Brevet FR2326673A1 — publié le 19770429

t'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, destiné a des installations de chauffage par énergie solaire et a un échangeur de chaleur réalisé d'après ce procédé. I1 est connu de réaliser des échangeurs de chaleur de ce genre, appelés aujourd'hui coininunément collecteurs solaires, a partir de deux plaques de tôle placées a un écartement donné l'une au-dessus de l'autre, reliées de façon étanche par leurs bords et munies d'alvéoles pénétrant dans l'espace ménagé entre les tôles de sorte que d'une part l'absorption de chaleur par la surface d'irradiation d'une des plaques soit sensiblement augmentée par rapport a sa projection horizontale et que d'autre part soit créé entre les plaques un canal de circulation continu pour un milieu vecteur de la chaleur qui, cependant, présente, du fait de la présence des alvéoles, de nombreux changements de direction et de section. On a proposé par exemple d'équiper la plaque qui comporte la surface d'irradiation d'un grand nombre d'alvéoles, placés par rangées et ayant la forme de pyramides, de cônes ou d'hémisphères, les alvéoles de deux rangées voisines étant décales les uns par rapport aux autres ; selon cette proposition au moins quelques uns des -alvéoles de la t8le supérieure qui vont jusqu'a toucher la plaque inférieure sont soudés sur cette plaque inférieure, ce qui conduit à un ensemble de tôles stable mais constitue un procédé relatlvement compliqué.De plus, il s'est avéré préjudiciablegue,le canal de circulationiforme entre les plaques de tôle présente un grand nombre de changements de section, créés par les alvéoles,. A l'encontre de ce qui précède, la présente invention a pour but de créer-,un procédéde.fabrication particulièrement simple, ainsi qu'un collecteury:solaire réalisé d'après ce procédé qui, non seulement;prEsente une grande surface d'irradiation par rapport a sa projection horizontale mais qui présente également un canal de circulation d'une section particulièrement favorable. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que, dans deux plaques a projection horizontale rectangulaire de même grandeur, on crée un grand nombre de creux identiques, se rétrécissant vers l'intérieur, symétriques par rapport a leur axe médian perpendiculaire aux plaques, en ce qu'au moins dans une partie marginale d'au moins une des plaques est formée une gouttière qui s'étend sur la largeur de la plaque munie de creux et en ce qu'une des plaques est abaissée sur l'autre plaque en laissant subsister un écartement tel que les creux de la plaque soient engagés dans les creux de 1'autre plaque, a 1a suite de quoi les deux plaques sont reliées de façon rigide par les sommets d'au moins une partie des creux emportés ou par des parties marginales non alvéoles. Les deux plaques peuvent être assemblées par une colle. Dans ce cas, on peut par exemple introduire de la colle liquide dans une partie des creux de la plaque inférieure, de sorte qu'a la mise en place de la plaque supérieure, les sommets des creux de cette plaque supérieure viennent tremper dans la colle qu'on fait durcir par la suite et qui assure la liaison solide des deux plaques. Si les deux tôles sont constituées par du fer ou de la matière plastique, elles peuvent également être reliées par sou dure.. Le formage des- tolets pour y créer les creux aussi bien que l'assemblage des plaques, par exemple par une colle ou par soudure, sont des opérations simples, peu onéreuses et qui, de plus, se prêtent particulièrement bien a une fabrication en série. L'échangeur de chaleur réalisé selon le procédé mentionné, qui constitue également un objet de l'invention, présente deux plaques superposées qui, afin de créer un canal de circulation, sont écartées l'une de l'autre et reliées par leurs bords, et qui, afin d'augmenter la surface d'irradiation et de créer des changements de direction dans le -canal de circulation, sont munies d'un grand nombre de creux disposés par rangées, symétriques par rapport a leur axe médian vertical au plan de la plaque et qui se rétrécissent en s'écartant du plan de la plaque, ledit échangeur étant caractérisé en ce que les creux de la plaque supérieure s'engagent dans des creux de la plaque inférieure. Afin de pouvoir mieux respecter l'ecartement correct entre les deux plaques au cours de l'assemblage de celles-ci, qui se fera rationnellement par collage ou par soudure, au moins un certain nombre de paires de creux qui devront s'emboîter les uns dans les autres, sont équipés de bossages d'écartement sur leurs sommets a souder ou coller, de façon telle qu'un bossage dépassant vers le bas d'un des creux de la plaque du haut vienne reposer sur le bossage dirigé vers le haut des creux de la plaque infé- rieure. Dans une forme d'exécution préférentielle de l'echan- geur de chaleur, toutes les parties marginales de la plaque superieure qui sont situées en dehors de la zone qui renferme les creux sont planes, alors qu'au moins une partie marginale de la plaque inférieure est équipée d'une gouttière de distribution, notamment formant collecteur. Dans la gouttière de distribution, débouche une tubulure d'entrée qui vient à ras de la partie la plus basse, alors qu'une tubulure de départ débouche du haut, donc a travers la partie marginale plane de la plaque du haut, dans la gouttière collectrice.Avantageusement, on donne à l'echan- geur de chaleur formé par deux plaques emboftées l'une dans l'autre par leurs creux, une forme rectangulaire, avec un rapport des côtes de 1 sur 2, de sorte qu'en juxtaposant deux échangeurs de chaleur reliés en série, on constitue une unité d'échange de forme carrée. Une telle unité, de surface relativement importante, peut de ce fait être réalisée avec des moules relativement petits pour les plaques isolées. Il s'avère particulièrement favorable de réaliser les deux plaques en matière plastique ; au matériau de la plaque supérieure qui comporte la surface d'irradiation, on peut mélanger une poudre métallique ; les deux plaques peuvent être assemblées par une colle ou par soudure. I1 est également possible de munir au moins une des plaques d'une gouttière sur deux parties marginales opposes et de subdiviser l'espace laissé entre les deux plaques qui constitue le canal de circulation, en collant ou en soudant l'une a l'autre ces plaques le long de plusieurs lignes parallèles, transversales aux gouttières, de sorte que les sections de canal ainsi créées soient reliées alternativement entre elles par l'une ou l'autre gouttière, en formant ainsi un canal de passage en méandre. Pour obtenir des emplacements de soudure ou de collage irréprochables, les creux sont avantageusement supprimés le long des lignes d'assemblage ; on peut par exemple refouler la plaque inférieure vers le haut le long de ces lignes jusque dans le plan de la plaque supérieure de sorte que les plaques qui se trouvent a un écartement respectif dans la zone des creux viennent pratiquement au contact le long des lignes d'assemblage. Bien entendu, dans cette exécution, les plaques peuvent être également collées ou soudées additionnellement sur les sommets alignés de quelques paires de creux. Les deux plaques peuvent également avoir une base carrée et le canal de circulation créé entre elles peut être subdivisé en sections de canal avoisinantes, reliées alternativement entre elles a l'une et à l'autre extrémités du fait que les plaques sont assemblées de façon étanche le long de plusieurs lignes parallèles. L'invention sera plus explicitement exposée ci-après, à l'aide d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés qui teprésentent : - sur la Fig. 1, une vue schématique de dessus d'une paire d'échangeurs assemblés selon une unité carrée, - sur la Fig. 2, une section selon la ligne II-II de la Fig. 1, - sur la Fig. 3, à plus grande échelle, une section a travers la zone de sortie, - sur la Fig. 4, une section analogue a celle de la Fig. 3 à travers la zone d'entrée, - sur la Fig. 5, une vue de dessus de la plaque infé- rieure, de la zone d'entrée d'un échangeur de chaleur, - sur la Fig. 6, une vue de dessus schématique *'un échangeur de chaleur a base carrée, - sur la Fig. 7, une section selon la ligne VII-VII de la Fig. 6, - sur la Fig. 8, a plus grande échelle, un détail de la Fig. 7, et - sur la Fig. 9, a échelle agrandie, une section selon la ligne IX-IX de la Fig. 6, à travers la zone d'entrée de l'echan- geur de chaleur. L'unité d'échange de chaleur, représentée sur la Fig. 1, est constituée par deux échangeurs de chaleur 1 et 2 placés côte d côte selon leurs grands côtés et dont la base rectangulaire présente un rapport des côtés de 1 sur 2. Chacun de ces échangeurs de chaleur se compose de deux plaques 3 et 4, par exemple en t81e ou en matière plastique, montées avec un faible écartement l'une audessus de l'autre et qui, a l'exception des parties marginales comportent un grand nombre de creux en forme de pyramldes 5, disposés par rangées, les creux de deux rangees voisines étant décales les uns par rapport aux autres.Les plaques 3 et 4, reliées dans leurs zones marginales, par exemple par des cordons de sou dure, sont emboPtées par leurs creux 5 de façon telle qu'un espace intermédiaire continu 6, de hauteur relativement faible, soit formé entre ces plaques. Ces espaces intermédiaires des deux échangeurs 1 et 2 sont reliés par un tube 7, alors que sur les petits côtes, une tubulure d'entrée 8 débouche dans l'espace intermédiaire de l'échangeur 1 et une tubulure d'évacuation 9 dans l'espace intermédiaire de l'échangeur 2. La face supérieure de l'unité d'échange de chaleur ainsi formée, qui sert de collecteur solaire dans une installation de production de chaleur à partir de l'énergie solaire, constitue une surface d'irradiation et est revêtue avantageusement d'une couche sélective ou noircie alors que les espaces intermédiaires, reliés en série par le tube 7,- constituent un canal de circulation d'un liquide caloporteur, en général de l'eau. Les échangeurs de chaleur 1 et 2 décrits, peuvent être en matière plastique, en tôle d'acier ou en tôle de cuivre, l'aluminium donnant également de bons résultats en tant que matériau. Pour la réalisation d'un tel échangeur de chaleur, on procède de la façon suivante : deux plaques aux mêmes dimensions 3 et 4 sont pourvues des creux 5 dans un outillage approprié ; quoique dans le cas présent soient prévus des creux en forme de pyramide avec un angle au sommet de 900, on pourrait également prévoir des creux en forme de cône ou d'hémisphère. Les parties marginales exemptes de creux de la plaque destinée a constituer la plaque supérieure 3 et la face d'irradiation, restent planes, alors que sur la plaque inférieure 4, on forme une gouttière 10 (Fig. 3, 4, 5) sur un des petits côtés, gouttière qui ne se prolonge pas jusqu'aux bords des grands côtés. La section de cette gouttière est semi-circulaire, comme on l'a dessiné et sa profondeur correspond a celle des creux 5.De préférence, au cours de la même passe de travail, on forme sur la plaque 4 entre la zone qui présente les creux 5 et la gouttitre 10, des nervures 11 dirigées vers le haut, dont la hauteur correspond a l'écartement désiré des plaques. Par ailleurs, comme il ressort des Fig. 3 et 4, on forme entre des rangées de creux voisines, de petits bossages 12 dirigés vers le bas sur la plaque 3 et vers le haut sur la plaque 4, bossages dont la hauteur totale correspond également a l'écartement des plaques. Des bossages analogues 12a peuvent également entre prévus sur les sommets des creux 5 comme on l'a représenté sur la Fig. 4.Dans les creux 5 de la plaque 3 posée horizontalement sur un support, on introduit alors une couche de colle liquide 13 dont la hauteur est un peu supérieure a l'écartement désiré des plaques, Ensuite, on pose avec un recouvrement parfait la plaque supérieure 3 sur la plaque inférieure 4, de façon a ce que les creux 5 s'engagent coaxialement dans les creux de la plaque 4 et que la plaque 3 et ses bossages dirigés vers le bas 12 et 12a, viennent en appui sur les bossages dirigés vers le haut 12 et 12a de la plaque inférieure 4. Les sommets des creux 5 de la plaque supérieure 3 trempent a ce .moment légèrement dans la colle 13, de sorte qu'après le durcissement consécutif de la colle 13, les deux plaques 3, 4 sont solidement collées l'une a l'autre en laissant subsister un espace intermédiaire 6. Cet espace intermédiaire 6 est continu entre les creux embêtes, malgré la colle 13. Grâce a l'encastrement mutuel des creux 5 qui ne laisse subsister qu'un écartement relativement faible, l'espace intermédiaire change constamment de direction malgre sa section constante. Il est évident qu'avant la mise en place de la plaque superieure 3, on pourrait également revêtit de colle le côté externe des sommets des creux 5 de cette plaque, par exemple par trempage dans la colle, ce qui assure leur mouillage par celle-ci et par suite une adhérence parfaite.Quoiqu'il soit rationnel, dans la plupart des cas, d'introduire de la colle dans tous les creux 5 de la plaque inférieure 4, on pourrait prévoir également cette introduction de la colle dans seulement quelques uns de ces creux 5, repartis régulièrement sur la plage dess creux, ceci en particulier lorsque, pour la fixation de l'écar- tement des plaques, il y a suffisamment de bossages 12 ou 12a. Il est clair que lorsque le matériau constitutif des plaques le permet, l'assemblage pourra également se faire par soudure. Par la suite, on met en place les tubulures de raccordement et de liaison 7, 8, 9, tandis que pour obturer l'espace inter médiaire 6, les parties marginales des plaques 3, 4 sont reliées de façon étantqhe, par exemple par soudure ou par collage. Comme on le voit sur les Fig. 3, 4, la tubulure d'admission 8 est montée plus bas que la tubulure d'évacuation 9, c'est- -dire que la tubulure d'admission vivent a fleur des parties les plus basses de l'espace intermédiaire 6 alors que la tubulure d'évacuation sort par les parties les plus hautes de cet espace 6 ceci est particulibrement favorable lorsque l'échangeur de chaleur est placé horizontalement, par exemple sur un toit plat, puisqu'on assure de cette façon un remplissage et un dégazage irréprochable du canal de circulation de l'échangeur de chaleur. Si, comme on l'a décrit en relation avec la Fig. 1, deux échangeurs de chaleur rectangulaires reliés en série doivent être réalisés, il suffit, comme déjà mentionné, de disposer d'une seule gouttière sur unies petits côtés ; la gouttière 10 de l'un des échangeurs 1 sert de gouttière de distribution alors que la gouttière 10 de l'autre échangeur sert de gouttière collectrice. Cependant, il est également possible, sans inconvénient, d'équiper l'echangeur de chaleur constitué par les plaques 3 et 4, d'une gouttière sur deux côtés opposés, dans laquelle débouchent alors la tubulure d'admission et la tubulure d'évacuation. Au lieu d'être prévues seulement dans la plaque inférieure, ces gouttières peuvent également être prévues sur les deux plaques de façon a se compléter en un tube. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus est simple et permet une exécution rapide ; il autorise la réalisation a d'un échangeur de chaleur d'une capacité thermique et d'une stabilité mécanique excellentes ; l'élasticité résiduelle des ponts de collage entre les creux qui subsiste la plupart du temps sur les matières adhésives susceptibles d'être utilisées, en particulier pour l'assemblage des plaques de tôle, s'adapte sans difficulté aux dilatations thermiques qui se produisent au cours du fonctionnement. L'échangeur de chaleur 21, représenté sur la Fig. 6, se compose de deux plaques 23 et 24, montées avec un faible écartement llune au-dessus de l'autre ; elles sont munies d'un grand nombre de plages 22 juxtaposées, formées par des creux de forme pyramidale 25 disposés par rangées. Les deux plaques 23 et 24 sont en matière plastique et on peut ajouter au matériau de la plaque 23 une poudre métallique afin de lui conférer de meilleures pro priétés de conductibilité thermique. Les plaques 23 et 24, reliées sur leurs bords, par exemple par des cordons de soudure, sont emboStees par leurs creux 25 de façon telle que dans les zones des plages de creux 22 des espaces internes 26 de hauteur relativement faible soient formés.Ces espaces internes sont reliés alternativement sur leurs petits côtés de sorte gu'ils forment un canal de circulation continu, en forme de méandre, Un tube 28 réalise l'admission et un tube 29 réalise la sortie du canal. La face supérieure de la plaque 23 de l'échangeur de chaleur ainsi formé , servant de collecteur solaire, est constituée en surface d'irradiation et est revetue de façon rationnelle d'une couche sélective ou noircie alors que la plaque inférieure 24, qui est en matière plastique, offre une bonne isolation vers le bas. Quoique la plaque supérieure au moins, gui comporte la face d'irradiation, puisse être fabriquée a partir de tôle d'acier, de cuivre ou d'aluminium, les matières plastiques s'avèrent particulièrement indiquées pour en constituer le matériau. La fabrication d'un tel échangeur de chaleur stopdre comme suit : deux plaques carrées de mêmes dimensions 23 et 24 sont réalisées dans un moule approprié et munies au cours du moulage, des creux 25 g les zones de séparation 27 des plages en creux 22 de la plaque inférieure 24 sont remontées vers le haut, approximativement de la hauteur des espaces intermédiaires 26 au-dessus du plan de la plaque. QuaoSqu'on ait prévu ici des creux en forme de pyramide, a angle au sommet de 900, on pourrait pré- voir tout aussi bien des creux en cône ou en hémisphère.Les parties marginalest exemptes de creux; des plaques restent planes ; la ccnrnication entre sections de canal voisines est constituée par des gouttières 30 venant de moulage sur des parties marginales opposées. La section des gouttières est avantageusement semi-cir- culaire comme on l'a dessinée et sa profondeur correspond a celle des creux 25. Au montage de l'échangeur de chaleur, un produit adhésif est alors applique sur les parties planes des bords et des séparations 27 de la plaque 24 posée sur un support.Cec fait, la plaque supérieure 23 est pose avec un recouvrement parfait sur la plaque inférieure 24, de façon àce que ses creux 25 stem- bottent coaxialement dans les creux. de la plaque 24 et que les parties planes des plaques viennent au contact de sorte qu'après durcissement de l'adhésif, les deux plaques soient solidement collées l'une t. l'autre en ménageant entre elles les espace intermédiaires 26, Chaque espace intermédiaire 26 est continu entre les creux emboîtés 25, Grace a l'emboîtement des creux 25 qui ne laisse subsister qu'un faible e-^artement, l'espace intermédiaire change continuellement de direction malgré une section constante. On comprendra qu'avant de mettre en place la plaque supérieure 23, on peut egalxm.ent appliquer de l'adhésif sur les parties planes de liaison de celle-ci, ce qui assure le mouillage par l'adhésif et garantit l'adhérence parfaite. La liaison peut également se faire par soudure. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus est simple et d'une exécution rapide ; il conduit à un échangeur de chaleur qui présente d'excellentes qualites au point de vue du rendement thermique et de la stabilité mécanique ; l'élasticité résiduelle des ponts de collage entre les creux, qui existe la plupart du temps avec des adhésifs synthétiques, s'adapte sans difficultés aux dilatations thermiques qui se produisent au cours du fonctionnement. L'utilisation de matériau non conducteur de la chaleur pour la plaque inférieure rend généralement superflue la mise en place de moyens isolants spéciaux sur la face inférieure de l'échangeur de chaleur. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur destine a des installations de chauffage fonctionnant à l'énergie solaire, caractér;Lsé en ce que, dans deux plaques a projection horizontale rectangulaire de méme grandeur, on crée un grand nombre de creux identiques, se retrecissant vers l'intérieur, symétriques par rapport a leur axe médian perpendiculaire aux plaques en ce qu'au moins dans une partie marginale d'au moins une des plaques est formee une gouttière qui s'étend sur la largeur de la plaque munie de creux et en ce qu une des plaques est abaissée sur l'autre plaque en laissant subsister un écartement tel que les creux de la plaque soient engagés dans les creux de l'autre plaque, a la suite de quoi les deux plaques sont reliées de façon rigide par les sommets d'au moins une partie des creux emboîtés ou par des parties marginales non alvéolées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaque sont reliées entre elles sur les sommets d'au moins une partie-des creux emboîtés les uns dans les autres. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant assemblage des deux plaques au moins dans quelques creux de la plaque inférieure, on introduit un produit adhésif dans lequel viennent se noyer les sommets des creux de la plaque supérieure lors de sa mise en place, a la suite de quoi l'adhésif est durci. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sommets des creux de la plaque supérieure qui sont noyés dans l'adhésif des creux de la plaque inférieure sont enduits au préalable 'adhésf. 5. Procédé selon la revendication 1, caracterisé en ce que entre etXou dans les sommets des creux, es bossages en saillie sont prévus qui, a la mise en place de la plaque supérieure sur la plaque inférieure, servent de cale d écartement. 6. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant asse;mblage des deux plaques, la plaque inferieure au moins est garnie d'un produit adhésif sur les parties exemptde creux qui relient solidement les plaques lors de leur assemblage. 7. Echangeur de chaleur, réalisé selon le procédé de la revendication 1, présentant deux plaques superposées avec un écartement qui engendre un canal de circulation ces plaques étant reliées entre elles au moins sur leurs bords, qui, afin d'augmenter la surface d'irradiation et afin decréer des chicanes dans le canal de circulation, sont équipées d'un grand nombre de creux disposés en rangées et qui sont symétriques par rapport a leur axe médian perpendiculaire au plan de la plaque et se rétrécissent en s'écartant de cette plaque, caraçtérisé en ce que les creux de la plaque supérieure s'engagent dans les creux de la plaque inférieure en laissant subsister un écartement. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les sommets d'au moins quelques uns des creux des deux plaques, emboîtés les uns dans les autres, sont collés les uns aux autres ou réunis par soudure. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'entre les plaques sont prévues des cales d'écartement! 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, carac térisé en ce que dans l'espace intermédiaire fermé de tous côtés par les bords assemblés des plaques qui constitue le canal de cflr- culationr débouchent une tubulure d'entrée et une tubulure d'évacuation, la tubulure d'entrée étant placee au point le plus bas du canal de circulation alors que la tubulure de sorte sort par la partie la plus haute de ce canal. 11. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, carac toisé en ce que les creux sont disposés sur des plages voisines séparées par des parties de plaque planes, les intervalles entre les plaques dans la zone des plages à creux etant séparés les uns des autres le long de ces parties planes et commluniquent alternativement a leurs extrémités voisines des bords pour former un canal de circulation continu en forme de méandre, 12. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 11, caractérisé er. ce que la plaque supérieure est constituée par une matibre plastique renfermant une poudre métallique et la plaque inférieure par une matière plastique isolante. 13. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 11, caractérisé en ce que le deux plaques sont collées ou soudées en plus de leur asseniblage sur les bords sur les parties de plaque qui séparent les plages à creux,