Brevet FR2455260A1 — publié le 19801121

La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur du type utilisé pour obtenir un transfert calorifique entre deux fluides en mouvement sans contact de ces fluides entre eux. De tels échangeurs de chaleur sont connus et utilisés dans de nombreuses applications et se présentent sous des formes variées comportant de façon générale deux enceintes séparées par une paroi commune. Les fluides circulent respectivement dans chacune de ces enceintes à des températures différentes, un échange calorifique étant obtenu à travers la paroi commune. Sous leur forme la plus habituelle les échangeurs de ce type sont constitués par un réseau de tubes constituant une première enceinte et parcouru par l'un des fluides, ledit réseau étant inséré dans une seconde enceinte parcourue par l'autre fluide. On obtient ainsi une surface d'échange importante augmentée par ailleurs, dans de nombreux cas, par l'adjonction d'éléments de paroi internes et/ou externes, rapportés ou non.Ces éléments de paroi prennent généralement la forme d'ailettes ou de nervures disposées perpendiculairement à l'axe des tubes mentionnés ci-dessus. On connait également des échangeurs dans lesquels le circuit de tubes est solidaire d'une paroi commune en contact avec lesdits tubes par une génératrice. Cette paroi présente souvent une forme développable. La présente invention a pour but de réaliser un échangeur de chaleur permettant d'atteindre des performances élevées et d'être manufacturé à bas prix. Elle se rapporte plus particulièrement aux échangeurs dans lesquels le fluide situé au niveau de température le plus élevé est à l'état gazeux. A cet effet l'invention a pour objet un échangeur de chaleur à deux fluides caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de tubes pour la circulation de l'un des fluides, lesdits tubes étant solidaires d'une paroi commune, de forme développable, en contact avec ces tubes par leurs génératrices, ladite paroi étant conformée en spirale et rendue solidaire de moyens d'obturation disposés perpendiculairement à cette paroi de façon à ménager un espace continu pour la circulation de l'autre fluide. L'invention sera neux comprise en se rapportant à la description qui va suivre illustrée par les figures dû dessin annexé, dans lequel La figure 1 représente une vue en élévation d'un mode de réalisation de l'échangeur selon l'invention; La figure 2 représente une vue en perspective de l'échangeur représenté figure 1; La figure 3 représente une vue développée de l'échangeur représenté sur les figures 1 et 2; et La figure 4 est une vue en perspective de la paroi constitutive de l'échangeur. On a représenté sur les figures 1 et 2 un échangeur de chaleur à deux fluides, chacun des fluides étant respectivement signalé par les repères A et B; le sens de circulation de chacun des fluides est indiqué par des flèches. L'échangeur comprend un réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide B, ces tubes étant solidaires d'une paroi 2 en contact avec lesdits tubes par leurs génératrices. Dans le mode de réalisation représenté le réseau de tubes et la paroi sont constitués par la paroi connue dans le commerce sous le nom de "Roll-Bond" (Fig. 4). Cette paroi est obtenue en soudant partiellement deux tôles a et b en alliage d'aluminium ou en alliage inoxydable, et en laissant des bandes non soudées. Grace à un gonflage par des moyens appropriés aux endroits non soudés on obtient des régions tubulaires c qui constituent les tubes 1 décrits plus haut. On comprend que le produit obtenu est particulièrement approprié pour fabriquer les évaporateurs de réfrigérateurs ou congélateurs domestiques. Ce produit est également très approprié pour mettre en oeuvre la présente invention mais on pourrait naturellement réaliser d'une autre manière la paroi tubulaire constituant l'échangeur suivant l'invention. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, la paroi est conformée en spirale de façon à faire apparaître entre les spires successives un espace 3 dans lequel circule en l'occurence le fluide A. Afin de confiner le fluide A dans un circuit déterminé, l'échangeur comporte des organes d'obturation constitués par des couvercles 4, 5 rendus solidaires des arètes respectivement supérieure et inférieure de la paroi 2 de façon à ménager pour le fluide A une entrée 6 et une sortie 7. Bien entendu, la spire centrale 8 n'est pas totalement refermée sur elle-même de façon à permettre la circulation du flude A. On a représenté sur la figure 3 une vue développée de la paroi 2 et du réseau de tubes 1 pour la circulation du fluide B. Ce réseau est constitué par un ensemble de collecteurs la, reliés entre eux par des tubeslconnectés en parallèle entre les collecteurs la. Le sens de circulation du fluide B est indiqué par les flèches et ceci de façon suffisamment explicite pour qu'il ne soit pas nécessaire d'en décrire le processus. Le fluide est en fait forcé à se diriger d'un collecteur vers le suivant par l'existence d'obstacles tels que l'interruption 9 entre deux collecteurs. On remarquera que les réseaux de tubes 1 sont disposes de façon perpendiculaire au sens de circulation du avide A. On va maintenant expliquer le fonctionnement de l'échangeur dont on vient de décrire un mode de réalisation en se référant à un type d'utilisation dans lequel le fluide A est à l'état gazeux, par exemple est constitué par des gaz de combustion, et le fluide B à l'état liquide, par exemple est formé par l'eau d'un circuit de chauffage. Compte tenu des pertes de charge s'opposant à l'écoulement des fluides dans ltéchangeur, il va de soi que ceux-ci sont pulsés ou aspirés par un organe moteur, pour le fluide A ainsi que pour le fluide B. Ces organes sont bien connus en eux-memes et n'ont donc pas été représentés. Les gaz pénètrent axialement à haute température par l'entrée 6 de l'espace 3, subissent un changement de sens d'écoulement sensiblement à 900 puis cheminent vers la sortie 7.L'eau de retour du circuit de chauffage pénètre dans le réseau de tubes 1 à contre courant des gaz, c'est-à-dire du côté adjacent à la sortie 7 des gaz puis circule vers la spirale centrale 8, et s'évacue vers le départ du circuit de chauffage dans la zone d'entrée 6 des gaz. Au cours de leur progression, on comprend que les gaz se refroidissent au contact des parois de l'échangeur dans lesquelles circule l'eau plus froide du chauffage. Inversement l'eau se réchauffe progressivement comme dans tout processus d'échange méthodique. La constitution du réseau de tubes 1 telle que r représentée figure 3 permet d'obtenir une division importante du flux de fluide B dans les tubes 1 et par conséquent à la fois d'atteindre une grande surface d'échange et une vitesse de circulation importante dans les tubes, ce qui améliore le coefficient d'échange. On obtient de la sorte un échangeur extrêmement performant. Dans l'application ci-dessus ceci permet d'atteindre le point de rosée des fumées pour des fonctionnements en condensation. On comprend que le mode de réalisation auquel il a été fait référence dans la précédente description n'est nullement limitatif. En particulier la spirale cunaligne constitue un mode de réalisation particulièrement privilégié, mais on peut envisager une spirale de forme générale polygonale. De même la constitution du réseau de tubes associé à la paroi développable peut être modifiée sans sortir du cadre de la présente invention telle que revendiquéedans les revendications annexées. L'échangeur selon l'invention trouve son utilisation dans les applications d'échange thermique à deux fluides en circulation forcée, par exemple dans les échangeurs de chaudière de chauffage. Revendications 1. Echangeur de chaleur à deux fluides caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de tubes pour la circulation de l'un des fluides, lesdits tubes étant solidaires d'une paroi commune, de forme développable, en contact avec ces tubes par leurs génératrices, ladite paroi étant conformée en spirale et rendue solidaire de moyens d'obturation disposés perpendiculairement à cette paroi de façon à ménager un espace continu en spirale pour la circulation de l'autre fluide. 2. Echangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau de tubes pour la circulation de l'un des fluides est constitué par un ensemble de collecteurs reliés par des circuits tubulaires agencés en parallèle et disposés de façon perpendiculaire au sens de circulation de l'autre fluide.