- changeur thermique et d'améliorer le rendement. Suivant une caractéristique de l'invention, ces crevés ont une ouverture orientée verticalement, et le nombre de crevés dont l'ouverture est orientée vers le haut est égal au nombre de crevés dont l'ouverture est orientée vers le bas, de sorte que les ailettes sont réversibles, ce qui veut dire qu'elles n'ont pas de sens de montage privilégié et que le monteur ne peut pas faire un montage dans une position incorrecte. Les zones adjacentes aux bords terminaux respectifs du voile plan de l'ailette sont avantageusement pourvues d'un ou plusieurs gaufrages d'allure cylindrique, orientés verticalement, qui ont 1'avantage de raidir les tranches libres de l'ailette, de contribuer à l'amélioration du rendement en créant une perte de charge pour l'air en circulation et d'anéliorer la présentation de l"ailette en creant une tension transversale dans les deux bords libres De plus, ce gaufrage, ou ces gaufrages, peuvent être exécutés dans la nachine de fabrication, sur la bande contimme à partir de laquelle les ailettes sont formées et découpées, la coupe étant exécutée au milieu de la longueur du gaufrage, ou des gaufrages, pratiqués dans la bande, c'est-à-dire dans une zone présentant une raideur favorable. De préférence les ailettes sont en aluminium, c'est-à-dire en un métal à haute conductibilité thermique et dont le traitement par découpage et déformation est facile. La résistance mécanique relativement faible de l'aluminium est compensée par la rigidité conférée à l'échangeur assemblé par la présence des tiges mentionnées précédemment qui sont fixées aux flasques d'extré@ité. Dans les échangeurs thermiques connus comportant deux tubes de circulation, ou davantage, chaque ailette est commune aux tabes et comprend à cet effet plusieurs trous traverses par les tubes respectifs. Cette disposition a l'inconvénient, dans le cas où le montage est en seriez de creer un peut thermique entre les tubes dans lesquels le fluide circulant a une température différente. Dans l'échangeur thermique suivant l'invention, un empilage d'ailettes distinct est monte sur chaque tube, de sorte qu'il n'y a aucun pont thermique. L'invention sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre, en reference au dessin anne ze dans lequel : - la Fig. 1 est une vue en perspective d'une ailette; - la Fig. 2 représente, en perspective, un préassemblage de trois ailettes; - la Fig. 3 est mme vue en coupe, à plus grande échelle, de deux ailettes emboîtées l'une dans l'autre; - la Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur pourvu de deux faisceaux d'ailettes; - la Fig. 5 est une vue en plan correspondante; - la Fig. 6 est une vue en coupe verticale, avec arrachement, d'un convecteur équipé d'un échangeur conforme aux Fig. 4 et 5. L'ailette de la Fig. 1, qui est de préférence on alu@inium, est obtenue, par exemple, par déformation à froid, découpage et tronçonnage d'une bande dans une machine appropriée. L'ailette représentée comporte un voile plan rectangulaire 1 au centre duquel est formée oue ouverture 2 délimitée par un collet cylindrique 3 destiné à être appliqué de façon serrée au contact d'un tube 4 (Fig. 4) de circulation de fluide. Les deux côtés verticaux du voile 1 sont pourvus d'un rebord coudé 6 qui comprend une partie 7 faisant un angle obtus avec le voile 1, suivie d'une partie 8 perpendiculaire au plan du voile 1. La forme divergente créée par la partie 7 des deux rebords 6facilite l'empilage des ailettes, comme le montre la Fig. 3, en ce sens que l'arrête terminale 9 de la partie 8 d'une ailette 1 venant se superposer à une autre ailette est guidée le long des surfaces 7. La position relative assignée à deux ailettes adjacentes dans un empilage, tel que celui de la Fig. 2, est en outre définie, d'une part par la mise en butée de l'arrête terminale 9 des rebords 6 d'une ailette sur une languette centrale 11 formée dans la partie 7 des rebords de l'ailette sous-jacente, par découpage et pliage vers 1'extérieur dans une direction parallèle au voile plan 1, d'autre part par l'effet de guidage et de retenue créé par deux pattes 12 formées également dans la partie 7 des rebords de l'ailette sousjacente, par découpage et pliage suivant une direction qui donne aux pattes 12 des deux rebords 6 une convergence vers les arêtes terminales 9, la naissance des pattes 12 sur chaque rebord colncidant à peu près avec la ligne de séparation des deux pentes du rebord 6. Pour améliorer le rendement d'un échangeur thermique équipé des ailettes- représentées, le voile plan 1 comporte des crevés 13 dont la forme générale est celle d'onglets coniques, qui sont exécutés sur une même face du voile et dont l'ouverture 14 a une orientation verticale. Pour que l'ailette 1 soit réversible, c'est-àdire qu'elle nuait pas de sens de montage privilégié, les crevés prévus de part et d'autre de la ligne transversale médiane X-X de l'ailette ont une disposition symétrique par rapport à cette ligne et le nombre de crevés 13a ouverts vers le haut est égal au nombre de crevés 13b ouverts vers le bas, les deux crevés disposés sur la ligne X-X étant ouverts l'un vers le haut et l'autre vers le bas. Dans la zone adjacente aux deux bords libres 16 du voile plan 1, les ailettes comportent en outre deux gaufrages d'allure cylindrique 17, qui sont eux aussi disposés symétriquement par rapport à la ligne X-X et dont la fonction principale est de contribuer également à l'amélioration du rendement en créant une perte de charge pour l'air en circulation, et des raidir les zones terminales du voile de l'ailette. Pour permettre un assemblage rigide d'un ou plusieurs empilages d'ailettes, il est prévu dans chaque angle d'une ailette I une échancrure t8 formée essentiellement dans les extrémités de chaque rebord 6, et dans laquelle peut prendre appui une tige de maintien 19 (Fig. 4) immobilisée à ses extrémités. Les Fig. 4 et 5 montrent précisément un double empilage d'ailettes conformesà la Fig. 1, qui fait partie d'un échangeur thermique comportant deux tubes parallèles 4, 5 montés en série, traversant les ouvertures 2 des ailettes des empilages respectifs dans lesquels une solidarisation mécanique et un bon contact d'échange thermique sont assurés par l'effet d'une déformation radiale par expansion des tubes 4, 5, obtenue, selon une technique connue, par un gonflage hydraulique ou mécanique de ces tubes. il est prévu quatre tiges d'assemblage 19 prenant appui dans les échancrures 18 des ailettes, qui définissent les quatre arêtes du parallélépipède formé par le double empilage.A chaque extrémité du double empilage, les tiges 19 traversent un flasque 21 par rapport auquel les tiges sont fixées, de préférence au moyen d'une rondelle 22 pourvue de pointes ancrées dans la surface cylindrique des tiges. Les flasques 21 assurent en outre le centrage d'éléments de branchement pour les tubes 4, 5, qui sont constitués, à une extrémité par des raccords filetés 23, et à l'autre extrémité par un collecteur de liaison 24. On remarquera sur la Fig. 5 qu'aucun pont thermique n'est formé entre les tubes 4 et 5 du fait que les deux faisceaux d'ailettes sont séparés par un intervalle 20. La Fig. 6 représente un convecteur équipé d'un échangeur thermique conforme aux Fig. 4 et 5, formant batterie de chauffe. Ce dernier est fixé au moyen de vis 26, traversant les flasques 21, à des tôles-support 27 du convecteur, qui sont fixées au moyen de pattes 28 dans des crochets 29 scellés dans la paroi contre laquelle le convecteur est appuyé. Les rebords supérieurs 22a des flasques 22 sont en outre appuyés sur des crevés de retenue 31 des t6les 27.La grille supérieure 32 -du convecteur comporte des lames 33 présentant une obliquité vers le haut, dans le sens opposé à la paroi, pour donner aux filets d'air qui sortent de la grille du convecteur, après avoir été admis à la partie inférieure et avoir balayé la batterie de chauffe, une orientation qui les écarte de la paroi pour éviter toute salissure sur cette dernière. il est prévu de plus, dans la partie de la grille 32 adjacente à la paroi, un certain nombre d'orifices 34 qui communiquent chacun avec un conduit 36 relié à une entrée d'air frais 37 et isolé de la zone du convecteur où circule l'air chaud. Cette disposition permet d'utiliser ce qu?il est courant d'appeler une ventilation mécanique con trôlée, et en outre, grâce à la séparation d'avec la circulation d'air chaud, évite de perturber la convection naturelle dans le corps du convecteur. Chaque orifice 34 est délimité par une tôle 38 formant déflecteur, qui donne aux filets d'air frais une orientation qui les écarte de la paroi à laquelle le convecteur est adossé. RENENDICATIONS 1 - Echangeur thermique comportant un ou plusieurs empilages d'ailettes en métal, formées d'un voile rectangulaire plan qui comporte un trou central délimité par un collet cylindrique prévu pour etre fixé sur un tube de circulation de fluide et, sur deux côtés verticaux opposés, des rebords coudés qui sont adaptés pour coopérer avec des rebords d'une ailette adjacente, caractérisé en ce que les rebords ont une forme au moins partiellement divergente, et il est-prévu sur chacun d'eux au moins une languette découpée et pliée dans une direction à peu près parallèle au voile plan, pour recevoir en appui la tranche du rebord correspondant d'une ailette adjacente. 2 - Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rebords comportent chacun au moins une patte découpée et pliée, de telle sorte que deux pattes homologues formées sur les rebords respectifs de l'ailette convergent vers la tranche des rebords, de manière à définir une retenue latérale pour les rebords d'une ailette adjacente. 3 - Echangeur suivant la revendication 2, caractérisée en ce que sur chaque rebord sont formées deux pattes de retenue disposées de part et d'autre d'une languette centrale d'appui. 4 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque rebord comporte une double pente qui définit à partir du voile plan une partie divergente, dans laquelle est formée la languette d'appui, et une partie perpendiculaire au plan du voile. 5 - Echangeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pliure de la ou des pattes de retenue cotncide approximativement, dXans chaque rebord, avec l'arête de changement de pente. 6 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans chaque angle de l'ailette est fbrmée une échancrure' destinée à recevoir en appui une tige pour l'assemblage d'un empilage d'ailettes. 7 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 6, dont le voile plan comporte des crevés en forme d'onglets coniques, caractérisé en ce que l'ouverture des crevés est orientée verticalement et en ce que le nombre de crevés dont l'ouverture est orientée vers le haut est égal au nombre de crevés dont l'ouverture est orientée vers le bas, de sorte que l'ailette est réversible. 8 - Echangeur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la disposition générale des crevés est symétrique par rapport à la ligne transversale médiane. g - Echangeur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les crevés éventuellement prévus sur la ligne transversale médiane ont une orientation alternante. 10 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs gaufrages d'allure cylindrique, orientés verticalement, sont formés dans les zones adjacentes aux bords terminaux respectifs du voile plan. 11 - Echangeur suivant i'une des revendications 1 à 10, earaetérisé en ce que le métal de l'ailette est un métal léger, tel que l'aluminium. 12 - Echangeur suivant l'urne des revendications 1 à 11, dans lequel les ailettes sont solidarisées dans I'empilage, ou dans chaque empilage, avec un tube de circulation de fluide et dont l'ensemble a la forme générale d'un parallélépipède, caractérisé en ce que l'ensemble parallélépipédique est assemblé au moyen de quatre tiges qui sont engagées, suivant les arêtes respectives du parallélépipède, dans les échancrures prévues aux angles correspondants des ailettes, et qui sont réunies à leurs extrémités respectives avec deux flasques servant également au montage des éléments de branchement pour la circulation du fluide à l'intérieur du tube ou des tubes. 13 - Echangeur suivant la revendication 12, comportant au moins deux tu bes à ailettes, caractérisé en ce que des empilages d'ailettes indépendants sont disposés autour des tubes respectifs, deux empilages adjacents étant séparés par un intervalle (20). 14 - Convecteur comportant un échangeur thermique suivant l'une des revendications 1 à 13, qui est disposé à l'intérieur d'un habillage dont le dessus forme une grille à lames pour la sortie de l'air qui a balayé l'échangeur, caractérisé en ce que l'échangeur est fixé à la partie inférieure du convecteur, de telle sorte que l'air admis dans cette partie inférieure balaie les ailettes de l'échangeur et s'élève à l'intérieur du convecteur puis s'échappe à travers les lames de la grille qui forment des déflecteurs canalisant les filets d'air dans une direction opposée à la face arrière du convecteur. 15 - Convecteur suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu a la partie arrière de la grille sont prévus des orifices de sortie d'air reliés à un conduit d'air frais permettant une ventilation mécanique contrôlé. 16 - Convecteur suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les orifices arrière de la grille forment des déflecteurs qui canali-sent l'air frais dans une direction opposée à la face arrière du convecteur.