Brevet FR2428811A1 — publié le 19800111

L'invention concerne la constitution et la réalisation d'échangeurs de chaleur à plaque entre 2 gaz souffles chacun å une température différente. Ces appareils peuvent etre rangés en deux categories selon leur =od d'assemblage. Dans une prenier catégorie, pratiquement la seule existante, les plaques d'échanges adjascentes sont assembles bord à bord sur la partie du pourtour de plaques où l'on désire contenir le gaz en utilisant les techniques classiques de pliage, rivetage, soudure ou collage. On On constitue ainsi un premier bloc de plaques empilées que i'on plar. généralement à l'intérieur d'un caisson parallélipipédique de répartition des 1 flux entrant et sortant afin de mieux intégrer l'ensemble dans les réseaux de ventilation. Dans une seconde catégorie à laquelle appartient plus précisément l'invention, on ajoute, en pourtour des plaques, des cadres intermédiaires cons truits à l'aide d'au moins 2 classes d'éléments modulaires mis bout à bout, principalement - des éléments ouverts au passage du gaz pénétrant ou sortant entre les plaques - des éléments fermés Ces cadres assemblés alternativement avec les plaques d'échange sont alors maintenus à l'aide de liaison. Pour des questions de prix de revient et de poids les éléments modu laires des cadres doivent être en plastique ou en résine synthétique obtenus par des techniques classiques de moulage, par injection, mars les moules de fabrica- tison sont onéreux. Les matériaux ainsi imposés ayant des caractéristiques physiques limi tées restreignent l'usage de ces échangeurs au domaine des faibles températures. - Les plaques d'échangeurs, bien que plus simplifiées que dans le cas de la première technique, nécessitent une opération supplementaire de perçage de trous de récepticn de tringles d'assemblage. Le collecteur de condensats, indispensable pour constituer un échan geur complet n'existe pas dans le cas de cette 2àme catégorie d'appareils. Enfin, une mauvaise aérodynamique des entres et des sorties de flux handicape ces appareils en augmentant leurs pertes de charges. Les appareils assemblant les composants de l'invention permettenx l d'éviter ces inconvénients - les appareils peuvent fonctionner à des températures plus élévees par le choix "métallique" du matériau constituant les cadres - les moules sont remplacés par des outils de formage et d'emboutis sage, moins onéreux. - les plaques de l'invention de fabrication très simplifiez suppriment l'exécution de soudure ainsi que toute opération de perçage, pliage ou rivetage en pourtour. - les condensats, par l'effet de la pression dans l'échangeur sont évacués au travers des cadres et collectes globalement 3 l'aide de récepteurs dont le montage latéral n'augmente pas la longueur des appareils. - on peu atténuer les pertes de charges des entrées et des sorties par simple addition au niveau de chaque plaque, d'un profilé. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après et des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation des é;éents modulaires de l'inver,c.on, et, des exemples d'assemblage, ainsi - la figure I montre un élément "fermé" de l'invention en vue de dessus, et la figure 2 montre le même élément vu en coupe AA. - la figure 3 représente un élément "ouvert" de l'invention vu de cO - - la figure 4 montre le meme élément vu de dessus - la figure 5 est une vue partielle dans le plan d'une plaque d'échan ge dans le cas d'un coin de cadre avec collecteur de condensats, coin avec un coté monté sur élément fermé, et l'autre cOté monté sur un élément ouvert. - la figure 6 est une vue partielle selon D perpendiculåirement au plan des plaques d'échange pour montrer la forme de ces plaques et leur mode de superposition les unes sur les autres. - la figure 7 est une vue de dessus d'un élément de coin de cadre - la figure 8 est une vue en coupe BB du même coin - la figure 9 est une coupe partielle GG d'échangeurs passant par l'axe d'une tringle d'assemblage perpendiculairement aux plans des cadres. - la figure IO est une vue dessus du moyen de profiler les entres et les sorties d'appareils. - la figure II est une vue d'éléments ouverts ou fermés en coupe CC. - la figure I2 est une vue d'éléments ouverts en coupe EE - la figure I3 est une vue partielle en coupe FF d'un élément fermé assemblé au moyen de profiler cet éliment. - la figure I4 est une vue extérieure d'un appareil å échange selon l'invention, ainsi que du raccordement des gaines. - la figure 15 est une vue extérieure d'un appareil à echange "contre courrant" selon l'invention. - les figures I6 et I7 sont des vues en perspective de récepteurs de condensa ta Les échangeurs de l'invention sont constitues principalement - de plaques d'échange I (fig ; et 6) - de cadres 2 entourant les pourtours des plaques d'échange pour canaliser les écoulements de gaz (fig 14 et I5) - de plaques épaisses terminales 3 (fig 14 et I5) - de tringles 4 et d'écr=5 (fig 9) - - d'un récepteur de condensats 6 (fig. 5) Les plaques d'échange I sont de simples plans en tôle mince, carrés ou rectangulaires sur lesquels on a réparti (fig. 6) des bosses 7 dites "piliers" de part et d'autres du plan de chaque plaque, de telle façon que chaque bossepilier 7 d'une plaque joigne une bosse-pilier 8 de l'une des 2 plaques adjascentes : la principale fonction de ces bosses est donc de réaliser un écartement constant IO entre 2 plaques consecutives. Une variante de plaques d'échange est constituée par l'addition entre les bosses-piliers 7 de bosses Il plus petites qui sont donc facultatives dans l'invention. Ainsi, å l'aide d'essais préalables, grâce au choix du nombre et de la hauteur des petites bosses, on peut réaliser des plaques de meme encombrement, mais possédant différentes efficacités d'échange. De cette façon, on augmente aussi la tenue mécanique des plaques d'échange. Les cadres 2 sont constitués - d'éléments I2 de type "ouverts" (fig 4) pour permettre l'entrée ou la sortie des flux de gaz entre 2 plaques I3 qui se suivent (fig. 9) - d'éléments I4 de type "fermé" (fig I) pour murer l'espace entre 2 plaques d'échange 15 qui se suivent (fig 9) et canaliser ainsi le flux de gaz - d'éléments I6 fermés de type "coin" (fig 7) pour permettre la construction des 4 angles de chaque cadre. Les cadres des appareils comportent 4 côtés. L'un quelconque des 4 cotés est construit à l'aide d'au moins un élément de type ouvert pour entrer le gaz. Les 3 autres cotés peuvent être construits à l'aide d'au moins un autre élément ouvert pour sortir le gaz, le reste des côtés pouvant être occupé par des éléments ouverts ou fermés en nombre défini par le choix de construction d'appareil. Les 2 types d'éléments fermés et ouverts sont en tOle mince formée selon un profil en U Les éléments fermés et ouverts et les coins sont terminés par des embouts mâle 17 ou femelle I8 afin de permettre la réalisation des cadres par un montage bout à bout (fig 5) tel que I9 ou 20 des éléments et des coins entre eux. Les embouts mâle ont ainsi un profil U extérieur qui épouse l'intérieur du profil U de l'embout femelle. Le verrouillage des emmanchements des embouts mâles dans les embouts femelles est réalisé à l'aide de bosses 21 et 22 complémentaires, c' est-à-dire que la forme extérieure des bosses 21 épouse la forme intérieure des bosses 22 plus grandes. Ces bosses 21 et 22 sont réalisées par découpage suivant une ligne non fermée, sans enlevenent.de matière. Elles se réalisent å l'aide d'un poinçon de forme cylindrique dont la face d'attaque du métal à découper est un plan légèrement incliné par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du cylindre afin d'obtenir une bosse présentant un enfoncement abrupt plus efficace. Les éléments fermés et ouverts possèdent des enfoncements 23 en forme de cuvettes percées en fond pour permettre le passage des tringles 4 d'assemblage Chaque élément I2 ou I4 comporte ainsi 2 cuvettes adjascentes 23 et 24 par passage de tringles (fig 9). Ces mêmes éléments comportent des aspérités ou bosselages 25 qui peuvent se loger au moment du montage dans d'autres aspérités ou bosselages 26 complémentaires appartenant à des éléments ouverts ou fermés de cadres adjacents tels que 27 et 28 (fig I5). Les éléments ouverts comportent en fond de U (fis 3) des ouvertures 29 longitudinales, en partie médiane d'élément, pour permettre le passage des gaz dans l'échangeur. Les éléments fermés comportent (fig I3) des aspérités ou bosselages 20 identiques aux bosses 21 qui permettent de retenir des éléments 31 prévus (fig IO) pour profiler les entrées et les sorties de gaz (fig 9 - fig I4) Les aspérités telles que 25 et 30 (fig 1) des éléments des cadres 39 et 40 placés (fig 14 et I5) jointivement aux 2 plaques terminales 3 ont été supprimées pour ne pas réaliser de moyen de passage d'air entre ces 2 cadres et leu plaque terminale adjascente. Les coins dessinés fig 7 et 8 permettent la réception d'embouts males d'éléments ouverts ou fermés, au choix, et leur maintien à 900 dans un même plan. Afin de permettre la faisabilité par emboutissage, les coins comportent une petite cuvette 32 de faible pronfondeur formée des 2 parois 33 et 34 (fig 8) de 2 petits plans 35 raccordés au plan 36 ou fond de cuvette, chaque petit plan 35 formant avec le plan 36 un angle de I350. Les éléments profilés 31 (fig I3) ont une partie en forme de V. Ils stnt munis de bretelles 3, ei;es-mêmes percées ae petites fenêtres 38 et peuvent etre montés en fig 9 et fig I3 sur chaque élément fermé. Une des caractéristiques de l'invention est la fabrication des éléments de cadres à partir de tôles en utilisant des techniques de découpage, de poinçonnage de pliage et d'emboutissage qui relèvent de la technique plus gemérale du formage mécanique. Ainsi, pour les éléments ouverts et fermés, on part d'une bande continue de t31e plate. Cette tale supposée à largeur, subie des opérations de poinçonnage pour réaliser les différents trous des pièces ainsi que d'emboutissaXe à l'aide de matrices pour réaliser les différents évasenents, bosselages ou enfoncement ---- enfin une opération de découpage pour réaliser les longueurs désirées. Le formage du U est alors esécuté n dernier par une opération d'e=- boutissage à l'aide d'une matrice allongée. Les coins se réalisent également en partant de tôle plate, en réalisant d'abord l'emboutissage des formes telles que 22 avant les autres opérations de formage. Les éléments profilés 31 se réalisent à l'aide d'c?érations de décou- pe, puis de poinçonnage des fenêt.es, et, de pliage pour obtenir la forme définitive. Le montage d'un cadre a lieu par emmanchement des différents types d'éléments (coins,éSé2ents ouverts ou fermés) au niveau de leurs embouts com?le.- mentaires de façon à réaliser I cadre à quatre côté comme défini plus naut. Le montage d'une plaque se fait sur le pourtour d'un cadre horizontal en posant la plaque entre les aspérités 25 du cadre. La pose d'un cadre sur un cadre adjascent ayant reçu une plaque se fait par superposition de façon que les logements tels que 25-de L'un des cadres reçoivent les bosselages complémentaires tels que 25 de l'autre cadre. Le montage des appareils dont 2 exemples sont donnés fig 14 et fig 15 se fait en plaçant horizontalement sur un support une première plaque épaisse 3, puis en disposant le premier cadre 40 en pourtour de la plaque épaisse, ensuite, en posant successivement, comme dit plus haut, soit une plaque, soit un cadre en fonction du choix d'appareil. L'appareil s'achève par la pose de la 2ème plaque é?aisse, par l'enff- lage de tringles 4 filetées et le serrage d'écroux 5. Les profilés peuvent se nonter de l'extérieur après le montage complet des appareils Dans le cas d'un nombre important d'empilement de cadres, le montage s'effectue d'abord pour une partie de cadres comprise entre des écrous intermé- diaires tels que 5 et tels que 58 (fig 9), ces derniers logés à l'intérieur d'éléments de cadres ne comportant plus de cuvette 23 ou. lorsque le dimensionnement le permet, à l'intérieur de ces mêmes cuvettes 23. Les écrous 5S, en buée en 59 sur le dernier cadre montés permettent alors le serrage le long de tringles 4 de la partie d'échangeur considérée. Les mêmes boulons 58 sont ensuite réutilisés comme moyen de serrage de la partie d'échangeur suivante qui pourra être serrée à l'aide d'écrous de type 58 et de tringles L prolongeant les précédentes, ou d'écrous 5, Si l'échan geur est achevé. Les appareils ainsi construits peuvent être rendus exte-reurement étanches par le passage au pinceau ou au pistolet d'un enduit sur les ' faces externes perpendiculaires au plan de plaques. Pour cela, l'enduit peut être un produit élastomère au silicone susceptible d'être plus ou scions dilue, et résistant à 2C00 C. L'étanchéité absolue des appareils sans fuite entre les 2 flux de ga d'une part, et, sans fuite entre des flux et l'extérieur d'autre part, peut être obtenue au moment du montage par passage de l'enduit sur les surfaces latérales des cadres ainsi que sur les pourtours des plaques. Le produit, qui à la propriété de devenir assez rapidement élastique assurera, grâce à la pression du serrage, l'étarchéité souhaitée. Le récepteur de condensats 6 a pour fonction, lorsque cela est néces- saire de recueillir et d'évacuer les eaux condensées près des sorties de gaz ou d'air froid refroidi dans l'échangeur. Les eaux de condensats peuvent être évacuées au travers d'orifices tels que des trous 41 (fig 5) pratiqués soit en fond des coins entourés par le récepteur de condensat dans l'exemple I4 et la vue en fig 5 soit en fond de U d'éléments fermés (fig I) ou ouverts à l'aide de trous 42 comme dans le montage du recepteur 43 de la figes. Dans le cas de l'évacuation au travers des coins de l'invention, le recepteur 6 (fig I6) est très simplifie. Il peut être un profilé 44 en L fermé aux 2 bouts par 2 plans 45 triangulaires qu'il suffit de souder pour constituer le récepteur. L'eau recuillieest alors évacuée hors du récepteur au travers d'un d'un manchon métallique 46 fixé à l'un des 2 cotés en L. Dans le cas de l'évacuation latérale décrite plus haut, le récepteur (fig 17) peut être un profilé 47 fermé aux 2 bouts par des couvercles 48. Le montage des récepteurs en L se fait (fig 5) an appliquant les bords du L sur les bords de coins 16 de l'appareil assemblé et sur les éléments I2 ou I4 emmanchés dans ces coins. La fixation est réalisée à l'aide de vis autre taraudeuses 49 traversant le récepteur par des trous 50 et vissées sur des trous préalablement percés dans les éléments après assemblage des appareils. Pour obtenir l'étanchéité des récepteurs 6, on prend soin de réaliser: par exemple à i'aide de l'élastomère au silicone des bandes ==r.=L-ues SI ou joints d'étanchéité entourant le pourtour intérieur des récepteurs, et, d'épaisseur telle qu'elle vienne continuement en appui sur les parois de l'appareil au moment de la fixation d'un récepteur. Le raccord des appareils a des gaines 52 peut se faire (fig 5) par fixation à l'aide de vis autotaraudeuses 53 et de joint d'étanchéité 54 de la même façon que pour les récepteurs de condensats. Les divers trous 50 de fixation des récepteurs ainsi que des trous de réception des vis autoraraudeuses ne sont percés de préférence que dans les cadres non exposés à la production de condensats afin de ne pas rendre nécessaire la réalisation d'une étanchéité à l'eau au niveau de ces fixations du fait de la présence de l'eau de condensation. On peut utiliser les récepteurs de condensats comme "arroseurs" des plaques d'échange afin de pratiquer un nettoyage sommaire de celles-ci Pour cela, il suffit de monter au moins deux autres récepteurs conden sats tels que 55 et 56 dits alors "arroseurs" en partie haute d'appareil (fig I5) et au moins deux autres récepteurs de condensats en partie basse dit simplement récepteurs d'eau tels que 57 et 43 de telle façon - que l'usa au moins des arroseurs d'eau 55 qui amène l'eau d'arrosage au travers des embouts soit en communication avec l'un des gaz par l'íntermédiai: d'orifices tels que 4I, tandis qu'au moins un autre arroseur 56 sera en communia tion avec l'autre gaz par d'autres orifices. - que l'un au moins des récepteurs d'eau tel 57 destiné à evacuer les eaux de nettoyage ou d'arrosage soit en cot=sunication avec l'un des gaz par l'intermédiaire orifices tels que 41, tandis qu'au moins un autre récepteur d'eau tel 43 sera en communication avec l'autre gaz. Une autre fonction possible des arroseurs combinés aux récepteurs d'eau est de permettre par l'arrosage des plaques un arrosage par tranche d'air ou de gaz, par conséquent une humidification au moins sommaire des gaz. Le moyen d'arrosage ou d'humidification peut être amélioré à l'aide de gicleurs implantés en pourtour latéral des cadres à la place des orifices d'amené d'eau d'arrosage et d'humidification des plaques. L'intérêt de l'installation des échangeurs de l'invention est présente chaque fois qu'existent deux flux de gaz indépendants soufflés à des tea- pératures différentes et des réseaux de gaines. C'est le cas de bâtiment ou de logements munis d'air pulsé, ainsi que chaque fois que l'on désire échanger des calories d'un gaz au profit d'un autre, notamment dans le cadre d'économies d'énergie. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Echangeurs de chaleur du type constitués d'empilages successifs serrés à l'aide d'organes d'assemblage, de plaques d'échange, et, placés an pour- tour des plaques de segments munis d'ouvertures et de segeents fermés caractéri- sés en ce que les segments et les plaques d'échange sont obtenus à partir du formage de plaques minces. 2 - Echangeurs de chaleur suivant la revendication I caractérisés ce qu'aux 4 coins, les appareils sont construits avec des élésts d'angle tronqué obtenus å partir de plaques minces formées mécaniquement. 3 - Echangeurs de chaleur selon la revendication I caractérisés en ce que les plaques d'échange des appareils sont des quadrilatrts plans sur lesquels sont réparties des bosses piliers couplées facultativement à des protu- bérances de pertes de charges dont le nombre et la taille sont au choix pour des appareils de meme encoinbrnent. 4 - Echangeurs de chaleur suivant la revendication I caractérisés en ce que un récepteur de condensats longitudinal est monté sur l'une des faces extérieures des appareils, perpendicalement aux surfaces des plaques d'échange 5 - Echangeurs de chaleur suivant la revendication I caracterisês en ce que des élements supplémentaires en V s'additionnent contre les segments fermes comme profilés des entrées et des sorties des appareils. 6 - Echangeurs de chaleur suivant la revendication I caractérisés en ce que un moyen d'arrosage des plaques est couplé à au sojas un moyen recep- teur du liquide d'arrosage et que ces moyens sont montés sur les faces extérieu- res des appareils, perpendiculairement aux arêtes des plaques d'échanges. 7 - Récepteurs de condensats et de liquide d'arrosage suivant les revendications 4 et 6 caractérisés en ce qu'ils sont constitués de plagies minces profilees et obturées en bout, entourant des orifices. 8 - Moyen d'arrosage selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il est constitué de plaques minces profilées, obturées en bout, cc"porte au moins un raccordement d'amené de liquide et entoure des orifices d'arrosage 9 - Moyeu d'arrosage selon la revendication 6 caractérisé ni ce le moyen comporte des gicleurs. 10 - Echangeurs de chaleur selon la revendication I caractérisés en ce que les élents Ouverts et fermés sont formés mécaniquement selon un profil niU II - Echangeurs de chaleur selon la revendication I caractérisés i en ce que les organes d'assemblage sont des axes comportant au moins un boulon nement intermédiaire à deux boulonnements d'extrémité. 12 - Echangeurs de chaleur selon la revendication I caractérisés en ce que les éléments ouverts et fermes sont traversés par les organes d'assemblage au moyen de cuvettes adjascantes percées au fond. I3 - Echangeurs de chaleur selon la revendication I caractérisés en ce que les éléments ouverts et fermés comportent des bosselages complémentaires t formés mécaniquement.