Brevet FR2259343A1 — publié le 19750822

L'invention concerne des échangeurs thermiques, et plus particulièrement des échangeurs air-air de machines électriques fermées. Divers types d'échangeurs thermiques sont construits de façon courante. On connaît notamment des échangeurs à tubes et des échangeurs à plaques. Dans le premier cas, des tubes lisses ou à ailettes parcourus interieurezent par l'un des fluides et extêrieurament par l'autre, sont maintenus à chaque extrémité dans une plaque percée. Le maintien doit être étanche, de meme que le capotage extérieur separant l'échangeur de l'air ambiant. Dans le deuxième cas, des canaux parallèles séparés par une successioa de plaques sont parcourus alternativement par l'un et l'autre des fluides. Une étanchéité est réalisée tout au long des plaques séparant les deux fluides, soit par assemblage définitif, soit par joints collés démontables. Dans l'un et l'autre cas, la réalisation comporte une part importante d'usinages précis tel que : perçage, fraisage, etc... L'invention se propose de simplifier la fabrication des échangeurs thermiques, de réduire le nombre de produits de base nécessaires à la constitution d'échangeurs divers et d'améliorer le rapport entre le coefficient d'échange thermique et les pertes de charge dans l'échangeur. L'invention a pour objet un échangeur du type comportant, dans des plans parallèles, d'une part une série de premiers passages parcourus par un premier fluide, d'autre part une série de deuxièmes passages alternés avec les premiers passages et parcourus par un deuxieme fluide, caractérise en ce que les premiers passages sont constitués par un empilement de profilés fermés et étanches s'étendant sur toute une longueur de l'échangeur et en ce que deux empilements successifs sont maintenus distants l'un de l'autre par au moins deux profilés d'écartement fixés sur l'un et l'autre de ces deux empilements, l'espace entre deux empilements successifs constituant l'un des deuxièmes passages. On peut, ainsi, constituer un échangeur athermique, en totalité, à partir de profilés. Ces profilés peuvent être réalisés en matériaux divers de conductibilité thermique convenable. Ce sont le plus souvent des matériaux métalliques (aluminium, cuivre, acier,...). Leur forme correspond, soit aux formes classiques du commerce (tubes ronds, carrés, rectangulaires ... tés, cornières, U ...), soit à des formes créées spécialement pour cet usage spécifique. On peut, notamment, choisir comme profilés fermés et étanches des tubes rectangulaires qui permettent un empilement aisé, comme profilés d'écartement des tubes en U, et fixer ltéchangeur au moyen de profilés en forme de cornière placés sur les bords de l'échangeur. Les profilés constitutifs de l'échangeur peuvent être assemblés par soudage, brasage ou tout autre procédé, mais le mode d'assemblage le plus simple est le collage. En se référant aux figures schématiques ci-jointes, on va décrire des exemples de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre non limitatif. La figure I représente une portion d'échangeur thermique air-air vue en coupe, avec un début de vue en perspective. La figure 2 est une coupe suivant 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en bout d'un moteur électrique muni d'un échangeur thermique selon l'invention. La figure 1 montre deux empilements I et 2 de tubes à section rectangulaire 3 collés les uns aux autres en 4. Ces deux empilements I et 2 sont fixés l'un à l'autre et tenus à une certaine distance l'un de l'autre par des profilés en U tels que 5 et 6 collés aux empilements I et 2 par un collage tel que 7. Sur cette figure, pour simplifier, on a représenté seulement deux empilements de trois tubes chacun, mais, en réalité, un échangeur thermique comprend un grand nombre, par exemple une vingtaine, d'empilenents, et chaque empilement comprend également un grand nombre de tubes colles les uns sur les autres. Des profiles en cornière 8 permettent la fixation de l'échangeur. L'air de refroidissement passe dans les tubes 3 tandis que l'air à refroidir parcourt les espaces 9 entre deux empilements I et 2. Sur la figure 2, qui montre une coupe dans un des deuxiemes passages, on voit que ce passage est délimité par les profiles en U 5 et 6 qui servent de fermeture également et par des plaques d'extrémité 10 qui peuvent être également constitués par des profilés en U. Des profiles en U tels que 11, 12 et 13 servent de guide et créent un système de chicanes pour le passage de l'air à refroidir dont le parcours a été figure par la ligne 14 sur la figure 2, tandis que le sens de circulation de l'air de refroidissement dans les tubes 3 a te figuré, sur la figure 2, par la flèche 15. D'autres profilés en cornière 16 visibles sur la figure 2 servent au raccordement de l'échangeur. La réalisation d'un tel échangeur peut s'effectuer en quatre temps : - mise à longueur des divers éléments ; - collage entre eux des tubes 3 d'un meme empilement et traitement thermique du collage - installation de profilés en U préencollés 5 et 6 sur ce premier-èmpiîement; puis installation du deuxième empilement, et ainsi de suite, enfin traitement thermique du collage de l'ensemble - mise en place des cornières 8, 16 de raccordement de l'échangeur et, éventuellement, d'un cerclage de sécurité, non représenté ici. La figure 3 montre l'installation d'un tel échangeur 17 à la partie supérieure d'un moteur électrique 13. Suivant les besoins, d'autres échangeurs pourraient être installés sur les deux autres côtés accessibles de ce moteur du type à section extérieure carrée. Les tubes 3 sont orientés dans le sens axial et reçoivent un fluide extérieur, par exemple de l'air extérieur. Le moteur est du type fermé et ltéchangeur 17 constitue la fermeture du moteur pour le côté supérieur; l'air intérieur parcourt des passages 9 analogues au passage repré senté sur la figure 2, les ouvertures notées 20 et 21 sur cette figure permettant respectivement l'entrée et la sortie de l'air intérieur aux extrémités du moteur, cet air suivant dans l'échangeur le parcours figuré par la ligne 14. Du point de vue technique, l'échangeur suivant l'invention entraîne une perte de charge réduite (ce qui est surtout intéressant lorsque l'échangeur ne travaille pas en tant que tel, mais est associé à une machine, une machine électrique par exemple) ; il permet des variantes sur la forme et la position des profilés intérieurs 11, 12, 13, même d'un circuit au circuit voisin du meme échangeur, et une optimisation du compromis perte de charge/coefficient d'échange, du fait de la facilité avec laquelle on peut répartir les obstacles ; un seul métal peut entrer dans la composition de l'échangeur, ce qui évite lesproblèmes de couples électrolytiques. Du point de vue de la réalisation, il en résulte une grande sbuplesse dans les dimensions : toute une gamme d'échangeurs peut être réalisée à partir des mêmes produits de base ; les moyens de réalisation sont peu onéreux : main d'oeuvre peu qualifiée, investissements réduits ; les problèmes d'êtancheité se posent seulement à la périphérie de l'échangeur et non pas entre les profilés fernés d'un empilement situé à l'intérieur de I'cTareir. REVENDICATIONS 1/ Echangeur thermique comportant, dans des plans parallèles, d'une part une série de premiers passages parcourus par un premier fluide, d'autre part une série de deuxièmes passages alternés avec les premiers passages, et parcourus par un deuxième fluide, caractérisé en ce que les premiers passages sont constitués chacun par un empilement (1, 2) de profilés fermés et étanches (3) s'étenSant sur toute une longueur de ltéchangeur et en ce que deux empilements successifs sont maintenus distants l'un de l'autre par au moins deux profilés d'écartements (5, 6) fixes sur l'un et l'autre de ces deux empilements, ltespace (9) entre deux empilements successifs constituant l'un des deuxièmes passages. 2/ Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits profilés fermés et étanches sont des tubes rectangulaires (3). 3/ Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits profilés d'écartement (5, 6) sont des profilés en U. 4/ Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des profilés (11, 12, 13) sont introduits dans les espaces entre deux empilements successifs pour former des chicanes dans les deuxièmes passages. 5/ Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des profilés en forme de cornière (8,16) sont fixés sur les bords de l'échangeur pour en permettre la fixation. 6/ Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les divers profilés sont -collés les uns aux autres (4, 7). 7/ Application d'un échangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, caracéris en ce qu'il est installé contre une machine électrique tournante (13) ont il ferme un côte, les deuxièmes passages (9) étant en communication, à leurs extrémités considérées selon ladite longueur, avec l'intérieur de la machine électrique, tandis que les premiers passages (3) sont parcourus par un fluide de l'air extérieur.