Brevet FR2509455A1 — publié le 19830114

La présente invention concerne des échangeurs de chaleur et, en particulier, bien que non exclusivement, des panneaux chauffants solaires. On sait réaliser des panneaux chauffants à partir d'une tale métallique sur laquelle sont fixés un ou plusieurs tuyaux par lesquels peut s'écouler un agent de transmission de chaleur Un panneau chauffant solaire de ce genre peut être agencé conformément au brevet britannique n O 1 565 092. Jusqu'à maintenant, de tels panneaux ont été réalisés en vue de leur montage dans des installations conçues spéci- fiquement ou bien, en variante, il a été nécessaire de loger le panneau dans un bottier ou carter vitré, formé par exemple de profilés extrudés en aluminium De tels bottiers ou carters sont cependant relativement coûteux par comparaison au coût du panneau et ils augmentent considérablement le prix de revient global d'une installation. La présente invention concerne un échangeur de chaleur qui convient, par exemple, pour des systèmes domestiques de chauffage solaire qui peuvent être installés sur des toitures en tuiles existantes et qui peuvent être fabriqués économique- ment. Conformément à un aspect de l'invention, un échangeur de chaleur comprend: un panneau d 'absorption ou de rayon- nement de chaleur formé d'une plaque comportant un ou plusieurs tubes dans lesquels un agent d'échange de chaleur peut passer et qui sont montés en contact thermique sur ladite plaque, un élément de châssis sans joint formé à partir d'une matière en feuille et entourant le panneau, et un moyen de jonction interposé entre Les parties précitées pour positionner des bords adjacents de l'élément de châssis et du panneau et les fixer ensemble. De préférence, le moyen de jonction assurant la fixa- tion du panneau sur l'élément de châssis est une pièce moulée ou extrudée qui s'étend autour de la totalité ou d'une partie substantielle de la périphérie du panneau Des parties profi- lées sont prévues dans la pièce moulée ou extrudée pour entrer en contact avec la périphérie extérieure du panneau et la périphérie adjacente de l'élément de châssis, dans une relation d'espacement mutuel De préférence, la pièce moulée ou extrudée est formée d'une matière thermiquement isolante ou bien, en variante, des éléments rapportés en matière ther- miquement isolante sont prévus entre le panneau et la pièce moulée ou extrudée. L'échangeur de chaleur peut être pourvu d'un couvercle transparent formé de verre ou de matière plastique, en parti- culier lorsqu'il doit être utilisé comme panneau chauffant solaire Le couvercle peut être retenu en place par des par- ties profilées additionnelles prévues sur la pièce moulée ou extrudée ou par des parties profilées prévues sur l'élément de châssis Des couches de matière isolante peuvent être placées sur le côté inférieur du panneau, à l'intérieur de l'élément de châssis Ces couches isolantes peuvent être installées lorsque l'échangeur de chaleur est assemblé et elles peuvent être retenues en place à l'aide d'une feuille de support appropriée ou bien la couche isolante peut être injectée dans la cavité en dessous du panneau, après instal- lation de l'échangeur de chaleur sur le lieu d'utilisation. Dans certaines applications, par exemple dans des collecteurs solaires à thermosiphon, il est souhaitable de disposer un réservoir de stockage de fluide d'échange de chaleur dans une position adjacente à 1 ' échangeur de chaleur. Conformément à la présente invention, on peut également placer un couvercle sur ce réservoir De préférence, ce couvercle est agencé comme une partie de l'élément de châssis, bien qu'il soit concevable de l'agencer comme une partie du panneau ou bien sous la forme d'un panneau séparé logé à l'intérieur de l'élément de châssis De même, des couvercles peuvent être prévus pour d'autres composants devant être associés à l'échangeur de chaleur, par exemple des pompes et des vannes. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant un panneau d'absorption/ou rayonnement de chaleur, formé à partir d'une plaque comportant un ou plusieurs tubes dans lesquels peut circuler un agent d'échange de chaleur, monté en contact thermique avec lui, un élément de châssis sans joint formé d'une feuille de matière entourant le panneau et un moyen de jonction interposé entre lesdites parties pour fixer le panneau par sa périphérie sur l'élément de châssis, comprend les étapes consistant à mettre en forme la plaque et l'élément de châssis, à partir d'une seule feuille de matière, dans une seule opération de formage, à séparer la plaque de l'élément de châssis et à les réassembler en inter- posant entre eux le moyen de jonction afin de fixer la plaque, par sa périphérie, sur l'élément de châssis. Ce procédé de fabrication convient en particulier pour la fabrication d'échangeurs de chaleur à partir de mé- taux super-plastiques Avec de tels matériaux, le ou les tubes peuvent être encastrés dans la plaque, de la manière revendiquée dans le brevet britannique N O 1 565 092, en même temps que la plaque et l'élément de châssis sont mis en forme. Le panneau est ensuite séparé de l'élément de châssis par découpage réalisé autour du contour approprié de la feuille mise en forme Le procédé peut cependant être utilisé avec d'autres métaux en feuille classiques, en faisant intervenir une opération d'emboutissage pour former simulta- nément la plaque et l'élément de châssis Le ou les tubes peuvent ensuite être fixés sur la plaque par un procédé approprié par exemple par soudage ou brasage Lorsqu'on fait intervenir une opération d'emboutissage, les outils de presse peuvent être agencés de manière que, en une seule opération, l'élément de châssis et la plaque soient mis en forme et soient ensuite séparés l'un de l'autre Les deux procédés de formage de métaux super-plastiques et d'emboutissage convien- nent également pour réaliser des parties profilées pour des couvercles de récipients et des parties semblables ainsi que pour réaliser d'autres parties profilées, par exemple des nervures ou des ondulations servant à renforcer le panneau, une partie du couvercle et/ou l'élément de châssis. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig 1 est une vue en coupe d'une partie de bord d'un panneau chauffant solaire conforme à la présente invention; Fig 2 représente la préforme utilisée pour le panneau d'absorption de chaleur et l'élément de châssis du mode de réalisation de la figure l; Fig 3 représente un autre procédé d'assemblage du pan- neau d'absorption de chaleur avec l'élément de châssis représen- té sur la figure 1; Fig 4 est une vue en élévation,en partie en coupe,met- tant en évidence un autre procédé de fixation d'un couvercle transparent sur le panneau chauffant solaire représenté sur la figure 1; Fig 5 représente en coupe une partie de bord d'un autre mode de réalisation de l'invention; Fig 6-représente la préforme utilisée pour la mise en forme du panneau d'absorption de chaleur et de l'élément du châssis du mode de réalisation de la figure 5,et Fig 7 représente en coupe un panneau chauffant solaire agencé conformément à la présente invention et approprié pour être utilisé dans un système de chauffage à thermosiphon. Comme indiqué sur la figure 1,un panneau chauffant so- laire comprend une plaque d'absorption de chaleur 10 de forme essentiellement rectangulaire,dans laquelle est partiellement encastré un tube en serpentin 11 La plaque d'absorption de cha- leur 10 est entourée par un élément de chassis 12 en tôle métal- lique par l'intermédiaire d'une pièce moulée continue 13 en caoutchouc, la périphérie extérieure de la plaque 10 et la pé- riphérie intérieure de l'élément de châssis 12 s'engageant respectivement dans des encoches 14 et 15 ménagées dans la pièce moulée 13 en caoutchouc Un;couvercle en verre 16,qui est placé sur la plaque 10,est également retenu en position dans un évidement 17 ménagé dans la pièce moulée 13 Une feuille thermiquement isolante 18,rigide et préformée,est prévue dans la cavité située en dessous de la plaque 10 et à l'intérieur de l'élément de châssis 12. La plaque 10 et l'élément de châssis 12 sont formés d'un alliage d'aluminium superplastique Une feuille 19 de l'alliage d'aluminium superplastique est déformée superplas- tiquement dans la zone en serpentin 11,conformément au brevet britannique n O 1 565 092, de façon à former la plaque 10 et simultanément l'élément de châssis 12 La feuille mise en forme 19 est ensuite découpée autour de la partie horizontale , qui définit la périphérie extérieure de la plaque 10 et la périphérie intérieure de l'élément de châssis 12, le long de la ligne verticale X-X, afin de séparer la plaque 10 de l'élément de châssis 12 L'élément de châssis 12 est ensuite retourné et la plaque 10 et l'élément de châssis 12 sont assemblés sous la forme du panneau chauffant solaire décrit ci-dessus. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la- pièce moulée 13 en caoutchouc est un mauvais conducteur de la chaleur et en conséquence elle crée une isolation thermique appropriée entre la plaque d'absorption de chaleur 10 et l'élément de châssis 12. La pièce moulée 13 peut être formée de matériaux qui ne sont pas d'aussi bon isolateurs thermiques par mise en place d'un bourrelet isolant 21 entre la plaque 10 et la pièce moulée 13, comme le montre la fig 3 Ce bourrelet 21 peut commodément être formé à partir d'un tube fendu consti- tué d'une matière thermiquement isolante qui est placé sur la périphérie de la plaque 10 D'autres fentes peuvent être ménagées dans la pièce moulée 13 de manière à recevoir des bandes de pression, formées d'une matière plastique, de caoutchouc dur ou de métal, en vue de l'application d'une pression de blocage aux parties de la plaque 10, de l'élément de châssis 12 et du couvercle 16 qui sont engagées dans la pièce moulée 13. Comme le montre la fig 4, un couvercle 25 en matière plastique transparente moulée peut être utilisé à la place du couvercle en verre 16 du mode de réalisation décrit ci- dessus Dans ce cas, une partie en forme de rebord 26 entou- rant la périphérie du couvercle 25 peut s'engager dans la même fente 27 de la pièce moulée 28 que l'élément de châssis 12 En variante, le couvercle en matière plastique moulée peut être agencé de manière à s'accrocher sur une partie profilée appropriée de l'élément de châssis 12 Lorsqu'on utilise des couvercles 25 en matière plastique moulée, le couvercle assure une protection continue contre les intempéries et en conséquence, il n'est pas nécessaire que la pièce moulée 28 s'étende de façon continue autour de la périphérie de la plaque 10, comme c'est le cas pour le mode de réalisation représenté sur la fig 1 La pièce moulée 28 peut par consé- quent être remplacée par des bandes extrudées. Dans le mode de réalisation représenté sur les fig 5 et 6, la périphérie extérieure de la plaque 10 et la périphé- rie intérieure de l'élément de châssis 12 sont inclinées et s'engagent d'une manière semblable dans les fentes inclinées 14 et 15 ménagées dans la pièce moulée 13 Par modification de la conception de la plaque 10 et de l'élément de châssis 12 de cette manière, lorsque la plaque 10 et l'élément de châssis 12 sont réalisés dans une seule feuille 19, comme le montre la fig 6, la partie 30 définissant la périphérie extérieure de la plaque 10 et la périphérie intérieure de l'élément de châssis 12 sont inclinées et peuvent par conséquent être séparées par un trait de scie horizontal réalisé le long de la ligne X-X, ce qui rend plus aisée cette étape du procédé de fabrication. Dans un collecteur solaire à thermosiphon, le panneau collecteur solaire 9 est relié à un réservoir de stockage 35, comme indiqué sur la fig 7 Lorsque le panneau solaire est installé, le réservoir de stockage 35 est disposé au-dessus du panneau collecteur 9 de manière que, lorsque le fluide d'échange de chaleur, par exemple de l'eau, est chauffé dans le panneau collecteur 9, l'action de thermosiphon le fasse déplacer vers le haut dans le canal ménagé dans le panneau collecteur 9 et jusque dans le réservoir de stockage 35, ce fluide étant remplacé dans le panneau collecteur 9 par du fluide relativement froid provenant du réservoir de stockage De cette manière, le fluide circule de façon continue dans le panneau collecteur 9 sans qu'il soit nécessaire de prévoir un moyen de pompage extérieur De l'eau chaude peut être prise au réservoir de stockage 35 quand cela est néces- saire. Le collecteur solaire à thermosiphon représenté sur la fig 7 est d'une structure de base semblable à celle du panneau représenté sur la fig 1 Un tube à serpentin 11, qui comporte des parties s'étendant parallèlement sur la largeur du panneau 9, forme le canal d'écoulement du fluide d'échange de chaleur Les extrémités du tube 11 sont reliées au réservoir de stockage 35, qui est positionné le long d'une des extrémités du panneau 9, qui est parallèle aux brins parallèles du tube en serpentin 11, une partie de tube (non représentée) étant placée entre l'extrémité la plus éloignée du tube en serpentin 11 et le réservoir 35 afin de former pour ce dernier un orifice de sortie débouchant dans le panneau 9 tandis qu'une partie de tube 36 placée entre l'extrémité la plus rapprochée du tube en serpentin 11 et le réservoir 35 forme un orifice d'entrée dans le réservoir 35 à partir du panneau 9 Le tube en serpentin 11 et les parties de tube situées entre le réservoir et les extrémités du tube en serpentin 11 sont encastrés dans la plaque d'absorption de chaleur 10. Le panneau collecteur 9 est monté dans un élément de châssis 12 et il est pourvu d'un couvercle en verre 16, ces différents composants étant Joints ensemble par une pièce moulée continue 13 en caoutchouc, de la manière décrite en référence à la fig 1 L'élément de châssis 12 est pourvu d'une partie 38 qui forme un couvercle sur le réservoir de stockage j La cavité définie par le panneau collecteur 9 et l'élément de châssis 12 est remplie d'une matière thermique- ment isolante afin d'éviter des pertes de chaleur à partir du panneau 9 et du résevoir de stockage 35. La plaque d'absorption de chaleur 10 et l'élément de châssis 12 peuvent avantageusement être formés d'un alliage d'aluminium superplastique en utilisant les techniques décrites ci-dessus Dans ce mode de réalisation, la partie de couvercle de réservoir 38 de l'élément de châs sis 12 est formée en même temps que le tube en serpentin 11 est noyé dans la plaque 10 et cette plaque 10 et le reste de l'élément de châssis 12 sont profilés. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 1 'ivention Par exemple, bien que des échangeurs de chaleur réalisés conformément à la présente invention conviennent en particulier pour être utlisés comme collecteurs thermiques dans des systèmes de chauffage solaire, on peut les employer dans d'autres applications, par exemple comme radiateurs thermiques. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'un panneau d'absorption ou de rayonnement de chaleur ( 9), formé à partir d'une plaque ( 10) comportant un ou plusieurs tubes ( 11) dans lesquels peut passer un agent d'échange de chaleur, montés en contact thermique avec ladite plaque, est disposé à l'intérieur d'un élément de châssis sans joint ( 12) qui est formé d'une matière en feuille ( 19), un moyen de jonction ( 13; 28) étant interposé entre lesdites parties de façon à positionner des bords adjacents de l'élément de châssis ( 12) et du panneau ( 19) et à assurer leur fixation mutuelle. 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de jonction ( 13; 28) est une pièce moulée ou extrudée qui s'étend autour de la totalité ou d'une partie substantielle de la périphérie du panneau et qui comporte des parties profilées ( 14, 15; 27) destinées à s'appliquer contre la périphérie du panneau ( 9) et la périphérie adjacente de l'élément de châssis ( 12). 3 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de jonction ( 13; 28) est formé d'une matière thermiquement isolante. 4 Echangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 1 ou 2,caractérisé en ce que des éléments rapportés d'isolation thermique ( 21) sont prévus entre le moyen de jonction ( 13; 28) et le panneau ( 9). Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le panneau ( 9) est pourvu d'un couvercle transparent ( 16; 25). 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couvercle transparent ( 16; 25) est retenu en position à l'aide d'une partie profilée appropriée ( 17; 27) sur l'élément de jonction ( 13; 28) et sur l'élément de châssis ( 12). 7 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu une matière thermiquement isolante ( 18) dans la cavité formée en dessous du panneau ( 9) et à l'intérieur de l'élément de châssis ( 12). 8 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de châssis ( 12) et/ou le panneau ( 9) sont pourvus de parties profilées ( 38) qui servent de couvercle pour un équipement auxiliaire. 9 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen de recouvrement séparé pour un équipement auxiliaire à l'intérieur de l'élément de châssis ( 12). Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la plaque ( 10) du panneau ( 9-) et l'élément de châssis ( 12) sont formés d'un métal superplastique. 11 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plaque ( 10) du panneau ( 9) et l'élément de châssis ( 12) sont formés d'une seule feuille de matière ( 19), dont les dimensions correspon- dent essentiellement aux dimensions extérieures de l'élément de châssis ( 12). 12 Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant un panneau d'absorption ou rayonnement de chaleur formé à partir d'une plaque comportant un ou plusieurs tubes dans lesquels peut passer un agent d'échange de chaleur, et montés en contact thermique avec ladite plaque, un élément de châssis sans joint formé à partir d'une matière en feuille et entourant le panneau et un moyen de jonction interposé entre lesdites parties pour assurer la fixation du panneau, par sa périphérie, sur l'élément de châssis, procédé caractérisé en ce qu'on met en forme la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) à partir d'une seule feuille de matière ( 19), en une seule opération de formage, en ce qu'on sépare la plaque ( 10) de l'élément de châssis ( 12) et en ce qu'on les réassemble, en insérant entre eux un moyen de jonction ( 13; 28), de façon à fixer la plaque ( 10), par sa périphérie, sur l'élément de châssis ( 12). 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé 1 l en ce que la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) sont formés d'un métal superplastique en utilisant un processus de formage superplastique dans lequel la feuille ( 10) est déformée autour du ou des tubes ( 11) définissant le canal du panneau ( 9), et la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) sont mis en forme dans une seule opération. 14 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) sont formés dans un processus d'emboutissage. 15 Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) sont séparés à l'aide d'un outil de coupe approprié. 16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la partie ( 20) de la feuille mise en forme ( 19), définissant les périphéries de la plaque ( 10) et de l'élément de châssis ( 12) est inclinée de telle sorte que la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) puissent être séparés par une coupe qui est orientée parallèlement au plan général de la feuille mise en forme ( 19). 17 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la plaque ( 10) et l'élément de châssis ( 12) sont séparés dans une partie de l'opération d'emboutissage.