Brevet FR2303259A1 — publié le 19761001

La présente invention concerne une tôle métallique pour ailettes d'échangeurs thermiques, avec des évidements préralable- ment poinçonnés et préfabriquée pour le montage d'un ou de plu- sieurs serpentins où circule un fluide. Les tales de ce type servent à augmenter la surface acti ve d1 échangeurs thv siques utilisés par exemple comme évaporateurs ou liquéfacteurs dans les meubles frigorifiques, appareils de climatisation et autres similaires. Le fluide utilisé pour 1' échange thermique circule dans des serpentins disposés de diverses façons, qui, de leur côté, pour améliorer l'échange thermique, sont reliés à une pluralité d'ailettes, la liaison entre les serpentins et les ailettes étant thermiquement conductrice. L'air ou un autre fluide circule dans les intervalles entre les ailettes et est alors refroidi ou réchauffé par le fluide qui s'écoule dans les serpentins. On connais déià l'utilisation d'échangeurs thermiques dans les appareils précités et il est courant de munir d'ailettes les conduites où circule le fluide de chauffage ou de re froidissement pour augmenter ainsi la surface d'échange thermique, Etant donne que l'échange thermique, indépendamment de la difference de température entre le fluide de chauffage ou de refroidissement et le fluide, gazeux ou liquide, qui lèche la face externe des conduites, augmente avec la surface d'échange, les tentatives n'ont pas manqué pour multiplier la grandeur de cette dernière en plaçant des ailettes sur les dites conduites.Dans les appareils du type précité, on utilise le plus souvent des ailettes dont l'épaisseur n'excède pas 1 i et peut être inférieure à 0,2 mm. Les échangeurs de ce type doivent avoir un bon rendement, être peu encombrants et d'une fabrication facile et peu coûteuse. L'inconvénient des échangeurs de ce type est que, malgré le prix modique des ailettes, il est relativement coûteux de les monter sur les conduites d'une façon rationnelle, avec une conductibilité thermique optimale des zones de contact. On a commencé par enfiler sur les tuyaux des ailettes en forme de rondelles en les maintenant à une distance déterminée les unes des autres, par exemple en dudgeonnant le tuyau. Une étape importante vers une liaison rationnelle entre le tuyau et l'ailette est cependant décrite dans le brevet allemand N0 1 ooo 407. il y est revendiqué une têle powr ailettes en ferrure bande plate, d'une seule pièce.L'inventeur s'est parfaitement rendu compte qu'une telle bande peut être plusieurs fois en contact asec un serpentin. Mais il a considérX comme nouveau dans ce systtme d'ailettes le fait de xenkger des La tale des évi- dements d'terminés et de poinçonner des fentes verticales et horizontales. Toutes comme il est dit dans la partie caracté- risante des revendications, ces fantes servent uniquement} conjointement à des évidements carrés, à former autoar du tuyau un polygone se rapprochant de la forme circulaire. L'invention a donc pour objet de réaliser des ailettes conformées de façon à pouvoir être fabriquées rationnellement et à étire assembles rapidement avec la ou les conduites où circule le fluide de chauffage ou de refroidissement. A cet effet, dans la tôle selon l'invention, des fentes horizontales et verticales sont formées dans la pièce de tôle métallique continue et disposées en rangées horizontales avec une alternance judicieuse telle qu'après pliage de la tôle en accordéon, dans les zones de pliage, les fentes verticales forment des supports pour les tuyaux et les fentes horizontales forment des échancrures pour la libre circulation du fluide gazeux ou liquide à réchauffer ou à refroidir. Une forme particulière du motif de poinçonnage qui se répète dans la pièce de tôle continue consiste à poinçonner alternativement dans une même rangée des fentes verticales et horizontales et notamment autant de fentes verticales que dans un changeur thermique le serpentin comporte de tronçons à enfoncer dans les supports à former. La rangée suivante, constituée par des fentes horizontales, comporte moins d'intervalles entra les évidements. La tôle est ensuite pliée en accordéon, chaque zone de pliage correspondant à une rangée de fentes. De ce faits l'air peut circuler entre les zones restées planes de la tôle, qui jouent le rôle d'ailettes, et lécher à la fois les ailettes et les tronçons du serpentin. On obtient ainsi un paquet d'ailettes avec un serpentin enfoncé par un côté dans le paquet. Dans une autre forme d'exécution du motif de poinçonnage, les fentes verticales et horizontales peuvent alterner dans chaque rangée, les fentes verticales d'une rangée étant décalées, par rapport à celles de la rangée précédente, latéralement de la moitié du pas de ces Bêmes fentes, et il en est de même pour les fentes horizontales Selon l'invention, les fentes verticales et horizontales peuvent aussi être combinées et il en résulte des découpures en forme de croix qui, lorsque la tôle est ensuite pliée en accordéon, forment dans les zones de pliage des fentes de mentilation et des supports situés en retrait de ces fentes pour les tron çons de serpentin.Dans les parties restées planes de la tôle, il est prévu en outre des découpures, des empreintes en creux ou en relief, pour provoquer une turbulence du fluide de léchage, par exemple de l'air. Enfin, les fentes verticales peuvent être en forme d'hal tères afin que lors du pliage ultérieur de la tôle il en résulte pour les tronçons de serpentin des supports dont le fond est plus large-que la fente autbords parallèles qui y aboutit. Le tuyau, en l'occurrence le tronçon de serpentin, a un diamètre extérieur à peu près égal à la largeur de la partie à bords parallèles de la fente; il est enfoncé dans le fond du support, puis déformé de façon à ne plus pouvoir en sortir. Les avantages des ailettes selon l'invention résident dans le fait qu'elles peuvent être formées dans une bande de tôle sans fin, tirée de la bobine, dans laquelle, suivant que les ailettes sont destinées à un échangeur thermique à serpentin sur une face ou sur les deux faces, on poinçonne un motif fixe, qui se répète toute les rangées ou toutes les deux rangées. La tôle préalablement poinçonnée est ensuite pliée en accordéon de façon que les zones de pliage coïncident avec des rangées de découpures, et le rayon de courbure dans les zones de pliage donne la distance entre les parties restées planes, c'est-à-dire entre les ailettes de l'échangeur. Dans le paquet d'ailettes compact préfabriqué ainsi formé, on enfonce au cours d'une opération séparée la serpentin dans lequel circule le fluide de chauffage ou de refroidissement. il est également possible selon l'invention d'enfoncer des serpentins préfabriqués semi-automatiquement ou entièrement automatiquement dans le paquet d'ailettes préfabriqué de façon entièrement automatique. Pour permettre une bonne circulation du fluide de léchage à travers le paquet d'ailettes et, de ce fait, un meilleur le- chage du serpentin, dans les zones de pliage les bandes de matière re restant entre les découpures sont étroites. Ces bandes étroites perturbent l'écoulement laminaire des fluides de léchage gazeux ou liquides et créent un écoulement turbulent qui favorise le transfert de chaleur. Les parties restées planes qui constituent les ailettes sont le plus souvent parallèles entre elles et séparées par la distance prévue; en comprimant le paquet, il est cependant parfaitement possible, suivant le choix du rayon de courbure pour le pliage en accordéon de la tôle, d'incliner les unes sur les autres les parties restées planes. Dans la description qui suit, en référence aux figures, on partira de l'hypothèse que la largeur des ailettes et celle du paquet correspondent à la largeur de la bobine de matière première. Mais l'invention embrasse également les cas où l'on utilise une large bande de tôle tirée d'une bobine, pour la refendre ensuite longitudinalement, avant ou après poinçonnage, afin qu'après pilage en accordéon, il en résulte plusieurs paquets d'ailettes dont la largeur totale, lorsque le rofendage s'est effectué sans déchets, correspond à celle de la bobine. Le refendago de la bande a lieu de façon à obtenir des paquets d'ailettes de la largeur voulue. il est signalé enfin que dans le présent mémoire descriptif, pour la commodité du langage, il n'est parlé que de parties planes jouant le rôle d'ailettes; il va de soi que cette expression n'exclut pas la présence des évidements et empreintes en creux ou en relief qui existent couramment aux mêmes endroits dans les échangeurs thermiques à ailettes traditionnels. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique afr nexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution des ailettes selon l'invention: Fig. 1 représente un motif de poinçonnage dans une bande de tôle pour ailettes, avec une rangée de fentes verticales alternant avec des fentes horizontales et une rangée de fentes horizontales; Fig. 2 est une vue de face de la tôle de fig. 1 pliée en accordéon pour former un paquet d'ailettes dans une des faces duquel est enfoncé un serpentin; Fig. 3 est une vue en coupe suivant III-III de fig. 2;; Fig. 4 représente un motif de poinçonnage dans une bande de tôle pour ailettes, avec deux rangées dans lesquelles les fentes verticales alternent avec des fentes horizontales, les deux rangées étant décalées latéralement l'une relativement à 1' autre; Fig. 5 est une vue de face de la tôle de fig. 4 pliée en accordéon pour former un paquet d'ailettes avec un serpentin enfoncé sur deux faces opposées; Fig. 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de fig. 5; Fig. 7-représente un motif de poinçonnage dans une bande de tôle pour ailettes, avec des rangées de fentes en croix alter hant avec des rangées de trous ronds; Fig. 8 est une vue do face de la tôle de fig. 7 pliée en accordéon pour former un paquet d'ailettes avec un serpentin enfoncé sur deux faces opposées;; Fig. 9 est une vue en coupe suivant IX-IX de fig. 8; Fig. 10 représente un motif de poinçonnage dans une bande de tôle pour ailettes, avec des rangées décalées latéralement les unes par rapport aux autres et dans lesquelles des fentes veF ticales en forme d'haltères alternent avec des fentes horizontales; Fig. il est une vue de face de la tôle de fig. 10 pliée en accordéon pour former un paquet d'ailettes, avec un serpentin enfoncé sur deux faces opposées. La fig. 1 montre une bande de tôle continue 1 dans laquelle on a poinçonné un motif formé de deux rangées. Dans l'une, des fentes verticales 2 alternent avec des fentes horizontales 3 et dans l'autre, des fentes horizontales 4 sont placées les unes à la suite des autres et séparées par de minces bandes de matière La La bande de tôle 1 est débitée en longueurs prédéte i nEes, au niveau des fentes horizontales i, de sorte qu'il en résulte des dents li le long de la ligne de coupe. A la fig. 2, la bande représentée à la fig. 1 a été pliée en accordéon le long des rangées de fentes et les fentes verticales 2 fournissent des supports 6 dans lesquels sont enfoncés les tronçons d'un serpentin 7, une liaison conductrice de la chaleur étant ainsi créée entre le serpentin et les ailettes for mées par la tôle pliée. Après le pliage suivant la fig. 2, le pas des rangées de fentes de la fig. 1 donne la hauteur du paquet d'ailettes, compte tenu du rayon de courbure dans les zones de pliage. La fig. 3, qui est une vue en coupe suivant III-III de fig. 2, ne montre qu'une partie du serpentin 7. La distance entre les parties restéés planes 8 qui forment les ailettes est donnée par le rayon de courbure dans les zones de pliage 9. La fig. 4 montre une bande de tôle continue dans laquelle on a poinçonné un motif formé de rangées de fentes verticales 2 alternant avec des fentes horizontales 2, chaque rangée étant décalée latéralement par rapport à la précédente et les fentes horizontales extreres 3' étant plus longues que les antres dans une rangée sur deux. Dans la fig. 5, où la bande représentée à la fig. 4 a été pliée en accordéon, on voit nettement le décalage latéral des fentes verticales 2 d'une rangée par rapport à celle de la précédente. Ce decalage 10 permet d'obtenir un paquet d' ailettes qui, bien qu'il permette le montage d'un serpentin sur ses deux faces, conserve un encombrement en hauteur relativement faible.La fig. 6s qui est une vue en coupe suivant VI-VI de fig. 5, ne montre qu'une partie du serpentin 11. La fig. 7 montre on motif de poinçonnage -constitué par des rangées de fentes verticales combinées à des fentes horizonta les, c'est-à-dire de fentes en croix 12. Des trous ronds li sont poinçonnés dans les parties de la bande de tôle qui resteront pla- nes après pliage en accordéon. Entre les fentes en croix 12 subsistent d'étroites bandes de matière 14. La bande de tôle continue est débitée en tronçons de la longueur voulue le long de 1' axe horizontal des fentes cruciformes 12 et il résulte alors des bandes étroites 14 une série de dents 14' le long des lignes de coupe.Dans la fig. 8, où la bande représentée à la fig. 7 a été pliée en accordéon, on voit nettement que le paquet d'ailettes ainsi obtenu permet le montage d'un serpentin sur ses deux faces mais a une hauteur supérieure à celle de la forme d'exécution précédemm^t décrite. Les supports li des tronçons de serpentin sont, patSuite de la configuration cruciforme des fentes 12,en foncés plus profoncément dans le milieu du paquet. Après pliage en accordéon, il ne reste plus aux lignes de pliage, en saillie, que les bandes étroites 14 et les zones de liaison avec les bords désignées par la référence 16, qui sont un peu plus larges, suivant la relation entre la largeur du motif et celle de la bande. La fig. 9, qui est une vue en coupe suivant IX-IX de fig. 8, ne montre qu'une partie du serpentin 17. La fig. 10 montre une bande de tôle continue dans laquelle on a poinçonné un motif formé de rangées décalées latéralement les unes par rapport aux autres et dans lesquelles des fentes ver 18 ticales 18 en forme d'haltères alternent avec des fentes horizonta les i. Dans une rangée sur deux, les fentes horizontales 3' situées sur les hords de la bande sont plus longues que les autres. Les fentes verticales en forcie d'haltères 18 comportent une partie aux bords parallèles 20 qui relie l'une à l'autre deux parties circulaires 19. La largeur de la partie 2 est inférieure au diamètre des parties 19. Lors du pliage en accordéon de la bande de tôle, elle forme une entrée 21 dont la largeur correspond tout juste au diamètre du serpentin. A la fig. 11, qui représente la bande de tôle de la fig. 10 après son pliage en accordéon, on peut voir que le serpentin 22 enfoncé dans la partie circulaire li des fentes verticales en forme d'haltères a été, par suite de la pression, déformé de telle façon qu'il est iobilisé solidement dans le paquet d'ailettes. Ceci est particulièrement intéressant lorsqu'on utilise des serpentins ayant un grand nombre de méandres. Dans cette forme de fente verticale, l'arc d'enveloppement particulièrement grand du support autour du serpentin assure nn meilleur contact entre ce dernier et les ailettes. L'invention embrasse non seulement les motifs de poinçonnage reproduits dans les figures, mais également toutes les combinaisons ou variantes de ces motifs qui ne s'écartent pas du principe de l'invention. Un décalage latéral quelconque entre les rangées est parfaitement possible. Bien que pour la simplicité du dessin les fentes verticales aient été représentées exactement les unes au-dessus des autres ou décalées latéralement d' un demi-pas, d'autres décalages sont également possibles sans sortir du cadre de l'invention. Dans les figures, pour la clarté du dessin, les fentes ont été représentées parallèles ou perpendiculaires aux rangées. L'invention embrasse toutes les inclinaisons possibles des fentes horizontales et en particulier verticales. - RVENDICATIONS - 1.- Tôle métallique formant les ailettes d'échangeurs thermiques, munie d'évidements préalablement poinçonnés et préfabriquée pour le montage d'un ou de plusieurs serpentins où circule un fluide, caractérisée en ce que dans la tôle métallique continue sont formées des fentes horizontales et verticales disposées en rangées avec une alternance judicieuse telle qu'a- près pliage de la tôle en accordéon, dans les zones de pliage, les fentes verticales forment des supports de tuyaux et les fentes horizontales forment des échancrures pour la libre circulation de fluides gazeux ou liquides dans l'échangeur à ailettes monté. 2.- Tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'y sont poinçonnées en alternance une rangée où les fentes verticales alternent avec les fentes horizontales et une rangée de fentes horizontales et en ce qu'après pliage en accordéon de la tôle on obtient un paquet d'ailettes apte au montage d'un serpentin sur une seule face. 3.- Tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'y sont poinçonnées des rangées successives dans lesquelles les fentes verticales alternent avec les fentes horizontales et en ce que le motif de poinçonnage de chaque rangée est décalé latéralement par rapport à celui de la rangée précédente, les fentes horizontales extrêmes pouvant, dans une rangée sur deux, être plus grandes que celles intercalées entre les fentes verticales. 4.- Tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce que des rangées de fentes verticales et horizontales combinées, c'est-à-dire de fentes cruciformes y alternent avec des rangées de trous ronds ou autres découpures et en ce qu'elle forme, après pliage en accordéon dans la zone des fentes cruciformes, un paquet d'ailettes apte à recevoir un serpentin sur deux faces opposées, et après pliage dans la zone des autres découpures un paquet d'ailettes apte à recevoir un serpentin sur une seule fa- ce. 5. - Tôle selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que des rangées de fentes verticales en forme d'haltères alternant avec des fentes horizontales y alternent avec des rangées similaires mais décalées latéralement et en ce qu'après pliage en accordéon il en résulte un paquet dtailettes apte à recevoir un serpentin sur deux faces opposées, les tron çons de serpentin subissant, après avoir été enfoncés dans le fond des supports constitués par les fentes verticales, une déformation de leur section qui assure une fixation particulièrement solide des serpentins dans le paquet d'ailettes. 6.- Tôle selon la revendication 5, caractérisée en ce que des rangées de fentes verticales alternant avec des fentes horizontales y alternent avec des rangées de fentes horizontales et autres découpures différentes et en ce qu'après pliage en accordéon dans la zone de l'axe longitudinal daces dernières fentes horizontales, il en résulte un paquet d'ailettes apte à recevoir un serpentin sur une seule face. 7.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que dans la zone des extrémités des fentes verticales la matière de la tôle est, de façon connue, déformée de manière à former des collets, cette déformation de matière ayant lieu dans le même sens ou alternant d'une rangée à l'autre 8.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les rayons de courbure et/ou la configuration géométrique du pliage en accordéon déterminent la distance entre les parties planes qui jouent le rôle d'ailettes. 9.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les zonés de matière restantes entre les fentes verticales et autres découpures dans la zone des fentes verticales sont embouties en totalité ou en partie pour leur renforcement, afin qu'après pliage en accordéon on obtienne un meilleur support et un meilleur appui pour le serpentin et une turbulence supplémentaire des fluides qui lèchent la surface de l'échangeur thermique. 10.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les zones de matière restantes entre les découpures qui n'ont pas la forme de fentes verticales sont déformées à des fins de renforcement, dans une même direction ou dans des directions opposées alternant d'une rangée à 1' autre. 11.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que dans les parties restées planes après le pliage en accordéon il est prévu en outre des rangées de découpures, empreintes en creux ou en relief de toutes sortes et en ce que dans le paquet d'ailettes résultant d'un pliage en ac cordéon avec un grand rayon de courbure, les parties restées planes ne sont pas parallèles entre elles, la circulation des fluides gazeux ou liquides de léchage steffectuant en outre à travers les découpures exécutées à part. 12.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que pour utiliser toute la largeur d'une bobine de tôle et avec un motif de poinçonnage donné ou nouveau, la bande continue de tôle est refendue longitudinalement une ou plusieurs fois après poinçonnage pour former des tôles et, de ce fait, des paquets d'ailettes de largeurs variables. 13.- Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lors du pliage en accordéon la dernière inflexion ou les deux dernières ne sont que de 900 au lieu de 180 pour former une ou deux pattes qui servent a fixer le paquet d'ailettes sur un support et non au montage du serpentin. 14.- procédé de fabrication d'un échangeur thermique à ailettes comportant un ou plusieurs serpentins enfoncés dans le paquet d'ailettes formé avec une tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il consiste à former dans une tôle continue des rangées de fentes verticales et horizontales et/ou de combinaisons de ces fentes et à la plier ensuite en accordéon de façon qutil en résulte dans la zone des fentes verticales des supports de tuyaux, puis à enfoncer dans ces supports un ou plusieurs serpentins préfabriqués, de l'extérieur, sans opération d'ajustement particulière.