Brevet FR2357849A1 — publié le 19780203

L'objet de la présente invention a trait à un échangeur de chaleur avec échange indirect entre deux agents en écoulement, du genre comportant des plaques en aluminium empilées a une certaine distance les unes au-dessus des autres, ainsi que des entretoises agencées entre ces dernières. Un tel échangeur permet'y obtenir un transfert de chaleur entre deux agents en écoulement. Ces derniers peuvent etre par exemple de l'air. La présente invention vise à perfectionner un échangeur de chaleur du genre précité de telle sorte qu'il puisse être fabriqué avec des opérations relativement peu nombreuses et sans grands frais. Elle a en outre pour but d'éviter de façon certaine tout détachement des entretoises et leur déplacement, ainsi que toute contrainte thermique entre les différents matériaux utilisés. Par ailleurs, l'invention a pour objet de réaliser un échangeur qui soit largement protégé a l'encontre de tout endommagement mécanique, ce qui est en particulier nécessaire dans le cas de l'utilisation de tôles d'aluminium très minces, et qui puisse être fabriqué ou monté facilement à la façon d'un caisson, a toutes dimensions désirées. A cet effet, il y a lieu de noter qu'une importante réduction des bruits est obtenue gracie a l'empilement élastique des plaques et des éléments constructifs qui constituent l1é- changeur. En outre, l'assemblage dans une enveloppe de tous ces éléments doit pouvoir être rapide et peu coûteux. Le problème consistant à réaliser cet échangeur avec relativement peu d'opérations et sans grands frais, et à éviter le glissement des entretoises, est résolu par le fait que celles-ci sont constituées par des saillies ménagées sur les plaques en aluminium, celles d'une plaque venant porter contre la surface de la plaque voisine. Dans une première forme d'exécution de la présente invention, il est prévu des saillies parallèles les unes aux autres sur l'une desdites plaques en aluminium et qui portent sur des surfaces planes de la plaque adjacente. Ces saillies s'étendent perpendiculairement celles de la plaque située au-dessus et elles servent d'entretoises vis- -vis de cette dernière. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, les saillies de deux plaques adjacentes sont en contact les unes contre les autres. Dans un autre mode d'exécution elles ne sont pas réalisées sous la forme de rainures longitudinales continues, mais sous celle -d'em- preintes ponctuelles situées les unes derrière les autres. Le maintien de l'écartement entre les plaques est alors obtenu grâce à la présence de ces empreintes, le sommet de chacune d'elles portant sur la surface de la plaque en vis-à-vis. Il est encore essentiel que les saillies ménagent une bordure sur les cotés de chaque plaque, étant donné que dans la zone decette bordure l'espace qui se trouve entre deux plaques adjacentes est fermé de façon étanche par un joint élastique qui peut y fluer. Ce joint est préférablement prévu en caoutchouc de silicone, mais il peut être également réalisé en toute autre manière à élasticité durable. L'aute problème consistant à serrer les minces plaques d'aluminium dans un encadrement élastique, à fabriquer cet échangeur à la manière d'un caisson et à le monter aisément, est résolu par le fait que la bordure se prolongeant parallèlement aux saillies précitées se retrouve dans le meme plan que le fond de ces dernières grâce au coude de repliage. Dans un tel mode de réalisation de la bordure, il est particu lièrement avantageux et intéressant, si l'on utilise des joints élastiques, notamment en caoutchouc de silicone, que l'échangeur puisse être réalisé avec des plaques d'aluminium serrées élastiquement l'une contre l'autre, que l'ensemble des plaques se trouve luimême monté de façon élastique et qu'on puisse ainsi obtenir les dimensions désirées depuis les plus petites jusqu'aux plus grandes, par exemple 3 m de hauteur ou plus. A cet effet, il est essentiel que la bordure soit réalisée sous la forme de bandes étanches. Il est en outre important que le joint élastique qui est monté dans la région des angles sur les bordures repliées constitue des colonnes souples. On économise ainsi de la matière, l'écartement entre les plaques successives étant minimal. Grâce à cette réalisation sous forme de colonnes, on obtient un très bon degré d'efficacité sans déformation mécanique lorsqu'on utilise des plaques d'aluminium même très minces, étant donné que ces dernières peuvent être réunies rapidement et de façon sure en un assemblage de tolets susceptibles d'être chargé de manière statique. I1 est en outre essentiel que le joint élastique agencé sur les angles serve en même temps à relier une cornière qui les pro tège à l'encontre de tout endommagement mécanique. Les échangeurs de chaleur sont réalisés sans opération d'usinage particulière, ni utilisation de vis qui pourraient se desserrer ; on utilise toujours à leur place un joint élastique qui peut servir de moyen de liaison et d'étanchéité. Pour refermer cet ensemble, il est important que la plaque de recouvrement supérieure, respectivement inférieure, soit reliée élastiquement par les joints à la plaque voisine par l'intermédiaire de ses bordures. Si dans cet agencement le joint est utilisé également pour relier des cornières, on peut alors protéger aussi les bords fragiles des plaques à l'encontre de tout endommagement mécanique. Suivant le type d'utilisation, il est encore essentiel que les cornières des coins et bordures soient réalisées sous la forme de profilés reliés les uns aux autres en entourant et en supportant l'échangeur de chaleur. Grâce à cette disposition, on peut employer des cornières plus rigides de façon à pouvoir ainsi monter les uns au-dessus des autres les ensembles constructifs, à condition d'utiliser les joints d'étanchéité ; en variante l'on introduit ces ensembles dans un cadre à la façon de tiroirs, si ceci semble nécessaire. Il est également possible d'utiliser d'autres profilés à la place de ces cor nieras, afin de pouvoir relier entre eux de façon démontable des ensembles adjacents, sans utiliser des joints d'étanchéité. Dans un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, lorsqu'on introduit l'échangeur dans une enveloppe, ces cornières peuvent évidemment être fixées aux parois de celle-ci à l'aide de joints, les côtés de ladite enveloppe comportant des ouvertures arrondies pour l'amenée et l'évacuation des agents s'écoulant en courants croisés. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. Fig. 1 est une vue éclatée partielle en perspective de trois plaques d'un échangeur suivant l'invention. Fig. 2 est une coupe de détail à plus grande échelle de deux plaques agencées l'une au-dessus de l'autre. Fig. 3 illustre un second-exemple de réalisation avec une autre forme de saillie (coupe réalisée dans deux plaques disposées l'une au-dessus de l'autre suivant la même représentation que fig. 2). Fig. 4 représente un autre mode -d'exécution dans lequel les saillies sont réalises sous forme d'empreintes. Fig. 5 est une vue éclatée partielle en perspective de trois plaques d'un échangeur, pourvues de bordures et de joints d'étanchéité schématiquement représentés. Fig. 6 illustre le détail A de fig. 5. Fig. 7 montre les plaques de l'échangeur assemblées avec un joint élastique, les parties des angles qui constituent des colonnes n'étant représentées que schématiquement. Fig. 8 représente l'ensemble de l'échangeur à l'état fini, pourvu de plaques de recouvrement supérieure et inférieure, ainsi que d'un cadre-support périphérique. A titre d'exemple, fig. 1 montre le montage d'un échangeur de chaleur à partir de trois plaques en aluminium 1, 2, 3 agencées parallèlement les unes au-dessus des autres et qui permettent laéchan- ge thermique. L'écartement entre ces plaques (espace) à été augmenté dans la représentation en question. En effet, à l'état resserré, les saillies 8, 9 (voir également fig. 2) portent contre la surface des plaques adjacentes 2, 3. L'échangeur représenté dans l'exemple d'exécution de fig. l fonctionne à deux courants croisés, l1un circulant suivant le sens de la flèche 4 entre les plaques l et 2, tandis que l'autre s'écoule suivant la flèche 5 entre les plaques 2 et 3.Ces courants sont donc totalement séparés l1un de l'autre, et ceci simplement par la plaque 2 dans la présente forme de réalisation. Une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que le maintien de l'écartement entre les plaques l, 2, 3 est obtenu grâce aux saillies 8, 9 ménagées sur ces dernières et portant contre-des surfaces de la plaque voisine, comme on l'a déjà dit. Fig. 2 montre en coupe et à plus grande échelle la conformation d'une telle saillie 8. il en ressort que ladite saillie 8 de la plaque l repose directement sur la surface plane de la plaque adjacente 2. Elle s'étend de façon continue sur toute la largeur de la plaque 1. L'on voit en outre que les plaques en aluminium 1, 2 sont relativement minces, par exemple de 0,3 mm d'épaisseur, tandis que la profondeur des saillies est un multiple de cette dernière. Il est encore important que dans chaque plaque 1, 2, 3 on ait ménagé plusieurs saillies 8, 9 successives parallèlement les unes aux autres de telle sorte que ces plaques possèdent une excellente rigidité. I1 faut par ailleurs noter que l'échangeur représenté en vue éclatée en fig. 1 est logé dans une enveloppe qui serre l'une contre l'autre les plaques dans le sens de la flèche 6 de façon que les saillies comportent une portée maximale contre la plaque adjacente correspondante sur toute la largeur de celle-ci. Dans l'exemple de réalisation de fig. 1, d'après la description qui précède, on a représenté schématiquement un échangeur de chaleur à courants croisés. Naturellement, il est également possible de réaliser cet échangeur avec deux courants, en diagonale. Pour éviter que ces derniers ne se mélangent lors de leur écoulement entre les plaques 1, 2, 3 suivant la flèche 4 et 5, il est prévu d'insérer un joint d'étanchéité élastique 7 dans l'espace 16, 17 ménagé entre les plaques 1, 2, respectivement 2, 3 au niveau de leur bordure 15. A cet effet, il est essentiel que les saillies 8, 9 ne se prolongent pas jusqu'au bord de ces plaques, mais ménage la bordure précitée 15. Dans la région de cette dernière, l'espace 16, 17 entre deux plaques successives 1, 2 et 2, 3 est fermé à étanchéité par le joint en question 7.Ceci résulte du fait que ce joint flue simplement dans l'espace 16, 17 et s'y trouve coincé lors du montage d'un tel échangeur de chaleur. Ainsi pour le courant suivant la flèche 4, l'espace 17 entre les plaques 2, 3 se trouve obturé de manière étanche gracie au joint 7. Dans le cas du courant suivant la flèche 5, l'espace 16 entre les plaques 1 et 2 est lui aussi fermé. Des canaux croisés 13, 14 séparés l'un de l'autre sont ainsi déterminés entre les plaques 1, 2 et 2, 3. Le joint élastique peut par exemple être réalisé en caoutchouc de silicone. I1 est encore important que l'orientation des saillies 8, 9 corresponde au sens d'écoulement 4, 5 des courants. Ce n'est que grace à cette caractéristique qu'il est possible de faire passer entre les plaques 1 et 2 par exemple le courant s'écoulant suivant la flèche 4. Dans le cas de courants croisés, ces saillies 8, 9 des plaques adjacentes forment entre elles des angles droits. Dans d'autres formes d'exécution (par exemple un échangeur de chaleur à courants en diagonale), l'orientation des saillies et celle des courants détermineraient un angle différent. Dans l'exemple de réalisation de fig. 1 et 2, la saillie 8 de la plaque 1 porte contre la surface plane de la plaque voisine 2. Dans un autre mode d'exécution suivant fig. -3, on pourrait toutefois prévoir que les saillies 10, 11 de deux plaques adjacentes 1, 2 soient en contact l'une avec l'autre. Cette possibilité a été re présentée en coupe en fig. 3. Il est avantageux dans le cas de saillies 10, 11 ou d'empreintes longitudinales interrompues portant l'une contre l'autre de ménager un intervalle double par rapport à celui de l'exemple de réalisation de fig. 2. Par ailleurs il est important que lesdites saillies 10, 11 servent à maintenir l'par tement et soient faites d'une seule pièce avec les plaques 1, 2, 3 de telle sorte qu'on supprime totalement les contraintes thermiques apparaissant entre ces entretoises et les plaques correspondantes, comme cela était le cas dans les dispositifs de la technique ant6- rieure. Un autre exemple de réalisation apparat en fig. 4 ot, à la place des saillies 8, 9 réalisées sous forme de rainures continues, il est prévu sur les plaques 1, 2, 3 des empreintes 12 agencées en ligne les unes derrière les autres. De telles empreintes sont particulièrement simples à réaliser. Evidemment on-peut également ne pas les agencer en ligne, mais les décaler les unes par rapport aux autres. I1 est seulement toujours essentiel que leur conformation n'augmente pas la résistance à l'écoulement dans les canaux 13, 14 ménagés entre les plaques 1, 2, 3. L'échangeur de chaleur suivant l'invention estparticulière- ment approprié pour être utilisé dans le cas d'agents corrosifs. Les plaques 1, 2, 3 sont preférablement faites en aluminium pur dont on augmente la rigidité et la résistance à la flexion indispensables grace à la présence des saillies 8, 9, de celles 10, 11, ou des empreintes 12. I1 est avantageux qu'elles soient pourvues d'unes couche protectrice pour améliorer la résistance à la corrosion. Cette couche peut par exemple être constituée par du bichromate dBam- monium déposé par procédé d'immersion. Une autre possibilité consiste à recouvrir les plaques 1, 2, 3, d'une couche en matière plastique. Dans les exemples de réalisation susdécrits, il est seulement toujours essentiel que les saillies soient en relief par rapport aux plaques pour maintenir l'écartement entre celles-ci. Mais il est également possible qu'elles présentent des profondeurs diff6- rentes de telle sorte que la largeur de l'espace 16, 17 ménage entre les plaques 1, 2, respectivement 2, 3, puisse être librement choisie. Avec des largeurs importantes, la forme de réalisation de fig. 3 est préférable, les saillies 10, 11 des plaques adjacentes étant en contact l'une avec l'autre. Fig. 5 à 8 comportent les mêmes références pour désigner les mimes éléments. Dans cette forme de réalisation, il est prévLl une bordure 18 reliée aux plaques 1 à 3 par un coude 19. Ce dernier est évidemment fait d'une seule pièce avec la plaque. I1 permet que la bordure 18 se trouve approximativement ou exactement à la hauteur du fond 20 des saillies 8 à 11. Grâce à cette bordure et au coude correspondant, il est notamment possible que dans la région 21 des angles, on puisse réaliser des colonnes élastiques 22 en insérant le joint d'étanchéité 7, comme il ressort en particulier de fig. 5. Si une cornière 23 relie les joints précités 7 dans cette zone 21, l'on obtient ainsi des colonnes résistantes à la pression. A l'in trieur de ces dernières, les plaques 1 à 3 se trouvent montées de manière élastique ; elles peuvent être très minces et, lorsqu'elles sont faites en aluminium pur, on assure ainsi un très bon degré d'efficacité à l'échangeur de chaleur. Une plaque de recouvrement 24, 25 supérieure, respectivement inférieure ferme ce dernier. Dans une autre forme de réalisation elle peut être simplement repliée tout autour et elle permet alors de protéger les bords avant desdites plaques 1 à 3. Toutefois, il est encore possible que les joints agencés sur les bords 26 des plaques de recouvrement servent également à fixer des cornières 27.Si ces dernières sont rendues solidaires de celles 23 des colonnes précitées, on obtient alors suivant la résistance du matériau un encadrement périphérique qui maintient l'ensemble de l'échangeur. Dans ce mode de construction, l'échan- geur peut présenter des dimensions de 3 m x 3 m x 3 m, ce qui permet d'utiliser des matériaux très minces. Mais il est également possible de choisir des dimensions plus importantes ou très petites. Grâce à la liaison élastique entre les plaques, en particulier dans les angles, il est possible dans ce cas de monter rapidement et à peu de frais des échangeurs de chaleur peu coûteux et à degré d'efficacité élevé. Le domaine d'utilisation de tels échangeurs n'est évidemment pas limité au cas air-air, liquide-liquide ou air-liquide. La superposition des plaques de l'échangeur peut être réalisée dans un plan vertical ou horizontal avec des pièces d'articulation intermédiaires ; on peut ainsi obtenir toute conformation d'échangeur. Cela est alors particulièrement important quand ces échangeurs doivent être adaptés aux dimensions des espaces qui les reçoivent. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à échange indirect entre deux courants, et qui comporte des plaques d'aluminium empilées à une certaine distance les unes au-dessus des autres et des entretoises constituées par des saillies prévues entre les plaques, lesdites saillies réalisées par exemple par emboutissage portant contre la surface de la plaque voisine et formant des rainures longitudinales creusées parallèlement les unes à côté des autres sur chaque plaque, caractérisé en ce que les plaques (1, 2, 3) sont relativement minces, par exemple de 0,3 mm d'épaisseur, et en ce que la profondeur des saillies est un multiple de cette dernière. 2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (1, 2, 3) sont faites en aluminium pur. 3. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les saillies (8, 9 ; 10, 11 9 12) ménagent une bordure (15) sur les côtés de chaque plaque (1, 2, 3). 4. Echangeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que dans la zone de la bordure (15) l'espace (16, 17) ménagé entre deux plaques adjacentes (1, 2 et 2, 3) se trouve fermé de façon étanche par un joint élastique (7) qui flue dans l'espace précité (16, 17). 5. Echangeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le joint élastique est réalisé en caoutchouc de silicone. 6. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les plaques (1, 2, 3) sont recouvertes d'une couche protectrice pour augmenter la résistance à la corrosion. 7. Echangeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche protectrice est constituée par du bichromate d'ammonium déposé par procédé d'immersion. 8. Echangeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche protectrice est faite en matière synthétique. 9. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les saillies (8, 9 ; 10, 11 ; 12) comportent des profondeurs différentes. 10. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que des bordures (18) ménagées parallèlement aux saillies (8, 9 ; 10, 11) se trouvent ramenées dans le même plan que le fond (20) de ces dernières grâce à un coude (19). 11. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que la bordure. (18) est réalisée sous la forme d'une bande constituant joint d'étanchéité. 12. Echangeur suivant llune quelconque des revendications 3, 4, 5 et 10, caractérisé en ce que le joint élastique est agencé dans la zone (21) des angles sur la bordure repliée (18) pour former des colonnes élastiques (22). 13. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 10 et 11, caractérisé en ce que le joint élastique (7) inséré dans les angles (21) sert en même temps à fixer des cornières (23) qui protègent lesdits angles (21) à l'encontre de tout endommagement mécanique. 14. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4, 5 et 10, caractérisé en ce que la plaque de recouvrement supérieure, respectivement inférieure (24, 25) est reliée élastiquement par le joint (7) à la plaque voisine, par l'intermédiaire de ses bordures (18). 15. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 10 et 14, caractérisé en ce que le joint (7) agencé sur les bords des plaques de recouvrement (24, 25) sert en même temps à fixer des cornières (27) qui protègent ces bords à l'encontre de tout endommagement mecanique. 16. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 10, 13 et 15, caractérisé en ce que les cornières (23, 27) des coins et bordures sont réalisées sous la forme de profilés (28) reliés les uns aux autres en entourant et en supportant ledit échangeur. 17. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 3, 4, 5 et 16, caractérisé en ce que les profilés (28) sont reliés à l'enveloppe dudit échangeur par l'intermédiaire de joints élastiques. 18. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies sont réalisées sous la forme d'empreintes (12) ponctuelles les unes à la suite des autres. 19. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies (8, 9) sont réalisées sur les plaques en aluminium (1, 2, 3) sous la forme de rainures longitudinales continues.