Brevet FR2330988A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne un appareil échangeur de chaleur qui est formé par au moins deux éléments de construction assemblés entre eux avec conduction de chaleur et qui sont constitués en deux ou plusieurs matériaux ayant des propriétés physiques très différentes. A travers l'un des éléments de construction circule un fluide gazeux ou liquide participant à 1' échange de chaleur, tandis que l'autre élément de construction sert à l'absaption ou à la délivrance de la chaleur. Il est connu depuis très longtemps, dans le but d'une résistance plus élevée à la pression et d'une meilleure protection contre la corrosion, de constituer les éléments participant à ltéchange de chaleur en des matériaux spécialement appropriés à ces buts recherchés. C' est ainsi, par exemple, que sont connues des tuyauteries à nervures ou à ailettes, dans lesquelles le tuyau est constitué en un matériau résistant spécialement à la pression et à la corrosion, tel que de l'acier allié, du laiton, du cuivre, ou analogue, tandis que les nervures ou ailettes qui servent à la transmission de la chaleur sont constituées en un autre matériau, tel que, par exemple, de l'aluminium, qui présente, en plus d'une dépense de matière inférieure, une capacité de transmission de chaleur plus élevée. De telles nervures ou ailettes en aluminium peuvent être liées, par exemple, par coulée, soudage, enroulement ou collage, de manière bonne conductrice de la chaleur avec le tuyau parcouru par le fluide en question. On connatt également le procédé de recouvrement des surfaces extérieures intérieurement ou extérieurement d'échangeurs de chaleur pour empêcher la corrosion, avec des couches métalliques ou non métalliques, telles que par galvanisation ou vernis. la présente invention a pour but de réaliser un appareil échangeur de chaleur, dans lequel les éléments de construction qui forment 1 t échangeur de chaleur proprement dit sont constitués chacun en un matériau qui, en raison de ses propriétés physiques, satisfait le plus possible aux exigences à poser à l'élément de construction en question. Dans c? but, l'échangeur conforme à l'invention est constitué de telle manière que le premier élément de construction consiste en un tuyau souple de grande élasticité et à parois minces, étanche aux gaz et aux liquides, qui est entouré presque sur toute sa longueur par le second élément de construction, lequel est constitué en métal pour former un élément rigide sur lequel s'appuie le tuyau souple sur toute sa longueur, et qui comporte des nervures, ou ailettes, ou analogues, qui servent à recevoir ou transmettre la chaleur. Avec cette conformation conforme à l'invention, qui convient particulièrement à la constitution de radiateurs de chavffage, collecteurs de chaleur solaire, ainsi qu'également de radiateurs d'automobiles et de tours de réfrigération, le premier élément de construction constitué comme un tuyau souple a seul pour rôle de former un canal étanche aux gaz et aux liquides pour le fluide participant à l'échange de chaleur, sans qu'il soit nécessaire de tenir compte d'une rigidité suffisante ou d'une résistance à la pression parti culière. L'autre élément de construction, par contre, soutient, d'une part, le tuyau souple, et, d'autre part, comporte des nervures et ailettes favorisant l'échange de chaleur.En aucun cas, cet élément ne doit nécessairement etre étanche aux gaz et aux liquides, et le matériau utilisé, à savoir le métal, est particulièrement approprié, en tant qu'il présente, d'une part, la rigidité nécessaire et, de ce fait, également la résistance à la pression, et, d'autre part, un pouvoir élevé de transmission de chaleur. Dans un mode de réalisatlon particulier, le fluidè qui participe à l'échange de chaleur qui traverse le tuyau souple est placé, par rapport à 1' environnement ou å autre fluide participant à l'échange de chaleur, sous 5 e surpressien, qui a pour effet une application intime du tuyau contre la surface intérieure du second élément de construction qui l'entoure, en assurant ainsi une bonne transmission de la chaleur entre le tuyau souple à paroi mince qui forme un pont de chaleur étanche et le second élément de construction métallique. Ce second élément de construction est constitué alors, avec au moins deux tôles reliées solidement l2une à l'autre, ou des bandes de tôle, auquel cas, dans au moins l'une de ces tôles, se trouve une gorge continue qui forme, avec la tôle ou bande de tôle voisine, un canal servant à recevoir le tuyau souple. le cas échéant, ce canal, incorporé dans au moins l'une des tôles, peut Btre constitué par des creux emboutis, ou analogues, s'étendant le long de celle-ci. Dans ce cas, la gorge à former dans les deux tôles ou bandes de tôle peut être constituée par des creux emboutis parallèles entre eux, et qui s'engageant alors par paires l'un dans l'autre. La liaison rigide, et ainsi résistant à la pression, entre les tôles ou bandes de tôle tournées l'une vers autre, peut être réalisée de diverses manières, telles que, par exemple, par rivetage, vissage réciproque, soudage par points ou à la molette, onglets, verrouillage, et également par collage. Etant donné que cette liaison doit être seulement par elle-même solide et résistante, mais cependant n'a pas besoin d'être étanche aux gaz et aux liquides, on a la possibilité de réalisation d'une structure particulièrement peu coûteuse et également libre de forme. Suivant un autre mode de construction, exécuté notamment comme un tuyau à nervures, dans lequel des surfaces de nervures assurant l'échange de chaleur sont dirigées transversalement à l'ase longitudinal du tuyau souple traversé par le fluide participant à l'échange de chaleur, les nervures, ailettes, ou analogues, présentent des évidements avec des collerettes, et elles sont empilées l'une sur l'autre, de telle manière que les collerettes se recouvrent et forment un ou plusieurs canaux pour recevoir un ou plusieurs tuyaux souples à parois minces. En outre, il est également possible de prévoir, dans les tôles ou bandes de tôle entourant les tuyaux souples, au moins une fente longitudinale, ou analogue, continue qui permet l'insertion du tuyau souple, la paroi du tuyau souple dans ce domaine présentant alors une surépaisseur qui chevauche cette fente longitudinale. En outre, le tuyau souple peut également être supporté entre deux tôles disposées espacées-l'une de l'autre et réunies entre elles avec conduction de la chaleur, auquel cas l'espace intermédiaire qui se trouve alors formé entre ces deux tôles, est chevauché ou ponté par des surépaisseurs prévues de chaque côté dans la paroi du tuyau souple. Enfin, il est également possible et avantageux de renforcer les épaisseurs de paroi des extrémités de tuyau souple des deux côtés. La description ci-après se rapporte à des modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels-: la figure 1 est une vue en élévation frontale d'un tuyau à ailettes la figure 2 est une vue en élévation frontale d'un échangeur de chaleur en forme de plaque la figure 3 est une vue en plan d'un autre échangeur de chaleur en forme de caisson la figure 4 est une vue en coupe par la ligne 4-4 de la figure 3 la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un radiateur chauffant à tuyau à nervures la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une seule nervure la figure 7 est une vue en coupe longitudinale du radiateur de la figure 5 par la ligne 7-7 de la figure 5 la figure 8 est une vue en coupe transversale d'un tuyau souple renforcé sur un c8té ;; la figure 9 est une vue en coupe transversale d'un tuyau souple renforcé des deux côtés, disposé entre deux tôles, et la figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'une extrémité de tuyau souple. le tuyau à ailettes 1 représenté en élévation frontale dans la figure 1 est constitué par une bande de tôle rigide 2, dans laquelle est embouti en creux un bombement en forme de gorge 3 sail-lant vers le bas. Dans ce bombement 3 est déposé un tuyau souple élastique 4 à paroi très mince, qui est constitué en un matériau élastique étanche aux gaz et aux liquides. Ce tuyau souple 4 est recouvert avec une bande de tôle rigide 6 identique, mais présentant un bombement en forme de gorge 5 dirigé vers le haut. Après insertion du tuyau souple 4, cette bande de tôle 6 est reliée à la bande de tôle 2, par des vis, par soudage par points, ou par collage. le tuyau souple 4 forme alors un élément de construction étanche aux gaz et aux liquides. le second élément de construction rigide et résistant à la pression est constitué par les deux tôles 2 et 6 reliées solidement l'une à l'autre. Lors de l'emploi d'un tel tuyau à ailettes 1 servant à l'échange de chaleur, il s'écoule à travers le tuyau 4 un liquide, par exemple, apportant de la chaleur, qui se trouve ainsi sous une surpression, telle que le tuyau souple 4 à mince paroi se dilate en direction radiale et s'applique intimement sur les surfaces intérieures 8 et 9 des deux bombements 3 et 5 en forme de gorge ou de canal. Etant donné que ce tuyau souple 4 est à paroi très mince, il forme, même avec une conductibilité thermique seulement réduite du matériau élastique utilisé, un pont bon conducteur de la chaleur entre le liquide d'apport de chaleur et les deux tôles 2 et 6.En raison de leur grande surface extérieure due à leur forme d'ailettes, et de conductibilité élevée du matériau utilisé, ces tôles sont particulièrement appropriées à transmettre la chaleur qui leur est apportée, par convexion et rayonnement, à leur environnement, par exemple, à l'air qui les entoure. La figure 2 montre un échangeur de chaleur 19 analogue au tuyau à ailettes 1 décrit ci-dessus. Cet échangeur se compose d'une large bande de tôle plane 11 et de trois bandes de tôle 12 conductrices de la chaleur reliées à la première. Dans ce cas, sont simplement conformées dans les bandes de tôle 12, des gorges 13 qui servent à recevoir chacune un tuyau souple élastique à paroi mince 4. Pour le reste, la constitution et la fonction de cet échangeur de chaleur 10 sont analogues à celles du tuyau à ailettes 1 décrit plus haut. L'autre forme de réalisation représentée dans les figures 3 et 4 comprend une plaque de tôle 14 dont le bord 15 est replié de 900 pour former un caisson 16. Dans ce cas, est déposé sur la plaque de tôle 14, un tuyau souple 17 en forme de zig-zag, qui est recouvert par des bandes de tôle 19 présentant des gorges correspondantes 18 et des coudes 20 les reliant entre elles. Ces bandes de tôle 19 et ces coudes 20 sont reliés de la manière décrite plus haut, à conduction de chaleur, avec la plaque de t8le 14. Cet échangeur de chaleur en forme de caisson 16 peut alors être utilisé comme radiateur de chauffage de local, ou comme collecteur de chaleur solaire. Dans ce dernier cas, la face extérieure de ce caisson est recouverte, de la manière représentée dans la figure 4, avec une couche de matériau isolant 21, telle que matière expansée en mousse, ou analogue, représentée en pointillé. Par contre, la face ouverte du caisson 16 est recouverte avec une plaque de verre 22 également représentée en pointillé, qui s!oppose à un refroidissement par rayonnement de l'en- ceinte intérieure 23 du caisson 16, qui a été échauffée par le rayonnement solaire capté. Une autre forme de réalisation particulièrement appropriée à la fabrication de tuyaux à nervures, ou de radiateurs de chauffage à nervures, est représentée dans les figures 5 à 7. Dans ce cas, les bandes de tôle 24, qui servent de nervures présentent plusieurs évidements allongés superposés 25, qui se terminent chacun par une fente 26. Comme le montre plus particulièrement la figure 6, les bords de ces évidements 25 feint saillie en 27 drune hauteur h sur la bande 24. Ces bandes 24 sont alors superposées en paquet de la ma- nière représentée dans la figure 7 et sont reliées entre elles à conduction de chaleur, auquel cas, leur espacement a est déterminé par la hauteur h des saillies 27.Ces saillies se recouvrant l'une 11 autre forment alors chacune un canal continu 28, ouvert vers le c8té, à travers la fente 26. Dans chacun de ces canaux 28 est placé, de la manière représentée dans la figure 5, un tuyau souple à paroi mince 29, dont la section transversale est adaptée à la section transversale de l'évidement 25. Etant donné que les tuyaux souples insérés dans les canaux 28 ne sont supportés par ceux-ci que dans le domaine des saillies 27, il manque un support dans le domaine des fentes 26. Pour cette raison, chaque tuyau souple 29 présente, de la manière représentée dans les figures 5 et 8 un renforcement d'épaIsseur 30 chevauchant la fente voisine 26. Dans cette surépaisseur de la paroi du tuyau souple peut encore être inséré un tissu (non représenté) pour augmenter la résistance à la pression. Suivant une autre forme de réalisation représentée dans la figure 9, il est prévu un tuyau souple de ce genre 31, qui présente cependant, de chaque coté urX renforeemell-t d'épaisseur désigné par 32 et 33, dans lequel peut à nouveau être inséré un tissu de renforcement. Ce tuyau 2 est alors placé entre deux bandes de tôle 34 et 35, dont les bords sont réunis entre eux, soit par des rivets 38, soit par des onglets 39 et 40 dirigés parallelement au tuyau et accrochés entre eux. 'espace intermédiaire situé entre ces deux bandes de tôle 34 et 35 est alors ponté par- les deux renforcements d'épaisseur prévus dans la paroi du tuyau souple 31. Enfin, la figure 10 montre une coupe longitudinale d'une extrémité de tuyau souple désignée par 41. Elle presente un renforcement 42, le cas échéant, armé par une insertion de tissu, et qui se termine par un bourrelet 43. Grace à ce renforcement d'épaisseur de l'extrémité 41 du tuyau souple, il est possible de raccorder celui-ci, à l'extérieur de son appui de soutien par les tôles, à un autre tuyau souple résistant à la pression, ou à une canalisation tubulaire qui sert à l'amenée du fluide participant à l'échange de chaleur. l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Diverses modifications et variantes restent possibles sans sortir pour autant du domaine de protection de 1' invention. -REVENDICÂTIONS- 1. Echangeur de chaleur constitué en au moins deux éléments de construction conducteurs de la chaleur reliés entre eux, qui consistent en deux ou plusieurs matériaux ayant des propriétés physiques très différentes, dans lequel, un élément de construction est traversé par un fluide gazeux ou liquide particpant à l'échange de chaleur2 tandis que l'autre élément de construction sert à recevoir ou à délivrer la chaleur2 caractérisé en ce que le premier élément de construction est constitué par un tuyau souple étanche aux gaz et aux liquides, à élasticité élevée et parois minces, qui est entouré sur presque toute sa longueur par le second élément de construction, constitué en métal, et rigide, qui soutient le tuyau souple sur toute sa longueur, et qui se prolonge par des nervures, ailettes, ou analogues, servant à recevoir ou à délivrer la chaleur. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide qui participe à l'échange de chaleur qui traverse le tuyau souple est placé sous une surpression par rapport à lrenvironnement, ou à l'autre fluide participant également à l'échange de chaleur, surpression qui assure une application intime du tuyau souple contre les surfaces intérieures du second élément de construction entourant le premier, et réalise ainsi une bonne transmission de chaleur entre le tuyau souple à parois minces formant un pont de chaleur étanche et le second élément de construction constitué en métal. 3. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second élément de construction consiste en tôles ou bandes de tôle, dans au moins l'une desquelles se trouve une gorge continue, qui forme avec la tôle ou bande de tôle voisine un canal servant à recevoir le tuyau souple. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la gorge servant à recevoir le tuyau souple formée dans au moins lrune des tôles ou bandes de tôle est formée par des bombements emboutis, ou analogues, qui s'étendent le long des tôles. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que dans chacune des tôles ou bandes de tôle sont formés des bombements creux parallèles entre eux, formant la gorge, et s'erigageant entre eux par paires. 6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les tôles ou bandes de tôle sont assemblées rigidement entre elles par rivets, par vis, ou par soudage par points ou à la molette, par onglets, ou par verrouillage, et également par collage. 7. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tôles présentent des nervures, ailettes ou bombements er creux et sont empilées et superposées, auquel cas, les bombements se recouvrent et forment un ou plusieurs canaux pour recevoir le tuyau souple ou les tuyaux souples à paroi mince. 8. Echangeur de chaleur suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans les tôles ou bandes de tôle qui entourent le tuyau souple est façonnée au moins une fente longitudinale, ou analogue, continue, permettant l'insertion du tuyau souple, la paroi du tuyau présentant dans ce domaine, un renforcement d'épaisseur qui chevauche la fente longitudinale, ou analogue. 9. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tuyau souple est disposé entre deux tôles espacées l'une de l'autre et reliées à bonne conduction de la chaleur, sa paroi étant renforcée en épaisseur dans les domaines qui se trouvent entre les tôles. 10. Echangeur de chaleur suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les renforcements d'épaisseur de paroi sont prévus sur le pourtour de chacune des extrémités du tuyau souple.