Brevet FR2280871A1 — publié le 19760227

la présente invention concerne un nouvel échangeur de chaleur à sous-ensembles empilés, ledit échangeur de chaleur pouvant être mis en oeuvre dans différentes applications, notamment en tant qu t échangeur liquide-liquide, par exemple huile-eau, ou en tant qu'échangeur gaz-liquide, par exemple en tant que refroidisseur ou réchauffeur d'eau, d'huile, etc. De par la réalisation des éléments qui le constituent, l'échangeur de l'invention permet une fabrication particulibrement simple nécessitant très peu de main-d'oeuvre et, de toute façon, un temps d'exécution très court. De plus, l'échangeur de l'invention peut indifféremment être fabriqué en métaux de natures diverses, par exemple en acier, acier inoxydable, aluminium, alliages de ce métal, cuivre, laiton ou autres métaux. En outre, la réalisation de l'invention fait que les éléments constitutifs des sous-ensembles s'entretoisent mú- tuellement de sorte qu'il peuvent supporter des pressions élevées et qu'ils ne risquent pas d'être déformés pendant l'exécution du soudage ou du brasage qu'ils subissent. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur est constitué par un empilage de sous-ensembles formant au moins un conduit de circulation et deux chambres collectrices élémentaires, chaque sous-ensemble étant constitué par l'assemblage de deux demi-lames accolées qui présentent; sur toute leur periphérie,une portée d'appui s'étendant dans un plan parallèle à celui que délimite leur fond ou corps, des emboutis en forme de couronnes étant prévus pour faire saillie vers l'extérieur des demi-lames, au voisinage de leurs deux extrémités, le bord interne des couronnes délimitant des pattes saillant vers 11 extérieur et la portée d'appui périphérique délimitant des épaulements transversaux formant des butées de centrage pour un perturbateur inséré entre les deux demi-lames d'un sous-ensemble. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexes. La fig. 1 est une perspective éclatée, vue de l'extérieur, d'une demi-lame de l'échangeur de chaleur de l'invention. La fig. 2 est une perspective d'une demi-lame, analogue à la représentation de la fig. 1, mais illustrant l'intérieur de ladite demi-lame. La fig. 3 est une coupe longitudinale partielle vue suivant la ligne III-III de la fig. 2 et illustrant l'assemblage des lames pour constituer un échangeur de chaleur. La fig. 4 est une coupe vue suivant la ligne IV-IV de la fig. 2 et illustrant une caractéristique particulière pour l'assemblage des demi-lames entre elles. La fig. 5 est une coupe analogue à la fig. 3 montrant partiellement un échangeur dans une application particulière. La fig. 6 est un plan schématique illustrant une caractéristique supplémentaire de l'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent la réalisation des demi lame s élémentaire3 auto-assemblables pour constituer des sous-ensembles en forme de lames délimitant au moins un conduit de circulation et deux chambres collectrices élémentaires, sous-ensembles qui sont dénommés lames dans ce qui suit et qui sont susceptibles d'être assemblés par empilage pour constituer un échangeur de chaleur dont la capacité d'échange.thermique dépend du nombre de lames utilisées. Les demi-lames présentent la forme générale d'un rectangle, mais de préférence leurs deux extrémités sont conformées en triangle pour réduire la quantité de métal nécessaire à leur constitution. Ces demi-lames sont fabriquées par emboutissage à partir d'une feuille qui peut indifféremment être en acier, de préférence inoxydable, en aluminium, ou alliages de ce métal, ou éventuellement encore en cuivre, laiton ou analogue Vue de l'extérieur, chaque demi-lame délimite un corps 1 plan, ou sensiblement plan, bien que des protubérances peuvent y être formées ainsi qu'il est indiqué dans ce qui suit, ledit corps étant limité latéralement par des bords tombés 2, 2a délimitant des portées d'appui 3, 3a s'étendant dans un même plan.Les portées d'appui 3, 3a sont de préférence, mais non nécessairement, prolongées par un bord montant 4 qui s'étend tout autour de la périphérie de chaque demi-lame et dont la fonction essentielle est de raidir les portées d'appui 3, 3a pour que celles-ci présentent une bonne planéité. A ses deux extrémités le corps 1 présente des couronnes saillantes 5, 5a qui apparaissent ainsi de façon convexe lorsquton regarde la demi-lame de l'extérieur comme à la fig.1 et, par conséquent, apparaissent en tant que concavités lorsqu'on regarde la demi-lame de l'intérieur comme à la fig. 2. Le bord intente des couronnes 5, 5a est découpé pour délimiter des pattes 6, respectivement 6a, qui sont cambrées pour faire saillie vers l'extérieur de la demi-lame.Les pattes 6, respectivement 6a, sont également réparties, par exemple décalées de 1200. La fig. 1 montre que les pattes 6a sont formées de même manière, mais sont décalées par rapport aux pattes 6 d'un demi-pas, c'està-dire de 600 lorsque lesdites pattes 6 sont séparées par des angles de 1200. Le bord interne 7, respectivement 7a, des couronnes 5, 5a est découpé pour correspondre exactement à la paroi externe 61, respectivement 6a1, des pattes 6, respectivement 6a. La mesure dont font saillie vers l'ex- térieur les pattes 6, 6a peut être faible, par exemple peu différente de l'épaisseur du métal constitutif des demilames. Les portées appui 3, 3a sont prolongées vers les extrémités des lames, comme cela apparaît, en formant des épaulements 8, 81 et 8a,8a1 dont la convexité est tournée vers l'intérieur des demi-lames puisque les parties prolongées 311 32 des portées d'appui sont évidemment coplanaires avec ces dernières. Les épaulements 8 à 8a1 présentent une direction transversale et sont formés au voisinage du diamètre des couronnes 5, Sa. Les parties prolongées 31' 32 des portées d'appui 3, 3a délimitent, au-delà des épaulements 8a, 8a,, des plages 9, 91 9a et 9a1 dans lesquelles sont pratiqués des picots, respectivement des lumières. Ainsi, dans l'exemple repré senté, un picot 10, saillant vers l'intérieur de la lame, est formé dans la plage 9 ainsi que dans la plage 9a1, et une lumière 11 est formée dans la plage 91 ainsi que dans la plage 9a, c'est-à-dire que les picots sont placés sensiblement aux extrémités d'une diagonale des demi-lames, tandis que les lumières sont percées sensiblement aux extrémités de l'autre diagonale. Pour constituer une lame de circulation, on assemble deux demi-lames identiques avec les picots 10 de l'une des demi-lames engagés dans les lumières Il de la demi-lame complémentaire (fig. 4), ce qui permet de réunir mécaniquement les deux demi-lames entre elles en écrasant ou pliant les parties des picots 10 qui font saillie des lumières 11. Pour constituer un faisceau d'échangeur de chaleur, on empile ensuite plusieurs lames et, puisque les demi-lames constituant chacune d'elles sont opposes entre-elles, les pattes 6 stinsèrent automatiquement contre les découpes 7a, et respectivement les pattes 6a, contre les découpes 7, ce qui est illustré par les fig. 3 et 4. Les pattes 6, Ga assurent ainsi un centrage correct des lames successives les unes par rapport aux autres. Des perturbateurs 12 sont insérés dans chaque lame avant l'assemblage des demi-lames ilui les constituent. Ges perturbateurs, de forme générale rectangulaire, sont alors centrés à l'intérieur des lames en prenant appui contre les épaulements 8a a8gn, ce qui est illustré par le dessin. Ainsi qu'il est exposé dans ce qui précède, des échangeurs, onstitués comme décrit, peuvent être utilisés à différentes fins. Lorsqu'ils doivent constituer des échangeurs entre un liquide et un gaz, par exemple entre de l'huile et de l'air, alors, comme il est montré par la fig. 3, des dissipateurs 13 peuvent être insérés entre les lames successives, ces dissipateurs étant centrés lorsqu'ils prennent appui contre les couronnes 5, Sa. Pour éviter tout déplacement transversal des dissipateurs, il est possible de faire venir latéralement des pattes d'arrêt 14 prolongeant le bord montant 4 (fig. 1). Lorsque l'échangeur à réaliser doit l'être en tant qu'échangeur liquide-liquide, par exemple huile-eau, alors, le corps 1 des demi-lames peut être plan, comme expliqué dans ae qui précède, ou, au contrainre, il peut présenter des saillies correspondantes 15 tournant leur convexité vers l'extérieur des demi-lames, comme illustré par la fig. 5. Cette disposition connue en ellemême permet de faire supporter aux lames des pressions de travail considérables car la pression régnant à l'intérieur de chaque lame est transmise aux lames contiguës par les protubérances 15. En outre, ces protubérances peuvent être utilisées pour perturber le trajet du liquide circulant entre deux lames contigues.La fig. 6 montre que des protubérances 15a peuvent être formées suivant deux rangées pour assurer le centrage debatrettes 18 formant des cloisons déflectrices entre le corps 1 de deux lames successives et permettant par suite de diriger la circulation d'un des fluides comme montré par la flache lorsque l'échangeur est disposé dans un boitier 19. Ainsi qu'il est expliqué dans ce qui précède, les demi-lames peuvent être fabriquées en différents métaux. Lorsque l'échangeur est assemblé par empilage d'un nombre approprié de lames, il est ensuite soumis aux opérations habituelles de soudage, brasage ou autres moyens d'assemblage propres à la technique des métaux considérés. L'invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, l'échangeur peut être muni de joues latérales 16 disposées alors comme illustré en traits mixtes à la fig. 3, lesdites joues latérales étant éventuellement centrées par les pattes 6a qui peuvent aussi etre utilisées pour le centrage de tubulures, embases de liai son,op bouchons 17 comme cela est aussi illustré en traits mixtes à la fig. 3. De même les emboutis en forme de couronnes ne sont évidémment pas nécessairement de section circulaire mais au contraire leur section peut être oblongue ou polygonale. REVENDI GAT TONS 1 - Echangeur de chaleur réalisé par un empilage de sous-ensembles formant au moins un conduit de circulation et deux chambres collectrices élémentaires, chaque sousensemble étant constitué par l'assemblage de deux demilames accolées, caractérisé en ce que lesdites demi-lames présentent sur toute leur périphérie une portée d'appui s'étendant dans un plan parallèle à celui que délimite leur fond ou corps, des emboutis en forme de couronnes étant prévus, pour faire saillie vers l'extérieur des demi-lames, au voisinage de leurs deux extrémités, le bord interne des couronnes délimitant des pattes saillant vers l'extérieur et la portée d'appui périphérique délimitant des épaulements transversaux formant des butées de centrage pour un perturbateur inséré entre les deux demi-lames d'un sousensemble. 2 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les épaulements formés par la portée d'appui périphérique s'étendent transversalement jusqu'aux emboutis en forme de couronnes et à un niveau passant sensiblement par le centre desdites couronnes. 3 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les perturbateurs sont de forme rectangulaire et s'étendent jusqu'aux épaulements. 4 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pattes formées à partir du bord intérieur de l'un des deux emboutis en forme de couronnes sont décalées d'un demi-pas par rapport aux pattes formées à partir du bord intérieur de l'autre embouti en forme de couronne, de sorte que deux sous-ensembles identiques empilés sont autocentrés l'un par rapport à l'autre par les pattes ménagées dans leurs demi-lames adjacentes dont les emboutis en forme de couronnes prennent appui entre eux. 5 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les épaulements, formés au voisinage des extrémités des demi-lames par la portée d'appui périphérique, délimitent, de part et d'autre des emboutis en forme de ccuronnes, deux plages présentant respectivement l'une au moins une lumière et l'autre au moins un picot, lesdites lumières s'étendant aux extrémités d'une diagonale de la demi-lame et les picots aux extrémités de l'autre diagonale de la demi-lame, de sorte que lesdits picots d'une demi-lame sont introduits dans les lumières d'une demi-lame contiguë en assurant l'autocentrage et le verrouillage des deux demi-lames formant un sous-ensemble. 6 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentairement un élément dissipateur secondaire disposé entre deux sousensemble s consécutif s, ledit élément dissipateur secondaire étant centré longitudinalement en prenant appui contre les emboutis en forme de couronnes desdits sous-ensembles. 7 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des organes en forme de pattes ou analogues formés à partir des bords latéraux des demi-lames pour le centrage latéral de l'organe dissipateur inséré entre deux sous-ensembles. 8 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des protubérances, saillies ou analogues formées en correspondance dans le fond ou corps de chaque demi-lame pour prendre appui contre les protubérances, saillies ou analogues de la demi-lame contiguë en constituant des éléments pertubatteurs et de transmission des pressions régnant à l'intérieur des sous-ensembles successifs et élément centreur pour des barrettes formant des cloisons partielles entre sous-ensembles successifs. 9 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte supplémentairement des joues latérales, embases, tubulures et bouchons disposées de part et d'autre des sous-ensembles extrêmes qu'il comporte et dont le centrage est assuré par les pattes saillant du bord intérieur des emboutis en forme de couronnes des demi-lames extrêmes.