Brevet FR2311267A1 — publié le 19761210

invention se rapporte à un échangeur de chaleur à plaques ournt9 croisés formant un bloc cloisonné, logé dans un carter sur châssis et comportant plusieurs parois de séparation rec angulaires et parallèles dont chacune d'entre elles est balayée, sur ses deux faces, par les deux fluides en circuit croise. On connaît des échangeurs de chaleur à plaques et à courants croisés dont le bloc cloisonné comporte plusieurs plaques, qui en l'occurence peuvent être en verre. Les différentes plaques sont reliées entre elles, deux par deux et par les bords opposes, à laide d'éléments de raccordement et d'étanchéité réalisés sous la forme de baguettes de manière telle, que deux plaques ainsi reliées forment, à chaque fois, un canal d'écoulement pour l'un des deux fluides du circuit d'échange thermique.Ces plaques sont reliées à l'aide des dits éléments de raccordement et d'étanchéité, deux par deux, alternativement soit par leur bord inférieur et supérieur, soit par les deux arêtes latérales en vue de former ainsi, à l'intérieur du bloc cloisonné, des canaux d'écoulement ouverts, dirigés alternativement dans le sens horizontal et dans le sens vertical pour être balayés, dans cette position, par les deux fluides en circuits croises. La fabrication et le montage de tels échangeurs de chaleur à plaques pour courants croisés sont très onéreux et leur poids présente un inconvénient non négligeable.On sait que dans les échangeurs de chaleur à plaques à courants parallèles ou à contre-courant, dans lesquels les canaux d'écoulement, entre les plaques, sont balayés par des courants se déplaçant dans le même sens respectivement dans un circuit parallèle, le bloc cloisonné est constitué par des plaques1 en tôle mince, pliées en zigzags de manière que chaque pliure accuse un angle de 1800. Pour le principe des courants croisés par contre, où les canaux d'écoulement doivent être ouverts alternativement dans les directions qui se croisent en formant un angle droit, ce procédé de fabrication et de montage du bloc mural n'est applicable en aucune manière. Les échangeurs de chaleur à plaques pour courants croisés comportent un carter sur châssis, lequel présente deux couvercles rectangulaires prévus à la hauteur des deux parois de séparation extérieures du bloc cloisonné, ainsi que quatre contreforts angulaires qui raccordent ces couvercles entre eux. La structure du carter sur châssis pour de tels échangeurs de chaleur, utilisés essentiellement dans des installations d'aération ou de climati- sation, soulève certains problèmes. L'assemblage du carter doit être souple et pratique et se prêter facilement au montage autour du bloc cloisonné préfabriqué. Il doit être compact vers l'extérieur et ne pas être encombrant afin ae réduire au minimum l'emplacement qu'il doit occuper dans l'installation d'aération et de climatisation.Dans sa partie intérieure, le carter doit également offrir le plus grand espace possible au logement du bloc cloisonné, lequel doit comporter la plus grande surface d'échange de chaleur possible. Les ouvertures d'entrée et de sortie, pour les deux fluides utilisés dans le processus d'échange de chaleur, formées par les parois du carter, ouvertes et opposées deux par deux, doivent comporter, tout le long des contreforts angulaires, des surfaces de raccordement et d'étanchéité suffisamment larges auxquelles les manchons de raccordement et autres éléments de l'installation d'aération ou de climatisation doivent pouvoir adhérer d'une manière étanche afin d'éviter ainsi, à l'arête du carter, formée par un contrefort de raccordement, le passage des fluides de l'un des côtés ouvert du carter vers l'autre côté ouvert de ce même carter.On se heurte ainsi à un problème spécifique lorsque le carter doit être fixé, par les surfaces de raccordement et d'étanchéité le long des arêtes formées par les contreforts angulaires, à une autre unité de l'installation d'aération ou de climatisation, telle par exemple à un autre échangeur de chaleur à plaque de même importance, ou à une unité de ventilation à l'aide de vis ou à l'aide de tout autre moyen de fixation, et que ces moyens de fixation doivent raster accessibles, après leur mise en place et en cas de nécessité, de l'arrière des dites surfaces de raccordement et d'étanchéité. D'autre part, il est indispensable que l'étanchéité entre le carter et le bloc cloisonné soit réalisée le long des contreforts de raccordement angulaires afin d'établir ainsi également la séparation vers l'intérieur entre les côtés entrée et sortie du carter.Il est tout aussi important, par ailleurs, que les angles morts ou les arêtes provoqués dans les canaux d'écoulement du bloc cloisonné par le carter et les structures d'étanchéité soient aussi réduits que possible. L'invention s'est fixé pour objectif de créer un échangeur de chaleur à plaques pour. courants croisés dont le bloc cloisonné est constitué par un matériau en feuilles de faible épaisseur, se pliant facilement, accusant un faible poids et pouvant être réalisé aisément et à faibles coûts et dont le carter sur châssis s'adapte tout particulièrement à un tel matériau en feuilles et réponde aux exigences ci-dessus en apportant la solution aux problèmes posés. En premier lieu l'invention résoud ce problème par le fait que le bloc cloisonné est constitué par une seule lame en matériau sous forme de bande, de faible épaisseur et à arêtes longitudinales droites, dont la largeur correspond approximativement au double d'une dimension des parois de séparation, que la lame comporte, à la hauteur d'une série de lignes qui évoluent perpendi culairement au sens longitudinal de la lame et dont les distances qui les séparent correspondent à 1' autre dimension des parois de séparation, des incisions aménagées Jusqu'à la ligne médiane et alternativement à partir de l'une puis-de l'autre des arêtes longitudinales, que la lame est pliée de 180. le long de la ligne médiane avant d'être pliée de 180. et en zigzags dans la partie limitée par les incisions et que chacune des parois de séparation, formée par le pliage, est reliée fixement à chaque paroi voisine, de laquelle elle est séparée par un intervalle, par l'arête opposée à la pliure commune située entre les deux parois de séparation, alors que les arêtes du bloc cloisonné ainsi plié sont reliées hermétiquement au carter sur châssis. Le bloc cloisonné de l'échangeur de chaleur à plaque pour courant inversé, défini par l'invention, est ainsi réalisé sans chutes, et donc sans pertes de matériau, à partir d'une simple bande, qui devra être dotée d'incisions s'étendant depuis les arêtes longitudinales à la ligne médiane puis, pliée en zigzag, le long de ces incisions dans le troisième sens des coordonnées qui est perpendiculaire aux parois de séparation et ceci autant de fois que l'exige l'importance de l'échangeur de chaleur. Après le pliage, deux parois de séparation voisines sont ainsi solidement reliées par une arête, c 'est-à-dire par une pliure commune, de manière telle que ces deux parois de séparation n'aient plus à être reliées que par L'autre arête opposées 8 cette pliure cos- mune. On réalise ainsi des canaux d'écoulement qui alternativement présentent des ouvertures qui sont décalées de goe- l'une par rapport à 1' autre et qui peuvent ainsi être parcourues en circuits croisés par les deux fluides de l'échangeur.Avant le pliage, la bande peut être dotée de nervures ou d'ergots, connus en soi et qui, imprimés dans le matériau, assurent, dans le cas où l'on fait appel à un matériau extrêmement mince (feuille), le raidissement des parois de séparation et le maintien des intervalles entre ces mêmes parois de séparation à l'intérieur du bloc cloisonné. Les arêtes de deux parois de séparation opposées à la pliure commune à ces deux mêmes parois de séparation peuvent être reliées solidement entre elles à l'aide d'un raccord collé, à cet effet ces deux arêtes sont courbées l'une vers l'autre pour constituer une bordure aérodynamique favorable aux deux canaux d'écoulement voisins en réduisant ainsi considérablement la résistance générale à l'écoulement dans l'échangeur de chaleur. La structure du carter sur châssis définie par l'invention est caractérisée en ce que les contreforts de raccordement se présentent sous la forme de profilés creux à section triangulaire dont les plus petits côtés, qui forment un angle droit, sont situés dans le même plan qué les bords des deux couvercles et que ces plus petits côtés présentent, le long de l'arête longitudinale commune du profilé creux, un interstice d'accès à la cavité du profilé et que sur la face extérieure du plus grand côté de chaque profilé, opposé à l'interstice d'accès, est prévu un joint élastique qui s'appuie contre l'arête opposée du bloc cloisonné en y assurant l'étanchéité. L'avantage de la structure des contreforts de raccordement déjà citée est que les deux plus petits côtés du profilé trian glaire, qui se frouvent dans les plans des parois du carter, forment des surfaces de raccordement hermétiques suffisamment larges auxquelles il est possible de fixer, à l'aide de vis, par exemple, d'autres éléments de l'installation de climatisation ou d'aération et que l'arête ouverte des profilés triangulaires, dont la cavité creuse reste accessible de l'extérieur, même après le montage d'autres éléments sur le carter, permet de mettre en place et de maintenir les vis ou de les fixer à l'aide d'un outil à partir de la face dorsale des surfaces de raccordement et d'étanchéité, c'est-à-dire à partir de la partie ouverte et accessible de la cavité du profilé trianguleire.Les profilés triangulaires creux, pouvant être confectionnés à partir de tôle, ont l'avantage de présenter un poids très faible tout en ayant une grande rigidité et une bonne stabilité. Comparés à un contrefort à sec tion carrée de même surface hermétique, les contreforts en profilés triangulaires creux ont l'avantage d'évite que les arêtes du contrefort fassent saillie à l'intérieur du carter ce qui créerait des angles morts ou provoquerait une réduction de la largeur du bloc cloisonné, ou encore exigerait des entailles importantes dans les angles du bloc cloisonné, particulièrement onéreuses quand il s'agit d'un bloc cloisonné réalisé à partir de lames pliées.Les profilés triangulaires ont ainsi l'avantage d'opposer aux angles du bloc cloisonné leur plus grand côté, plat et exigeant peu de place, qui sans entailles particulières dans les angles du bloc cloisonné, y concède une grande largeur libre sur laquelle on peut loger facilement un joint élastique s'adaptant aux angles du bloc cloisonné plié, en y réalisant une parfaite étanonéité. De préférence les profilés triangulaires creux sont obturés à leurs extrémités par des couvercles à bords vifs à l'aide desquels les profilés triangulaires creux sont fixés, par des vis ou des rivets, aux couvercles du carter. La cavité ouverte et accessible du profilé triangulaire permet de manipuler et de monter facilement ces éléments de fixation sur la partie inférieure des couvercles.Lors de la réalisation du bloc cloisonné à partir de feuillets pliées et en donnant la forme arrondie aux arêtes d'entrée du bloc cloisonné, il se crée automatiquement de petites rainures triangulaires dans les angles de ce bloc cloisonné. Dans un échangeur de chaleur à plaques, doté d'un tel bloc, l'étanchéité entre le bloc cloisonné et le carter peut être réalisée de manière telle que le joint, aménagé sur le plus grand côté du profilé creux à section triangulaire, se compose d'une bande triangulaire dont la section correspond à la géométrie des rainures et qui, par son arête saillante, se loge dans la rainure en y assurant l'étanchéité.Ainsi les rainures, aux angles des profilés à section triangulaire, sont comblées d'une manière sûre et particulièrement simple et rendues étanches par rapport à ces profilés triangulaires de manière à éviter les fuites dans les canaux d'écoulement des courants croisés. La bande d'étanchéité triangulaire se compose utilement de caoutchouc mousse. Un exemple de réalisation non limitatif de la présente invention est décrit ci-après en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 représente schématiquement le bloc cloisonné d'un échangeur de chaleur à plaques pour courants croisés, - la figure 2 représente une lame constituant le bloc cloison né défini par l'invention avant è pliage, - la figure 3 est une vue en perspective schématisée et agran die d'une partie du bloc cloisonné après le pliage, - la figure 4 est une vue en perspective schZmatisée de l'é changeur de chaleur à plaques pour courants croisés avec son carter sur châssis, - la figure 5 est une vue en perspective de l'extrémité d'un contrefort de raccordement du carter, - la figure 6 est une coupe de l'angle du carter par la ligne - - A de la figure 4. Le bloc cloisonné de l'échangeur de chaleur à plaques pour courants croisés de la figure 1 se compose de parois de séparation rectangulaires et parallèles 1, 2, 3. Les deux parois de séparation 1 et 2 sont reliées par leur arête supérieure ainsi que par leur arête inférieure de manière à former un canal d'écoulement horizontal pour un premier fluide. Les deux parois de séparation 2 et 3 sont reliées par leurs arêtes latérales de manière à constituer un canal d'écoulement vertical - donc un courant croisé - pour le deuxième fluide. Nécessairement la longueur de l'arête "h' des parois de séparation est égale à la longueur de l'arête "B" afin de pouvoir constituer des canaux d'écoulement de longueur identique pour chacun des fluides.Il est particulièrement avantageux de constituer un bloc cloisonné, dont les trois dimensions des arêtes sont égales, c'est-à-dire de constituer un bloc cloisonné de forme cubique, qui, comparé aux échangeurs de chaleur cubiques, ont l'avantage de permettre très facilement l'adjonctipn d'autres éléments et en particulier l'adjonctiqn de filtres à air, de préchauffeurs etc... Dans ces cas, il devient alors possible de grouper facilement, en une seule unité, plusieurs éléments isolés d'échangeurs de chaleur. Le bloc cloisonné de la figure 1 est, conformément à l'invention, réalisé à partir d'une seule lame 4 représentée à la figure 2 et comportant des arêtes longitudinales 5 et 6 droites. En tant que matériau, on peut faire usage d'une lame d'aluminium facilement pliable ou de tout autre matériau similaire. La largeur de la lame 4 est, dans l'ensemble, égale à deux fois la longueur du côté rla" des parois de séparation. Parallèlement aux lignes 7, qui sont perpendiculaires à la médiane 8 et dont l'intervalle qui les sépare correspond à la longueur de l'autre côté "B" des parois de séparation, la lame est dotée d'incisions 9, qui, partant alternativement du côté 5 et du côté 6, rejoignent la médiane 8 de cette lame 4. wu cours d'une première opération, la lame 4 subit un premier pliage de 1800 autour de la médiane 8. Puis cette lame 4 subit un nouveau pliage de 1800 autour des lignes 7 des surfaces déterminées par les incisions 9 et ceci alternativement vers le haut et vers le bas de manière à former une perspective en zigzag. Bien entendu, les opérations de pliage doivent être effectuées de manière telle que les surfaces pliées de la lame, lesquelles constituent les parois de séparation 1, 2, 3 etc..., respectent l'intervalle nécessaire entre elles, intervalle qui peut être relativement faible. La figure 3 représente une partie de la lame pliée 4 correspondant au bloc de la figure 1. Il apparaît que par le pliage de la lame 4 on constitue des canaux d'écoulement où l'extrémité ouverte de l'un est contiguë à l'extrémité déjà fermée par la pliure 7 des deux canaux d'écoulement voisins.Sur la face de chaque canal d'écoulement opposée à la pliure 7, les arêtes des deux parois de séparation qui limitent le canal d'écoulement sont reliées entre elles. Pour donner à l'arête d'entrée une géométrie opposant une résistance aussi faible que possible à l'écoulement du flux, les deux arêtes peuvent être pliées et courbées l'une vers l'autre de manière à prendre une forme aérodynamique avant d'être raccordées entre elles, le long d'une ligne de raccordement 10, en utilisant une colle à base de résine synthétique par exemple. Le carter 12 comporte un couvercle supérieur et un couvercle inférieur 13, qui sont reliés entre eux aux quatre angles à l'aide de contreforts de raccordement. Ces contreforts sont des profilés creux 14, à section triangulaire. Les deux plus petits côtés 15 du profilé creux formant un angle droit constituent les surfaces de raccordement et d'étanchéité, qui offrent la surface d'étanchéité nécessaire et suffisante et qui se trouvent dans le même plan que les arêtes 16 des couvercles 13. Malgré cette surface d'étanchéité suffisamment large des plus petits côtés 15, les profilés creux, compte tenu de leur section triangulaire, évitent que les angles du profilé fassent saillie vers l'intérieur du carter.Ces profilés en creux 14 opposent aux arêtes du bloc cloisonné 11 leur côté le plus large 17, qui est disposé diagona lement aux arêtes du carter et qui porte un joint 18, lequel assu re l'étanchéité entre les profilés creux et les arêtes du bloc cloisonné 11. Les profilés creux 14, réalisés en tôle par exemple, sont réalisés de manière telle que les deux plus petits côtés 15 forment, le long de l'arête longitudinale commune du profilé creux, un interstice 19 permettant l'accès à la cavité de ce pro filé creux.Cet interstice d'accès 19 permet des interventions avec un outil sur la face intérieure des plus petits côtés 15, surtout s'il s'agit d'y fixer une contre-bride ou, en l'occurence, le contrefort de raccordement du carter d'un échangeur de chaleur identique. A leurs extrémités, les profilés creux 14 sont fermés par des couvercles triangulaires 110, à bords vifs, au travers desquels les couvercles 13 sont vissés ou rivetés sur ces profi lés creux. La face intérieure de ce couvercle 110 est également accessible par l'interstice 19* Le joint d'étanchéité 18, qui est réalisé avantageusement sous la forme d'une bande collée en caout chouc mousse hautement élastique, présente une section triangu laire.Par son arête saillante, la bande triangulaire en caout chouc mousse pénètre dans les fentes, respectivement dans les rainures triangulaires qui se trouvent sur l'arrête opposée du bloc cloisonné 11 et qui se forment inévitablement lorsque le bloc cloisonné est réalisé à partir d'une feuille pliée et que les pliures arrondies constituent l'arête d'entrée du bloc. La bande an caoutchouc mousse à section triangulaire comble ces fentes, respectivement ces rainures, d'une manière telle que les fuites entre les deux canaux d'écoulement du bloc cloisonné et les arêtes de ce dernier sont incontestablement évitées.Les deux couvercles 13 du carter présentent vers l'extérieur des arêtes vives 16 qui se trouvent dans les mêmes plans que les plus petits côtés 15 des profilés creux 14, ce qui fait que les bords à arêtes vives 16 forment, avec ces plus petits côtés 15 des pro filés creux, des surfaces étanches sous forme de cadre d'une ou verture d'entrée respectivement d'une ouverture de sortie du car ter. Les bords à arêtes vives 16 des couvercles 13 sont utilisés également pour la fixation, à l'aide de vis ou de tout autre sys tème de fixation analogue, des carters supplémentaires, de même grandeur, d'autres unités modulaires d'une installation d'aéra ticn cu de climatisation, telle par exemple un échangeur de chaleur à plaques supplémentaires, voire un élément de ventilation. Il lemeure bien entendu que cette invention n'est pas limitee aux exemples de rôalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVEL{DICaTIOIE 1.- Echangeur de chaleur à plaques pour courants croisés, formant un bloc cloisonné, logé dans un carter sur chassis et comportant plusieurs parois de séparation rectangulaires et parallèles dont chacune d'entre elles est balayée, sur ses deux faces, par les deux fluides en circuit croisé, caractérisé en ce que : le bloc cloisonné (1, 2, 3) est constitué par une seule lame (4), en matériau sous forme de bande de faible épaisseur et à arêtes longitudinales (5, 6) droites, dont la largeur correspond sensiblement au double d'une dimension ("h") des parois de séparation ; la lame (4) comporte, à la hauteur d'une série de lignes (7), qui évoluent perpendiculairement au sens longitudinal de la lame (4) et dont les distances qui les séparent correspondent à l'autre dimension ("B") des parois de séparation, des incisions (9) aménagées jusqu'à la ligne médiane et alternativement à partir de l'une et de l'autre des arêtes longitudinales (5, 6) la lame est pliée de 1800 le long de la ligne médiane (8) avant d'être pliée de 1800 et en zigzag dans la partie limitée par les incisions (9) et chacune des parois de séparation formée par le pliage, est reliée fixement, à chaque paroi voisine, de laquelle elle est séparée par un intervalle, par l'arête opposée à la pliure commune (7) située entre les deux parois de séparation, alors que les arêtes du bloc cloisonné, ainsi pliées, sont reliées hermétiquement au coffret sur châssis. 2.- Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les arêtes de deux parois de séparation voisine (1, 2) opposée à la pliure commune (7) sont recourbées aerodynamlque l'une vers l'autre pour constituer ainsi une arête d'entree/favo- rable pour les -deux courants voisins et reliées fixement entre elles par un joint collé aménagé directement sur la ligne de contact (10). 3.- Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1 comportant un carter sur châssis composé de deux couvercles rectangulaires situés à proximité des parois de séparation extrêmes du bloc cloisonné et de- quatre contreforts de raccordement reliant aux quatre angles les deux couvercles entre eux, caractérisé en ce que les contreforts de raccordement se présentent sous la forme de profilés creux (14) à section triangulaire dont les plus petits côtés (15), qui forment un angle droit, sont situés dans le même plan que les bords des deux couvercles (13), en ce que ces plus petits côtés (15) présentent, le long de l'arête longitudinale commune du profilé creux, un interstice d'accès (19) à la cavité du profilé et en ce que, sur la face extérieure du plus grand côté (17) de chaque profilé1 opposé à l'interstice d'accès, est prévu un joint élastique (18) qui s'appuie contre l'arête opposée du bloc cloisonné (11) en y assurant l'étanchéité. 4.- Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 3, caractérisé en ce que les profilés creux (14) sont obturés à leurs extrémités par des couvercles triangulaires à arêtes vives (110) qui relient les profilés creux aux couvercles (13). 5.- Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 3, comportant un bloc cloisonné constitué de feuilles pliées dont les parois de séparation comportent des rainures triangulaires formées par les plis de la feuille sur. ses arêtes, caractérisé en ce que le joint (18) aménagé sur le côté le plus large (17) des profilés creux (14) se compose d'une bande triangulaire dont la section transversale correspond à la géométrie des rainures et s'engage, par son arête en saillie, dans ces rainures qu'il ferme hermétiquement. o.- Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 7 à 3, caractérisé en ce que les couvercles (13) comportent vers l'extérieur des arêtes vives à angle droit (6), qui se situent sur le même plan que les plus petits côtés (15) du profilé creux (14).