Brevet FR2536524A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comprenant des parois parallèles entre lesquelles circule un gaz, et plus spécialement un élément de garnissage destiné à être inséré entre les parois pa- rallèles d'un tel échangeur afin d'améliorer l'échange de chaleur avec un autre fluide circulant de l'autre côté de ces parois. Dans la demande de brevet FR 82/00 173, on a décrit un échangeur de chaleur gaz/gaz à courants parallèles destiné en particulier au réchauffage de flair frais entrant dans un bâtiment par lair vicié qui en est extrait. Cet échangeur de chaleur comprend une série de parois parallèles disposées dans une enceinte thermiquement isolante, lesdites parois parallèles délimitant avec les parois de l'enceinte des espaces à l'intérieur desquels circulent alternativement l'air à réchauffer et l'air vicié. Les parois parallèles sont notamment obtenues par pliage en accordéon d'une feuille selon un pas régulier. La largeur des parois est avantageusement supérieure à cinq fois la valeur du pas. De plus, pour obtenir le meilleur rendement de cet échangeur, les gaz circulent en sens opposé,(c'est- à-dire à contre courant), de part et d'autre d'une paroi. Il est en outre préconisé d'utiliser des vitesses relativement élevées (supérieures à 30 cm/s). La présente invention vise à fournir notamment un moyen pour augmenter le rendement d'un tel échangeur et plus généralement à fournir un moyen pour augmenter le rendement d'un échangeur de chaleur comprenant des parois parallèles entre lesquelles circule un gaz. A cet effet, la présente invention a pour objet un élément de garnissage pour échangeur de chaleur comprenant des parois d'échange parallèles entre les- quelles s'écoule un gaz, caractérisé en ce qu'il est constitué par une feuille s'étendant dans la direction d'écoulement du gaz, cette feuille comportant des languettes faisant saillie de chaque côté de la feuille et dont l'extrémité vient au contact de la paroi d'échange adjacente, ces languettes étant destinées à rompre ponctuellement la couche limite de gaz qui se forme le long des parois qui canalisent l'écoulement dudit gaz et à créer des turbulences dans cet écoulement La présente invention a également pour objet un échangeur de chaleur gaz/gaz du type comprenant une série de parois parallèles entre lesquelles circulent les gaz, caractérisé en ce que dans les espaces compris entre les parois sont disposés des éléments de garnissage tels que définis précédemment La présente invention a également pour objet un dispositif d'échange de chaleur entre l'air frais entrant dans un bâtiment et l'air vicié qui en est extrait et comprenant un échangeur tel que défini plus haut. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins représentant seulement un mode d'exécution. Sur ces dessins la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un échangeur comportant des éléments de garnissage selon l'invention; la Fig. 2 est une vue en perspective de l'élément de garnissage utilisé dans l'échangeur représenté sur la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en perspective d'une variante d'un élément de garnissage. On a représenté sur la Fig. 1 en coupe verti- cale un échanger air/air selon l'invention. Cet échangeur comprend une série de parois d'échange parallèles telles que la, lb, lc, id qui peu vent être obtenues par pliage "en accordéon" d'une tôler de façon que chaque paroi plane soit réunie à la paroi parallèle suivante par une partie arrondie. La distance entre les parois la, lb, lc, Id, c'est-à-dire le pas du pliage, est faible (généralement inférieure à 4 cm), tandis que la largeur des parois représente avantageusement au moins cinq fois la valeur du pas. L'ensemble est disposé dans une enceinte thermiquement isolée dont les parois sont en contact avec les parties arrondies de la tôle de façon à délimiter des espaces distincts. Entre les parois la et1b et les parois lc et id circule par exemple de l'air frais, tandis qu'entre les parois lb et lc circule en sens opposé de l'air vicié plus chaud. Dans tous les espaces compris entre des parois parallèles telles que la, lb, lc, id sont disposés des éléments de garnissage 2. Un élément de ce type est représenté en perspective à plus grande échelle sur la Fig. 2. Ces éléments sont constitués d'une feuille 3 qui peut etre notamment en métal, en matière plastique ou en carton. Cette feuille est pliée selon des lignes telles que 4, 5, 6, qui sont par exemple orthogonales; à la direction de circulation du gaz entre les parois et parallèles à ces parois. Chaque feuille 3 est en contact avec chacune des parois telles que la et lb au niveau des lignes de pliage. C'est ainsi que les lignes 4 et 6 de la feuille sont en contact avec la paroi la, tandis que la ligne 5 est en contact avec la paroi lb. Le contact entre la feuille 3 et chaque paroi d'échange le long d'une ligne de pliage n'est pas continu et ne se produit que selon des segments 7, comme représenté sur la Fig. 2. De part et d'autre de ce segment 7 et de chaque côté de la ligne de pliage la feuille 3 a été découpée de telle façon que sur un côté de la ligne de pliage le segment 7 constitue la petite base d'un trapèze isocèle dont les côtés tels que 8a et 9a sont les lignes de découpe. Les segments 7 sont espacés de façon que les segments 10 séparant sur une même ligne les grandes bases des trapèzes isocèles ainsi définis aient une longueur sensiblement égale à celle des segments 7. La feuille est découpée de la même façon de l'autre côté de la ligne de pliage suivant des lignes de découpe telles que 11a et 12a. Lors du pliage de la feuille 3 par exemple selon la ligne de pliage 5 la zone comprise entre la découpe 9a-l2a et la découpe voisine 8b-îlb est repliée autour de sa ligne médiane 13 correspondant initialement à la ligne 5 vers l'intérieur de l'angle formé par les deux côtés du pli. On obtient ainsi une série de dents ou de languettes 14 dont le sommet correspond à chaque segment 7 et entre ces dents une série de zones 15 repliées vers l'intérieur et comportant deux faces 16 et 17 en forme de trapèze isocèle se raccordant entre elles par leur grande base suivant la ligne de pliage 13 et par leur petite base 10 à deux côtés d'un pli de la feuille 2. En variante, les découpes peuvent être telles que les segments 7 constituent la grande base d'un trapèze isocèle et les segments 10 la petite base du trapèze isocèle adjacent. Le sommet des languettes 14 correspond alors a' une grande base et les faces 16 et 17 des zones 15 se raccordent alors suivant leur petite base. A la limite, les trapèzes peuvent d'ailleurs être des rectangles. Lorsque l'air circule verticalement par exemple selon la direction représentée par la flèche F il recontre sur son passage, d'une part les obstacles constitués par les dents 14 en contact avec les parois et, d'autre part, par les zones 15 repliées vers l'in térieur. L'ensemble formé par ces obstacles et les évidements résultant du découpage permet d'obtenir un décollement répété des couches limites de gaz qui se forment le long des parois d'échange, et une turbulence vigoureuse de l'écoulement, la concommittance des deux phénomènes étant particulièrement favorable à 11 échange thermique sans occasionner pour autant des pertes de charge trop importantes. Des essais ont été effectués pour comparer les résultats obtenus avec des éléments de garnissage et sans élément de garnissage Ces essais ont été e- fectués avec une surface d'échange de 10,4 m2 dans une enceinte thermiquement isolée et avec des débits égaux d'air froid et chaud dont les températures d'entrée étaient respectivement de O et +30 C environ On a obtenu les résultats suivants * Vitesse moyenne Coefficient global d'échange de l'air dans W/m2 degré l'échangeur (sans garnissage) avec garnissage sans garnissage 42 9,7 3,0 60 12,2 3,5 Coefficient global d'échange : énergie totale transférée rapportée à 1 m2 de surface d'échange et à 1 C d'écart de température entre l'air chaud entrant et l'åir froid sortant. On a représenté sur la Fig. 3 une variante d'un élément de garnissage. Cet élément est constitué d'une feuille plane 20. Cette feuille 20 comporte des séries de découpes 21 selon par exemple trois côtés d'un trapèze isocèle, à savoir la petite base 22 et les deux côtés non parallèles 23 et 24. Les découpes sont pliées vers l'extérieur de la feuille selon la grande base 25 de chaque trapèze, alternativement d'un côté et d'autre de la feuille 20 pour former les languettes 26 dont l'extrémité 27 correspondant à la petite base est en contact avec une paroi de l'échangeur. Comme dans le cas précédent, lorsqu'un gaz circule par exemple dans la direction indiquée par la flèche F (clest-à-dire dans le sens allant des petites bases vers les grandes bases) les couches limites du gaz situées le long des parois d'échange sont rompues de façon répétée, tandis que l'écoulement subit concommitamment un brassage vigoureux, les deux phénomènes améliorant de façon notoire l'échange thermique sans que les pertes de charge soient trop importantes. REVENDICATIONS 1. Elément de garnissage pour échangeur de chaleur comprenant des parois d'échange parallèles (la, lb, lc, id) entre lesquelles s'écoule un gaz, caractérisé en ce qu'il est constitué par une feuille (2, 20) s'étendant dans la direction d'écoulement du gaz, cette feuille comportant des languettes (14, 26) faisant saillie de chaque côté de la feuille et dont l'extrémité (7, 27) vient au contact de la paroi d'échange adjacente, ces languettes (14, 26) étant destinées à rompre ponctuellement la couche limite de gaz qui se forme le long des parois qui canalisent l'écoulement dudit gaz-et à créer des turbulences dans cet écoulement. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les languettes (14, 26) sont obtenues par découpe de la feuille et pliage. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille (20) est plane. 4. Elément selon la revendication3, caracté-risé en ce que les languettes(26) ont la forme d'un trapèze dont une base constitue l'extrémité (27) en contact avec la paroi adjacente. 5. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille (2) est pliée en accordéon suivant des lignes (4, 5, 6) parallèles aux parois et est découpée de façon à former des dents (14) dont l'extrémité (7) correspond à une ligne de pliage de la feuille (2). 6. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone (15) découpée entre les dents (14) est repliée à l'intérieur de l'angle formé par les deux côtés d'un pli. 7. Elément selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les dents (14) ont la forme d'un trapèze dont une base (7) correspond à la ligne de pliage. 8. Echangeur de chaleur gaz/gaz du type comprenant une série de parois (la, lb, lc, 1d) parallèles disposées dans une enceinte thermiquement isolée, lesdites parois parallèles délimitant avec les parois de l'enceinte des espaces à l'intérieur desquels s'écoulent les gaz, caractérisé en ce que dans lesdits espaces sont disposés des éléments de garnissage (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les gaz entre lesquels a lieu l'échange s'écoulent en sens opposé. 10. Dispositif d'échange de chaleur entre l'air frais entrant dans un estiment et l'air vicié qui en est extrait, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur selon la revendication 8 ou la revendication 9.