Brevet FR2329962A1 — publié le 19770527

L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur1 et notamment à une réalisation d'échangear Je chaleur à faisceau tubulaire plus particulièrement congue pour être applique à la ventilation des locaux, au fins ae récupération de calories ou frigories entre le circuit d'air sortant et le circuit d'air rentrant, mais pouvant aussI être appliquée à d'autres fluides gazeux dans une telle fonction. Elle a pour objtt de permettre une réalisation d'un tel échangeur particulièrement simple et économique tout en étant d'un bon rendement thermique. Essentiellement, l'echangeur de chaleur selon l'invention, comprenant un faisceau d'éléments tubulaires de circulation d'un fluide gazeux disposé dans une enceinte de circulation d'un autre fluide gazeux est caractérisé en ce que le faisceau est constitué de plusieurs élements tubulaires s'étendant paral lèlement en nappe et dont les extrémités correspondantes sont reliées à chaque bout de la nappe à un même conduit tubulaire transversal, l'un d'admission et l'autre de sortie, et que ladite nappe est enroulée autour de l'un desdits conduits tubulaires en ménageant dans l'enceinte, entre ses enroulements, un passage pour l'autre fluide, dont l'une des voies d'entrée ou sortie de l'enfreinte est située à l'intérieur du premier enroulement tandis que l'autre est extérieure au dernier enroulement de ladite nappe. Plusieurs formes de réalisation d'un échangeur selon l'invention sont ci-après décrites à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel - les figures 1 à 3 sont des vues en perspective illustrant schématiquement un mode de constitution du faisceau d'éléments tubulaires de l'échangeur - la figure 4 est une vue en coupe transversale à l'axe d'enroulement de la nappe formant le faisceau de l'échangeur, effectuée avec section partielle des éléments tubulaires de la nappe, suivant IV - IV de la figure 5 - la figure 5 est une vue en coupe suivant V - V de la figure 4 - la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 illustrative-d'une autre constitution de la nappe ;; - la figure 7 est une vue en- perspective et coupe partielle illustrative d'une forme d'exécution coposite de la nappe - la figure 8 est une vue schimatique, en coupe transversaie telle que celle de la figure 4 d'un changeur à nappe enroulée à l'intérieur d'une enceinte cylindrique - la figure 9 est une vue de côté de l'échangeur de la figure 8 - la figure 10 est une vue en élévation dd face avec coupe suivant X - X de la figure 11, d'une autre forme de réalisation d'un échangeur à nappe enroulée dans une enceinte - - la figure lu est une vue en coupe suivant XI- XI de l'échangeur de la figure 10 - la figure 12 est une vue en coupe suivant XII XII de l'échangeur de la figure 10. Suivant le mode de constitution du faisceau de l'échangeur schématisé aux figures 1 à 3, celui-ci est formé à partir de plusieurs éléments tubulaires 1 s'étendant parallble- ment en nappe (voir figure 1) et qui sont reliés à chaque bout de la nappe à un conduit tubulaire transversal 2, 3 (voir figure 2). Puis la nappe est enroulée autour de l'un de ces conduits ainsi que l'illustre la figure 3, pour constituer un faisceau d'échangeur , dans lequel l'un des conduits 2, 3 constitue conduit d'admission et l'autre conduit de sortie de l'un des fluides amenés dans l'échangeur.De plus, la nappe ainsi enroulée ménage entre ses enroulements un passage de section appropriée pour l'autre fluide, qui sera amené dans l'enceinte de l'échangeur par des voies d'entrée et sortie, situées ainsi qu'on le verrsplus loin, l'une à l'intérieur du premier enroulement et l'autre à l'extérieur du dernier enroulement. Ce passage peut être délimité comme illustré aux figures 4 et 5 en enroulant la nappe de sorte que les éléments tubulaires 1 viennent s'appuyer au contact les uns des autres, des entretoises de liaison 4 étant ménagées entre les éléments tubulaires 1, de sorte que le passage du fluide amené dans l'enceinte est en ce cas constitué d'une multiplicité de canaux parallèles 5 enroulés en une sorte de spirale. On a figuré en 6 les parois de l'enceinte transversales à l'axe d'enroulement de la nappe et entre lesquelles celle-ci est maintenue. Le passage entre les enroulements de la nappe peut aussi être prévu camme l'illustre la figure 6 par un espacement donné 7 des enroulements, les éléments tubulaires i de la nappe pouvant en particulier en ce cas être jointifs dans le plan de la nappe, Cette dernière est ainsi maintenue entre les parois6 de l'enceinte transversales à son axe d'enroulement, de sorte que le fluide amené dans l'enceinte va circultr dans un canal 8 enroulé en une sorte de spirale. Une nappe telle que celle de la figure 1, ou l'ensemble du faisceau selon la figure 2, peuvent être constitués à l'aide de deux feuilles de matière plastique moulées ensemble par soufflage ou dépression suivant une technique connue, le plan d joint de moulage et d'assemblage des deux feuilles passant ici par les entretoises 4, qui peuvent eAtre choisies de largeur quelconque. Une autre forme de réalisation de la nappe, de type composite, est représentée à la figure 7, selon laquelle les éléments tubulaires de la nappe sont constitués chacun à l'aide d'une armature hélicoldale en fil 9, par exemple en alliage inoxydable, l'ensemble des armatures étant recouvert d'une paroi 10 formée à l'aide de feuilles lOa, lOb de matière plastique thermorétractables qui viennent enserrer lesdites armatures. Dans cet exemple, des entretoises sont prévues entre les éléments tubulai- res et constituées à l'aide de bandes ondulées en matière plastique 11, que viennent recouvrir les feuilles thermorétractables qui sont soudées entre elles en lOc suivant deux lignes de joint bordant chaque entretoise . A l'endroit des entretoises les feuilles peuvent etre perforées de trous 12 de relativement faible section destinés à permettre un écoulement des condensats hors des enroulements quelle que soit la position d'utilisation de la nappe ou de l'échangeur, sans affecter notablement la circulation prévue du fluide dans l'enceinte. Une telle réalisation permet de constituer une nappe de bonne tenue avec des parois de très faible épaisseur (quelques dixièmes de millimètre) permettant un excellent échange thermique. L'emploi de feuilles thermorétractables conduit en outre ici à une ondulation de rétraction des parois des éléments tubulaires entre les fils d'armature, ce qui conduit à une augmentation relative de la surface d'échange dans un encombrement donné. Avec une telle forme de réalisation de la partie enroulable de la nappe, les conduits d'extrémité çransversaurv peuvent être constitués chacun sous fore de deux demi-coquilles assemblables formant latéralement des brides de serrage des extrémités de ladite partie enioulable, comme on le verra plus loin dans l'exemple des figures 10 à 12. Les figures 8 et 9 illustrent schématiquement une disposition d'un faisceau tubulaire tel que celui des figures 4 et 5 dans une enceinte d'échangeur cylindrique 13, qui comporte une voie 14 de passage de fluide extérieure au deinier enroulement de la nappe et une voie de passage 15 intérieure au premier enroulement de la nappe, les conduits transversaux d'extrémité de celle-ci-étant encore désignés par 2 et 3.Dans l'utilisation d'un tel échangeur dans un système de ventilation de locaux, l'entrée d'air provenant de l'extérieur est izi choisie par la voie de passage périphérique 14 de l'enceinte de l'échangeur (cette dernière n'ayant pas à être isolée de ce fait) de sorte que l'air extérieur circule dans le sens des flèches pour parvenir à la voie de sortie centrale 15 de l'enceinte , puis au local. De préférence, afin d'obtenir une circulation des fluides à contrecourant, le conduit transversal central 2 constitue conduit d'admission dans le faisceau de l'air évacué du local, tandis que le conduit périphérique 3 constitue alors conduit de sortie de l'air évacué par le faisceau. L'invention se prête aussi à une réalisation d'échangeur dont l'enceinte peut être constituée par un caisson 16 de forme générale parallèlépipédique comme le représente la forme d'exécution objet des figures 10 à 12. Le caisson 16 est pourvu d'un couvercle latéral 17 dont l'enlèvement permet d'introduire (ou extraire) le faisceau tubulaire désigné par 18 dans son ensemble, à l'état enroulé, en le faisant coulisser sur deux guides arqués 19, 20 qui sont fixés sur la paroi latérale 21 du caisson opposée au couvercle, ici par soudure. A l'intérieur du guide 19 de plus grand diamètre est engagé un conduit 22 formant le conduit d'extrémité transver Sal à une nappe d'éléments tubulaires réalisée de fagon composite déjà décrite dans le cas de la figure 7, c'est-à-dire avec armatures tubulaires 23, paroi 24 et entretoises 25 pourvues de trous 26. Le conduit 22 est constitué en deux demi-coquilles de matière moulée assemblées entre elles et avec la nappe par des brides de serrage 27 du côté dew éléments tubulaires et 28 du coté opposé. Ce conduit est centré sur un bossage 29 que présente 1e paroi latérale 21 du caisson. Partant du conduit 22, la nappe d'éléments tubulaires se trouve ici enroulée deux fois autour des guides 19 et 20,et à son extrémité libre est raccordé un conduit 30 constitué comme le conduit 22 précité en deux demi-coquilles assembles entre elles et avec la nappe, et formant l'autre conduit transversal d'extrémité de celle-ci. Ce conduit 30 s'étend dans un espace 31 du caisson ménagé latéralement à la nappe enroulée et, par des collerettes d'extrémité qu'il présente, i; est d'une part monté en correspondance d'une tubulure 32 fixée sur la paroi latérale 21 et d'autre part obturé par un bossage 33 du couvercle s'engageant dans lui à la fermeture du caisson. L'espace 31 du caisson communique par ailleurs librement avec une autre tubulure 34 fixée sur la paroi latérale 21 du caisson. Des plaques 35, 36 d'isolation thermique et d'étanchéité sur les flancs de l'enroulement sont disposées du c8td de la paroi latérale 21 et du couvercle latéral 17 du caisson et simplement découpées à l'endroit des guides 19, 20 et pour former passage au conduit 22. Le caisson 16 est monté sur pieds longitudinaux 37 et son fond 38 est incliné par rapport à la semelle des pieds 37 jusqu'à un point baB-ouest raccordée une tubulure 39 de recueil et d'écoulement des condensats éventuels. Dans son application à la ventilation de locaux, le guide 20 constitue ici au travers du couvercle 17 la voie d'entrée dans l'échangeur de l'air évacué des locaux. Cet air évacué suit ainsi le trajet spiralé indiqué par les diverses flèches E pour sortir de l'enceinte par la tubulure 34. L'air rentrant est admis par la tubulure 32 et le conduit 30, et donc dans le faisceau où il suit le trajet spiralé des éléments tubulaires, désigné par la flèche , pour en sor- tir dans le conduit 22 et par la voie débouchante que celui-ci trouve au travers du couvercle 17. Dans son application à la ventilation d'une maison, lSéchangeur étant situé généralement dans les combles et donc daris une température ambiante sensiblement égale à la température extérieure, il convient d'éviter les pertes de calories de l'air extrait en période de chauffage et à cet effet l'air extrait ou sortant est avantageusement admis dans la partie centrale et l'air rentrant à la périphérie de l'échangeur, comme l'illustrent de deux façons différentes les échangeurs obJet des figures 8 à 12 venant d'être décrits. Bien entendu d'autres formes de réalisation peuvent être imaginées tout en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau d'élemonts tubulaires de circulation d'un fluide gazeux dispose dans une enceinte de circulation d'un autre fluide gazeux, caractérise en ce que le faisceau est constitué de plusieurs éléments tubu- lares s'étendant parallèlement en nappe et dont les extrémités correspondantes sont reliées à chaque bout de la nappe à un morne conduit tubulaire transversal, l'un d'admission et l'autre de sortie, et que ladite nappe est enroulée autour de l'un desdits conduits tubulaires en ménageant dans l'enceinte, entre ses enroulements, un passage pour l'autre fluide, dont l'une des voies d'entrée ou sortie de l'enceinte est situéeà l'intérieur du pre mier enroulement tandis que l'autre est extérieure au dernier enroulement de ladite nappe. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments tubulaires de la nappe sont des tubes souples. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments tubulaires de la nappe comprennent chacun une armature hélicoSdale, l'ensemble des armatures étant recouvert d'une paroi formée à l'aide de feuilles thermorétractables de matière plastique. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe au moins, et de préférence l'ensem- ble de la nappe et des conduits tubulaires transversaux, est constitué à l'aide de deux feuilles de matière plastique moulées par soufflage. 5. Changeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éiéments tubulaires sont séparés par des entretoises et enroulés au contact les uns des autres. 6. Echangeur de chaleur selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les entretoises consistent en une bande d'espacement ondulée insérée entre lesdites feuilles. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites feuilles présentent à l'endroit des entretoises des orifices pour l'écoulement des condensats. 8, Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, en particulIvr pour ventilation mécanique de locaux à circuits d'air rentrant et d'air sortant, caractérisé en- ce que le circuit d'air sortant est constitué par ledit faisceau avec admission centrale, tandis que ladite enceinte délimite un passage périphérique d'entrée pour le circuit d'air rentrant. 9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, en particulier pour ventilation mécanique de locaux à circuits d'air rentrant et d'air sortant, caractérisé en ce que le circuit d'air rentrant est constitué par ledit faisceau, avec admission périphérique, et que le circuit d'air sortant est à voie d'entrée centrale dans l'enceinte et à voie ae sortie péri sphérique. 10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que-la paroi basse de l'enceinte est inclinée et présente à son point bas un passage de recueil et écoulement des condensats.