Brevet FR2455723A1 — publié le 19801128

L'invention est relative, d'une façon générale, aux échan ceurs de chaleur pour installations thermo-électriques comportant des thermo-éléments montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude et une paroi froide. L'invention est également relative aux installations thermoélectriques comportant une pluralité d'échangeurs de chaleur selon l'invention. De telles installations peuvent etre utilisées pour engendrer un courant électrique continu lorsque les parois chaude et froide sont maintenues à des températures différentes, ou, au contraire, pour maintenir les parois chaude et froide à des températures différentes lorsqu'un courant électrique continu circule dans les thermo-éléments, ce courant électrique pouvant être amené auxdits thermo-éléments par les échangeurs de chaleur dont font partie les parois d'échanges thermiques. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux échangeurs de chaleur pour ces derniers types d'installations, les thermo-éléments étant alimentés en courant électrique continu pour entretenir une différence de température entre deux parois chaude et froide. Une telle installation, appelée "pompe à chaleur", peut etre utilisée pour produire "du chaud" ou "du froid". En effet, les thermo-éléments sont de deux types, à savoir les thermo-éléments de type P qui transfèrent des calories dans le sens du courant, et les thermo-éléments du type N qui transfèrent des calories dans le sens inverse du courant. Pour réaliser de telles installations, on a déjà proposé de leur faire comporter des échangeurs de chaleur comprenant chacun au moins une plaque de base coopérant, d'un coté, avec au moins un thermo-élément, et, de l'autre côté, avec des surfaces d'échanges thermiques baignées par un fluide chaud ou un fluide froid. On a déjà proposé de constituer un échangeur de chaleur pour ce type d'installations par deux plaques de base disposées parallèlement et réunies par une pluralité de barreaux pleins et monoblocs, ces barreaux étant rendus solidaires des deux susdites plaques de base par des moyens de fixation appropriés et constituant alors les surfaces d'échanges thermiques baignées par le fluide chaud ou le fluide froid. Les moyens de fixation envisagés étaient du type individuel, c'est-à-dire que chaque barreau avait ses propres moyens de fixation (sertissage, rivetage, sertissage et rivetage, soudage ou brasage). Cette solution présentait des inconvénients, notamment en ce qui concerne la fabrication des échangeurs. La présente invention a pour but un échangeur de chaleur dans lequel les moyens de fixation des barreaux ne sont pas individuels et permettent donc de faciliter leur fabrication. L'invention a aussi pour but un échangeur de chaleur dans lequel les échanges thermiques sont favorisés. L'invention a également pour but un échangeur de chaleur dans lequel l'évacuation de l'eau de condensation est facilitée. L'échangeur de chaleur conforme à lrinvention comprend deux plaques de base et une pluralité de surfaces d'échanges thermiques s'étendant entre ces deux plaques de base, et il est caractérisé par le fait que chaque surface d'échanges thermiques est constituée par une nappe de barreaux réunissant deux bandes latérales, continues ou discontinues, destinées à etre fixées sur les deux plaques de base. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, chaque barreau est constitué, en section transversale, par une portion plane et une portion recourbée s'étendant en dehors du plan défini par les deux bandes latérales. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque barreau est constitué, en section transversale, par une portion centrale bordée par deux portions recourbées s'étendant du meme côté en dehors du plan défini par les deux bandes latérales. En ce qui concerne la disposition des surfaces d'échanges thermiques, il convient de souligner qu'elle peut etre telle que, - ou bien les surfaces d'échanges thermiques adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux se trouvent au droit les uns des autres, - ou bien les surfaces d'échanges thermiques adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux se trouvent en quinconce les uns par rapport aux autres. Au point de vue fabrication, il est avantageux d'obtenir chaque surface d'échanges thermiques à partir d'une plaque plane dans laquelle une zone centrale, laissant subsister les deux bandes latérales, est soumise à une opération consistant à former les barreaux par découpage et repoussage de la matière située entre les barreaux, et ce sans enlèvement de ladite matière. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'etre question, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en me me temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, etre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La fig. 1, de ces dessins, montre une coupe d'un échangeur de chaleur pour installation thermo-électrique, établi conformément à l'invention. La fig 2 est une vue en perspective d'une surface d'échanges thermiques de l'échangeur montré sur la fig. 1. La fig. 3 est une coupe partielle selon III-III fig. 1. Les fig. 4 à 6 montrent des coupes partielles analogues à celle de la fig. 3, mais à plus grande échelle, chacune de ces trois figures illustrant trois modes de réalisation avantageux de l'invention. Sur la fig. 1, on a représenté, en coupe, un échangeur de chaleur pour installation thermo-électrique. Cette installation comporte des thermo-éléments 1, montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude 2 et une paroi froide 3. Cet échangeur comporte deux plaques de base 4 constituant ou portant chacune une paroi chaude 2 ou froide 3 de l'installation Ces deux plaques de base 4 sont disposées parallèlement et elles sont réunies par une pluralité de surfaces d'échanges thermiques 5 Chaque surface d'échanges thermiques 5 est constituée, comme montré sur les fig. 1 à 3, par - deux bandes latérales 6, continues ou discontinues, destinées à etre fixées sur les deux plaques de base 4, - et une. zone centrale 7 constituée. par une nappe de barreaux 8 réunissant les deux susdites bandes latérales 6. On conçoit alors. que le problème de la solidarisation des barreaux 8 aux deux plaques de base 4 n'est plus un problème de fixation individuelle puisque cette fixation s'opère par l'intermédiaire des deux bandes latérales 6. La fixation de ces deux bandes latérales 6, respectivement sur deux plaques de base, c'est-à-dire deux opérations de fixation, assure la mise en place d'autant de barreaux 8 que comporte la surface d'échanges thermiques 5. Cette fixation des deux bandes latérales 6 peut etre obtenue par encastrement et/ou sertissage et/ou brasage. Il est d'ailleurs possible de donner aux deux bandes latérales 6 une forme rectiligne, ce qui facilite leur fixation. A cet effet, on peut alors prévoir, dans chaque plaque de base 4, des rainures 9 destinées à recevoir lesdites bandes latérales 6. Compte tenu du fait que la solidarisation des barreaux 8 s'opère par l'intermédiaire des deux bandes latérales 6, il est possible de donner aux barreaux 8 des formes variées qui peuvent etre choisies de manière à favoriser les échanges thermiques et/ou à faciliter l'évacuation de l'eau de condensation. Selon le mode de réalisation illustré sur la fig. 4, chaque barreau 8 est constitué, en section transversale, par une portion plane Sa et une portion recourbée 8b s'étendant en dehors du plan défini par les deux bandes latérales 6. Par rapportau sens-de. l'écoulement du fluide, repéré par la flèche F, la portion plane Sa est en amont de la portion recourbée 8b. Grâce à cette disposition, on favorise les échanges thermiques en augmentant le coefficient de convection par les turbulences provoquées par les portions recourbées 8b des barreaux 8. Lorsque l'échangeur de chaleur est disposé de sorte que les deux plaques de base 4 sont verticales et les surfaces d'échanges thermiques 5 sont horizontales, les portions recourbées 8b sont avantageusement disposées en dessous des portions planes 8a. L'évacuation de l'eau de condensation est alors facilitée , en effet, les portions recourbées 8b des barreaux 8 créent une augmentation locale de la vitesse du fluide traversant l'échangeur et, par suite, une dépression qui attire les gouttes d'eau vers le bas. Selon les deux modes de réalisation illustrés sur les fig. 5 et 6, chaque barreau 8 est constitué, en section transversale, par une portion centrale 8c bordée par deux portions recourbées 8d s'étendant du meme côté en dehors du plan défini par les deux bandes latérales 6. Par rapport au sens de l'écoulement du fluide, repéré par la flèche F, les surfaces d'échanges thermiques 5 ainsi réalisées peuvent être indifféremment dans un sens ou dans l'autre. Comme dans le mode de réalisation précédent, on favorise les échanges thermiques en augmentant le coefficient de convection par les turbulences provoquées par les portions recourbées 8d des barreaux 8. Lorsque l'échangeur de chaleur est disposé de sorte que les deux plaques de base 4 sont verticales et les surfaces d'échanges thermiques 5 sont horizontales, les portions recourbées 8d sont avantageusement disposées en dessous de la portion centrale 8c. L'évacuation de l'eau de condensation est alors facilitée par la forme de cuvette qui est définie par les deux portions recourbées 8d appartenant respectivement à deux barreaux 8 successifs. Selon le mode de réalisation illustré sur la fig. 5, les surfaces d'échanges thermiques 5 adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux 8 se trouvent au droit les uns des autres. Selon le mode de réalisation illustré sur la fig. 6, les surfaces d'échanges thermiques 5 adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux 8 se trouvent en quinconce les uns par rapport aux autres. La disposition conforme à ce dernier mode de réalisation facilite encore plus l'évacuation de l'eau de condensation car l'eau qui s'est amassée dans la cuvette formée par deux barreaux 8 successifs est attirée par la dépression qui règne en dessous, dépression provoquée par la mise en vitesse du fluide dans le col formé par le barreau 8 disposé en dessous de ladite cuvette. Au point de vue constructif, il est avantageux d'avoir recours, lorsqu'on f-ait appel aux modes de réalisation illustrés sur les figures 4 à 6, à une fabrication de chaque surface d'échanges thermiques 5 qui consiste à former les barreaux 8 par découpage et repoussage de la matière située entre les barreaux, et ce sans enlèvement de ladite matière. On peut ainsi obtenir des échangeurs de chaleur à des prix de fabrication peu élevé, tant en ce qui concerne la rapidité de réalisation des surfaces d'échanges thermiques 5, qu'en ce qui concerne l'économie de la matière constituant lesdites surfaces d'échanges thermiques 5, matière qui, devant etre bonne conductrice de la chaleur et de l'électricité, -est relativement chère. On peut également avoir recours, comme montré sur la fig. 2, à des surfaces d'échanges thermiques 5 dont les barreaux 8 présentent une forme carrée ou rectangulaire. Dans ces conditions, on peut procéder à la formation de ces barreaux 8 par estampage d'une plaque plane. Finalement, l'échangeur conforme à l'invention présente un certain nombre d'avantages qui ne se rencontrent dans aucun des échangeurs établis selon l'art antérieur, et dont les principaux sont résumés ci-après - la fixation des barreaux par l'intermédiaire des bandes latérales permet une fabrication rapide, peu onéreuse, et automatisée dans une large mesure, - les échanges thermiques sont favorisés par une augmentation du coefficient de convection rapporté à la surface des plaques de base, augmentation provoquée par une turbulence élevée, - l'évacuation de l'eau de condensation est facilitée par un effet d'aspiration vers le bas, dû aux augmentations locales de la vites se du fluide, - l'utilisation de métaux ou alliages laminés ou étirés pour la constitution des surfaces d'échanges thermiques, ces matériaux laminés ou étirés présentant des propriétés de conductivité thermique plus élevées que celles des matériaux coulés, - l'utilisation de métaux ou alliages moins chers que des métaux ou alliages permettant un filage, - la possibilité de fabriquer les surfaces d'échanges thermiques à partir d'un matériau épais, ce qui conduit à des barreaux de forte section et donc à des échangeurs présentant des propriétés mécaniques intéressantes ; ces propriétés permettent, d'une part, de soumettre des empilements d'échangeurs à des efforts de compression importants sans risque de flambage des barreaux, et,d'au tre part, de procéder au nettoyage des surfaces d'échanges thermi ques par des jets d'eau sous pression sans risque de déformation des barreaux, - la fabrication des surfaces d'échanges thermiques se fait sans enlèvement de matière, donc sans gaspillage. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur pour installation thermo-électrique, comprenant des thermo-éléments montés entre une paroi chaude et une paroi froide, comportant, d'une part, deux plaques de base constituant ou portant chacune une paroi chaude ou froide, et, d'autre part, une pluralité de surfaces d'échanges thermiques s'étendant entre ces deux plaques de base, caractérisé par le fait que chaque surface d'échanges thermiques est constituée par une nappe de barreaux réunissant deux bandes latérales, continues ou discontinues, destinées à être fixées sur les deux plaques de base. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication I, caractérisé par le fait que chaque barreau est constitué, en section transversale, par une portion plane et une portion recourbée s'étendant en dehors du plan défini par les deux bandes latérales. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé pàr le fait que chaque barreau est constitué, en section transversale, par une portion centrale bordée par deux sections recourbées s'étendant du même côté en dehors du plan défini par les deux bandes latérales. 4.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les surfaces d'échanges thermiques adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux se trouvent au droit les uns des autres. 5.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les surfaces d'échanges thermiques adjacentes sont disposées l'une par rapport à l'autre de sorte que leurs barreaux se trouvent en quinconce les uns par rapport aux autres. 6.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque surface d'échanges thermiques est obtenue à partir d'une plaque plane dans laquelle une zone centrale, laissant subsister les deux bandes latérales, est soumise à une opération consistant à former les barreaux par découpage et repoussage de la matière située entre les barreaux, et ce sans enlèvement de ladite matière. 7.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque barreau présente, en section transversale, une forme carrée ou rectangulaire. 8.- Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque surface d'échanges thermiques est obtenue à partir d'une-plaque plane dans laquelle une zone centrale, laissant subsister les deux bandes latérales, est soumise à une opération d'estampage. 9.- Installation thermo-électrique, caractérisée par le fait qu'elle comporte une pluralité d'échangeurs de chaleur établis suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.