Brevet FR2534678A1 — publié le 19840420

L'invention concerne un échangeur de chaleur comportant des surfaces d'échange thermique formées d' éléments de tôle plane, notamment pour réaliserun échange de chaleur entre deux milieux circulant perpendiculairement l'un à l'autre à des débits élevés, les surfaces d'échange thermique séparant les deux milieux étant disposées à un faible écartement les unes des autres. Un grand nombre de tels échangeurs de chaleur sont connus dans la littérature spécialisée. Par exemple la demande de brevet allemand publiée sous le NO 2 706 003 décrit des échangeurs de chaleur comportant des plaques réalisées de façon particulière, munies de perçages et subdivisées en trois éléments, le brevet britannique NO 2 028 996 décrit un échangeur de chaleur comportant des plaques et des garnitures' d'étanchéité particulières disposées entre ces dernières, la demande de brevet allemand publiée sous le NO 2 634 476 décrit un échangeur de chaleur constitué de plusieurs unités profilées montées côte-à-côte, la demande de brevet allemand publiée sous -le NO 2 332 0Q7 décrit un élément d'échangeur de chaleur pour chaudière constitué par des plaques creuses munies de nervures, le brevet français N 998 449 décrit un échangeur de chaleur constitué de plaques comportant des canaux d'écoulement obliques et le brevet allemand NO 434 787 mentionne un radiateur à ailettes comportant des conduits circulant en zig-zag. Comme état de la technique on part cependant dé la demande de brevet allemand publiée sous le NO 2 226 056 et du brevet déposé aux Etats Unis d'Amérique sous le NO 3 454 082. La demande de brevet allemand publiée sous le NO 2 226 056 décrit un condenseur t destiné en particulier au séchage du linge d'appareilsménagés appropriés,qui est constitué par plusieurs couches disposées côte-à-côte ., une faible distance et formant des surfaces d'échange thermique entre un milieu ou fluide réfrigérant et le courant d'air humide. Les couches sont constituées de préférence par des feuilles métalliques qui sont fixées par serrage, collage ou soudage entre des bords d'étanchéité d'un cadre. Les couches peuvent être également utilisées dans différents "petits cadres", qui sont alors réunis pour former un cadre commun. Dans le brevetdélivreaux Etat Unis d'Amérique sous le No 3 454 082 se trouve représenté un mélangeur commandé par valve,comportant un échangeur de de chaleur qui est subdivisé en deux chambres. Les chambres sont séparées par plusieurs plaques de forme identique empilées les unes sur les autres en étant pivotées de 900, la conductivité calorifique des plaques étant supérieure à celle des milieux en écoulement. Les plaques sont par conséquent fabriquées en métal et l'on fait fonctionner l'échangeur de chaleur avec un liquide. Comme dans ces solutions connues et même dans le cas d'autres échangeurs de chaleur à plaques, la plupart des difficultés proviennent de trois types de sources: du matériau des plaques, de la rigidité nécessaire de l'ensemble de la construction et - en particulier - de la liaison et de l'étanchéité entre les plaques et de la structure du cadre, nécessaire à cet effet. Les plaques sont la plupart du temps des plaques de métal, qui possèdent une très bonne conductibilité thermique et une résistance suffisante et peuvent être aisément assemblées. Les constructions réalisées en métal sont cependant la plupart du temps lourdes eut robustes, mais en premier lieu les plaques métalliques sont détruites relativement rapidement en raison de la corrosion. Les métaux utilisés dans les échangeurs de chaleur sont-en outré onéreux, et de même la technologie de fabrication est complexe et coQ- teuse. La fabrication des plaques en matière plastique n'a été mentionnE la plupart du temps jusqu'S maintenant que comme une possibilité théorique. Conformément à la technologie utilisée actuellement, on fabrique des plaques relativement épaisses afin que soit garantie la résistance nécessaire. Mais de ce fait la conductibilité thermique des plaques s en trouve nettement réduite. les problèmes de raccordement et d'étant chéité et la question de la construction du cadre ne. sont également pas résolus dans l'échangeur de chaleur forme de ces plaques. L'invention a pour but de realiser un échangeur de chaleur constitué d'elémenX de tôle plane et qui, outre le fait d'éliminer les inconvénients des solutions connues, permet une construction simple pouvant être réalisée de façon économique rapide et en grande série, et dans lequel les canaux d'écoulement peuvent être reliés rigidement, étanchéifiés et séparés également aux angles de l'échangeur de chaleur. Pour résoudre ce problème l'invention propose un échangeur de chaleur dont les plaques sont constituées par des éléments de tôle plane et ce de telle manière que ces éléments de tôle plane possèdent un plan de base et un plan de raccordement parallèle à ce dernier, ledit plan de raccordement étant obtenu par pliage de deux zones de bord opposées de l'élément de tôle plane. Le caractère très important de cette solution doit être vu dans le fait que l'échangeur de chaleur peut être construit sans autres éléments et qu'aucune garniture d'étanchéité, aucune entretoise, aucun dispositif de serrage ou autre ne sont nécessaires. Les éléments de tôle plane peuvent être empilés les uns sur les autres et être reliés en étant pivotés de 900, le plan de raccordement d'un élément de tôle plane étant raccordé au plan de base de l'autre élément de tôle plane superposé. On fixe les éléments de tôle plane les uns par rapport aux autres la plupart du temps avec une liaison détachable, par collage, soudage ou analogue. Les éléments de tôle plane peuvent être munis de renflements ponctuels constitués du même matériau qu' eux, la hauteur du plan de raccordement etdesrenflements par rapport au plan de base étant identique. Cette hauteur est simultanément la hauteur d'un canal d'écoulement, ce qui est relativement faible, étant donné que les surfaces d'échange thermique sont disposées en étant rapprochées à une faible distance. Cette disposition fournit une rigidité suffisante à la construction, même dans le cas d'éléments de tôle plane extrêment minces. En ce qui concerne les zones d'angle ou de coin des éléments de tôle plane, la surface de contact entre les éléments de tôle plane voisins est accrue de manière à garantir une liaison et une étanchéification sûres. Ces emplacements sont disposés suivant une symétrie diagonale dans le plan de raccordement, sur chaque élément de tôle plane, et en considérant les choses à partir du plan de raccordement, une partie saillante est formée dans une zone d'angle tandis qu'un évidement de même forme que la partie saillante est formé dans cet élément de tôle plane dans les zones d'angle adjacentes. Les zones d'angle peuvent être en outre enserrées dans une pièce de forme d'angle, ce qui est réalisé de préférence par coulée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description-don- née ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente unevue en perspective schématique d'une forme de réalisation de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan d'un élément de tôle plane de la forme de réalisation de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne III-III rëfërencde sur la figure 2 les figures 4 et 5 sont des vues en élévation latérale suivant deux directions perpendiculaires entre elles de l'élément de tôle plante de la figure 2; et -la figure 6 est une vue en coupe prise suivant la ligne VI-VI référencée sur la figure 2 Sur la figure 1 on a représenté une forme de réalisation de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention, dans lequel les éléments de tôle plane 1 sont empilés les uns sur les autres et sont munis de pièces de forme d'angle 2. Les pièces de forme d'angle 2 pos sèdent un profil en T, ce qui permet de monter plusieurs unités représentées sur la figure 1, les unes derrière les autres et/ou les unes à côté des autres et/ou de les insérer dans un canal véhiculant un fluide. Nà- turellement on peut empiler les uns sur les autres plusieurs éléments de tôle plane 1, ce qui permet d' accroître à volonté l'échangeur de chaleur suivant les trois directions de l'espace. L'échangeur de chaleur est constitué par des éléments de tôle plane 1 identiques représentés sur la figure 2. Le matériau de départ pour chaque élément de tôle plane 1 est une tôle plane qui est réalisée par pressage, coulée ou analogue avec la forme représentée sur les figures 2 à 6. Si l'on considère le plan de la tôle plane de départ en tant que plan de base 3, on peut désigner le plan, obtenu à la fin de la fabrication et parallèle au plan de base 3, comme étant un plan de raccordement 4. Le plan de raccordement 4 est obtenu par "pliage ressorti" à partir du plan de base de deux zones de bord opposées de l'élément de tôle plane 1. Par conséquent la où il existe un plan de raccordement 4, il n'existe, au-dessous, aucun plan de base 3 et inversement. Au-dessus du plan de base 3, il n'existe en aucun endroit un plan de raccordement 4.La continuité du matériau de l'élément de tôle plane n'est pas interrompue. Le plan de base 3 de l'élément de tôle plane 1 est muni de renflements 5 qui sont également réalisés par déformation à partir du matériau de l'élément de tôle plane 1.Ils possèdent la même hauteur que le plan de raccordement 4 par rapport au plan de base 3. La figure 3 représente une coupe prise suivant la ligne III-III de la figure 2, le plan de cou > e intersectant aussi une rangéede renflements5. Les renflements 5 peuvent être disposés naturellement non uniquement suivant un ordre aussi parfait que sur les figures et pas seulement avec le nombre représenté. Ils peuvent par exemple être répartis suivant une disposition aléatoire, ce qui permet d'accroitre la turbulence du milieu circulant dans le canal d'écoulement constitué par les éléments de tôle planel. Les figures 4 et 5 représentent deux vues en élévation latérale suivant des directions perpendiculaires ent-re elles. Sur ces figuresil est visible que, lorsque l'on place contre le plan de raccordement 4 un plan de base 3 de l'élément de tôle plane suivant 1, on réalise, en regardant suivant la direction de la figure 4, un canal d'écoulement qui est fermé suivant la direction de la figure 5. La figure 6 montre une coupe à travers le plan de raccordement 4 constitué dans les zones de bord d'un élément de tôle plane 1, comme cela est indiqué par la ligne VI-VI sur la figure 2. A partir des vues et des coupes en élévation latérale, il est ~visible que l'élément de tôle plane 1 est constitué d'une pièce et que le plan de base 3 et le plan de raccordement 4 se continuent l'un dans l'autre. Comme cela est en outre visible sur les figures, notamment la figure 2, chaque élément de tôle plane est muni au niveau de ses angles, de points de renforcement visant à obtenir une étanchéité plus sûre dans les zones dnangle. Ces points de renforcement sont disposés avec une symétrie diagonale, à savoir, en considérant les choses dans le plan de raccordement 4, en ayant la forme d'une partie saillante 6 dans une zone dnangle et d'un évidement 7 dans les zones d'angle voisines. L'évidement 7 possède la meme forme que la partie saillante 6. Par conséquent le plan de raccordement 4 est renforcé dans le cas de la partie saillante 6 et le plan de base 3 est renforcé dans le cas de l'évidement 7.Etant donné que les éléments de tôle plan sont empilés en étant pivotés de 900, les points renforcés du plan de base 3, au niveau des évidements 7, sont appliqués contre les points renforcés du plan de raccordement 4, au niveau des parties saillantes 6. De ce fait, la surface de contact et par conséquent la capacité d'étanchéité au niveau des- zones d'angle des éléments de paroi plane 1 sont fortement accrus. Lors du fonctionnement de l'échangeur de chaleur selon l'invention constitué par des éléments de tô-. le plane 1, on introduit un fluide suivant une direction (flèche A),puis l'autre fluide suivant une direct tion perpendiculaire à la première (flèche B) dans les canaux d'écoulement. Les canaux et par conséquent les fluides sont séparés les uns des autres par les éléments de tôle plane 1. Les éléments de tôle plane 1 peuvent être également réalisés en matière plastique, par exemple en PVC, auquel cas ils peuvent être suffisamment minces pour présenter une capacité calorifique satisfaisante. On obtient alors les avantages importants d'une construction simple et aisée, de faibles colts de fabrication, d'une absence absolue d'entretien, dsune insensibilité pratiquement totale contre des mi milieucorrosifs et d'une durée de vie élevée. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comportant des surfaces d'échange thermique constituées par des éléments de tôle plane (1) notamment pour réaliser 1' échange thermique entre deux milieux circulant perpendiculairement l'un à l'autre et présentant des débits particulièrement élevés, les surfaces d'échage thermique séparant les deux milieux étant disposées à une faible distance les unes des autres, caractérisé en ce que les éléments de tôle plane (1) possèdent un plan de base (3) et un plan de raccordement (4) parallèle à ce dernier, ledit plan de raccordement (4) étant obtenu par pliage de deux zones de bord opposées de l'élément de tôle plane (1) 2.Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de tôle le plane (1) sont empilés les uns sur les autres en étant pivotés de 900, le plan de raccordement (4) d'un élément de tôle plane (1) étant raccordé au plan de base (3) de l'élément de tôle plane (1) situé au-dessus. 3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé ence que les éléments de tôle plane (1) sont munis de renflements ponctuels (5) réalisés à partir de leur matériau. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que lesrenflements(5) et le plan de raccordement (4) possèdent la même hauteur par rapport au plan de base (3). 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé -en ce qu'il est prévu, dans les zones d'angle, des points (6,7) de renforcement des raccords entre les éléments de tôle plane (1) voisins. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les points de renforcement sont disposés sur un élément de tôle plane (1) avec une symétrie diagonale et que dans le plan de raccordement (4), une partie saillante(6) est formée dans une zone d'angle et un évidement (7) de même formique la partie saillante(6) est formé dans une -zone d'angle voisine. 7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments de tôle plane (1) sont fixés entre eux par une liaison indétachable, éventuellement par collage ou par soudage. 8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans les zones d'angle, une pièce de forme d' angle extérieure (2) est réalisée par coulée sur les éléments de tôle plane (1) fixés les uns aux autres.