Brevet FR2538883A1 — publié le 19840706

L'invention a trait à un échangeur de chaleur, notamment à un capteur d'énergie solaire présentant, d'une part, des moyens de captage et d'absorption des radiations solaires et, d'autre part, une circulation de fluide à chauffer ou à préchauffer passant à l'intérieur d'une conduite en matériau thermoconducteur agencé en forme de serpentin. On connaît déjà des capteurs d'énergie solaire comportant, pour la circulation du fluide à chauffer ou à préchauffer un serpentin formé d'un tube en matériauthermoconducteur métallique. Ce serpentin est composé de parties rectilignes reliées entre elles part des parties coudées. Lorsqu'il s'agit d'un tube métallique, soit le serpentin est d'une seule pièce, soit on soude aux extrémités des parties rectilignes les extrémités des parties coudées. Toutefois, ce mode de réalisation présente plusieurs inconvénients. Non seulement le prix de revient d'un tel serpentin est élevé mais encore limite la possibilité d'utilisation de ces capteurs. En effet, la largeur du serpentin délimite la largeur de l'échangeur de chaleur. Or, il arrive fréquemment que la surface à recouvrir d'échangeurs de chaleur ne soit pas un multiple entier d'un seul échangeur de chaleur. De ce fait, ou bien une partie de cette surface à recouvrir n'est pas pourvue d'échangeur de chaleur, ou bien on est obligé de confectionner un échangeur de chaleur particulier, ce qui rehausse fortement le prix de revient.Par ailleurs, il est parfois intéressant de pourvoir deux parois perpendiculaires l'une à l'autre d'échangeurs de chaleur. On est amené à recouvrir chaque paroi d'échangeur et il arrive fréquemment que le coin interne de la jonction des deux parois perpendiculaires ne puisse être pourvu d'échangeur. Pour pallier à ces inconvénients, on a réalisé des serpentins dont les parties rectilignes sont formées de segments rectilignes de tube métallique de section ronde alors que les parties coudées sont réalisées par des coudes en matériau élastomère. Ainsi, il suffit de couper à dimension voulue la longueur de segment s rectilignes pour adapter la largeur de l'échangeur de chaleur à la largeur de la surface à recouvrir. Les extrémités des coudes en matériau élastomère sont enfilées sur les extrémités des segments rectilignes de tube métallique puis sont maintenues en place par des colliers ou des bagues de serrage. Toutefois, des échangeurs de chaleur pourvus de tels serpentins présentent les inconvénients dûs à la multiplicité des opérations de raccordement et aux risques de fuite. Ces inconvénients limitent considérablement l'intérêt de ces serpentins pour la création d'ensembles capteurs fiables et leur réalisation de manière industrielle permettant de diminuer leur prix de revient. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de fournir un échangeur de chaleur comportant un serpentin de largeur adaptable aux besoins sans présenter les inconvénients de raccordement et de fixation des parties rectilignes et des parties coudées. A cet effet, l'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment un capteur d'énergie solaire présentant, d'une part, des moyens de captage et d'absorption des radiations solaires et, d'autre part, une circulation de fluide à chauffer ou à préchauffer passant à l'intérieur d'une conduite en matériau thermoconducteur agencé en forme de serpentin, caractérisé en ce qu'il comporte, pour la circulation du fluide à chauffer ou à préchauffer, un tube en matériau élastomère thermoconducteur composé de parties rectilignes, enfilées dans des segments de profilés métalliques rigides thermoconducteurs solidaires des moyens de captage et d'absorption des radiations solaires, et de parties coudées apparentes débouchant de part et d'autre des extrémités des segments de profilés métalliques rigides. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce que l'on peut réaliser de manière industrielle des échangeurs de chaleur, pourvus du serpentin conforme à l'invention, de largeur adaptée à la largeur de la surface à recouvrir en variant la longueur des segments de profilés métalliques rigides thermoconducteurs tout en supprimant tout risque de fuite par suppression de tout raccordement entre les parties rectilignes et les parties courbes. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en plan de la conduite en matériau thermoconducteur agencé en forme de serpentin conforme à l'invention. - la figure 2 est une vue partielle en plan d'un échangeur thermique dont deux parties rectilignes sont disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre. - la figure 3 est une vue partielle en plan d'un échangeur thermique dont deux parties rectilignes forment un angle obtu. - la figure 4 est une vue partielle en plan d'un échangeur thermique dont deux parties rectilignes forment un angle aigu. - la figure 5 est une vue partielle en plan de l'une des extrémités latérales de l'échangeur thermique solidaires de moyens de captage réalisés selon un mode d'exécution indiqué à titre d'exemple non limitatif. - la figure 6 est une vue latérale de la figure 5. - la figure 7 est une vue partielle en élévation des moyens de fixation des moyens de captage. - la figure 8 est une vue partielle en élévation de la fixation de deux moyens de captage alignés. - la figure 9 est une vue partielle en élévation d'un autre mode de fixation d'un moyen de captage. On se réfère à la figure 1. L'échangeur de chaleur 1 comporte, pour la circulation du fluide à chauffer ou à préchauffer, un tube en matériau élastomère thermoconducteur 2. Avantageusement, ce tube 2 est de préférence-un élastomère de silicone apte à résister aux fluides, à la pression du fluide et aux températures imposées par l'utilisation. Préférence sera donnée à un tube ayant soit-une trame inextensible-noyée dans sa paroi, soit une gaine inextensible sur sa surface extérieure. On confère àce tube 2 une forme d'un serpentin. De ce fait, des parties rectilignes 3,-4, 5, 6 alternent avec des parties coudées 7, 8, 9. Les parties rectilignes 3, 4, 5, 6 traversent longitudinalement des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Le profilé métallique utilisé est réalisé en un matériau rigide thermoconducteur.Ce profilé métallique est un profilé tubulaire rigide dont la forme de la section est identique à celle du tube en matériau élastomère 2. Les segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 servent au transfert thermique entre les moyens de captage de la chaleur en provenance d'une source de chaleur quelconque et le tube en matériau élastomère 2 dans lequel circule le fluide à chauffer ou à préchauffer, ce fluide pouvant être un fluide liquide ou un fluide gazeux. Toutefois, pour obtenir un transfert thermique maximal, il est nécessaire de prévoir un très bon contact thermique entre les parties rectilignes 3, 4, 5, 6 du tube en matériau élastomère 2 et les segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. A cet effet, le diamètre extérieur du tube en matériau élastomère 2 est sensiblement égal au diamètre intérieur de l'évidement cylindrique des segments de profilés méta-lliques 10, 11, 12, 13. De ce fait, la surface extérieure du tube en matériau élastomère 2-épouse étroitement toute la surface intérieure des évidements cy lindriques des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Les parties coudées 7, 8, 9 sont apparentes et débouchent de part et d'autre des extrémités 14, -15, 16, 17, 18, 19 des segments de profilé lés métalliques 10, 11, 12, 13. En raison de la nature du matériau utilisé pour le tube 2, le rayon de courbure 20, 21 des parties coudées 3, 4, 5, 6 est variable. Cependant, il est nécessaire d'éviter que les parties coudées 3, 4, 5, 6 présentent une pliure risquant de nuire à la bonne circulation du fluide à chauffer ou à préchauffer ou que des pliures se forment lorsque le tube 2 sort des extrémités 14, 15, 16, 17, 18, 19 des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. C'est pourquoi, le rayon de courbure 20, 21 ne peut être inférieur à une valeur donnée, cette dernière étant fonction de la souplesse et du diamètre du tube 2. Il est donc nécessaire que l'entre-axes 22, 23 entre des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 disposés parallèlement aient une valeur donnée en concordance avec la valeur donnée du rayon de courbure 20, 21. Pour assurer le maintien en place des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13, les moyens de captage de la chaleur comportent des éléments de fixation 24, 25, 26, 27 tels que clips dans lesquels sont disposés lesdits segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Bien entendu, ces éléments de fixation 24, 25, 26, 27 peuvent être quelconques et ne sont pas limités à l'exemple donné de clips. En raison de la souplesse du tube 2, il n'est pas obligatoire que les segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 soient disposés parallèlement. Comme il est visible dans les figures 2, 3, 4, les segments de profilés métalliques 10, 11 peuvent être disposés perpendiculairement l'un 10 par rapport à l'autre 11 (voir figure 2) ou peuvent former un angle obtu 28 (voir figure 3) ou un angle aigu 29 (voir figure 4). Pour la réalisation du serpentin, on peut prévoir plusieurs modes d'exécution. Selon un premier mode d'exécution, on enfile sur le tube 2 les différents segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 permettant d'obtenir un aspect de structure en chapelet puis on dispose cette structure sur les moyens de captage. Selon un second mode d'exécution, les différents segment s de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 sont disposés dans un même alignement et maintenus coaxialement à leur évidement cylindrique. Cependant, ils sont espacés les uns des autres de la longueur developpée des parties 3, 7, 8, 9 coudées ultérieurement. Une des extrémités du tube en matériau élastomère 2 est solidaire d'un fil d'acier enfilé linéairement et successi vement à travers les évidements cylindriques des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 jusqu'à ce que le fil d'acier fait saillie du dernier segment. On exerce une traction sur ce fil d'acier qui transmet la traction sur le tube 2 en provoquant un étirement de ce dernier. Cet étirement entraîne une diminution extérieure du tube 2 facilitant la progression de ce dernier à travers les différents segment s de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. En-relâchant la traction, le tube 2 reprend son diamètre initial et son pourtour extérieur épouse toute la surface intérieure des évidements cylindriques des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Selon une variante de ce second mode d'exécution, on raccorde à l'extrémité libre, c'est-à-dire à l'extrémité opposée par rapport à celle reliée au fil d'acier, une pompe à vide créant une dépression à l'in térieur du tube 2 avant son introduction provoquant ainsi une diminution de son diamètre extérieur, ce qui facilite sa progression et permet de diminuer la force de traction exercée sur l'extrémité reliée au fil d'acier. L'échangeur de chaleur 1, objet de l'invention, peut être utilisé avantageusement dans tout dispositif dans lequel il est nécessaire de chauffer ou de refroidir un fluide liquide et/ou un fluide gazeux. Sa grande souplesse d'agencement et la possibilité du choix des matériaux lui permettent une grande gamme d'utilisation particulièrement adaptée à l'industrie chimique, nucléaire, médicale. Des applications sont particulièrement intéressantes dans le domaine des capteurs solaires, de radiateurs, de réchauffeurs, de refroidisseurs, de condenseurs, d'évaporateurs et autres. On se réfère aux figures 5 et 6. Les moyens de captage et d'absorption des radiations solaires sont des ailettes 30, 31 formées de profilés métalliques. Ces ailettes 30, 31 comportent une gorge 32, 33 de section cylindrique partielle dans laquelle on clips les segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13 de l'échangeur de chaleur. Ces gorges 32, 33 présentent deux lèvres 34, 35 limitées par un arc de cercle légèrement plus grand qu'un demi-cercle. L'espace 36 situé entre les deux lèvres 34, 35 sert de passage permettant l'introduction longitudinale forcée des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13.A cet effet, les lèvres 34, 35 des gorges 32,33 s'écartent dans la limite d'élasticité du métal dont les ailettes 30, 31 sont formées pendant ladite introduction pour venir enserrer étroitement en contact lesdits segments de pro filés métalliques 10, 11, 12, 13 au-delà de leur diamètre extérieur. Contrairement aux dispositifs connus dans lesquels les parties rectilignes 3, 4, 5, 6 de l'échangeur thermique 1 servent d'élément porteur aux ailettes, les parties coudées 7, 8-, 9 étant dégagées à l'exté- rieur de la surface délimitée par les ailettes, les ailettes 30, 31 s'détendent sur toute la largeur de l'échangeur thermique 1. De ce fait, les ailettes 30, 31 servent d'élément porteur et aux parties rectilignes 3, 4, 5, 6 et aux parties coudées 7, 8, 9 de l'échangeur thermique 1. Ainsi, les parties coudées 7, 8, 9 se trouvent à l'intérieur de la surface délimitée par les ailettes 30,31 du côté non exposé aux radiations solaires. Il convient donc de fixer les ailettes 30, 31 sur une structure porteuse pour l'ensemble du capteur d'énergie solaire, structure porteuse pouvant être les chevrons d'une charpente de toit, ou les huisseries intérieures d'un vitrage ou autres supports. On se réfère aux figures 7, 8, 9. Ces différentes figures présentent des moyens assurant la liaison entre les ailettes 30, 31 et la structure porteuse. Comme visible dans la figure 7, la structure porteuse 37 comporte des axes cylindriques 38 faisant saillie par rapport à la face interne 39 de ladite structure porteuse 37. Ces axes cylindriques 38 présentent une portée 40 de diamètre inférieur au diamètre desdits axes cylindriques 38. La différence des deux diamètres permet d'obtenir un épaulement 41 servant de butée au chant 42 des ailettes 30, 31 pour empêcher le contact entre les ailettes 30, 31 et la structure porteuse 37. Avantageusement, ces axes cylindriques 38 sont en un matériau thermoplastique moulé tel qu'un polyester de façon à résister aux températures transmises par suite du contact entre les axes cylindriques 38 et les ailettes insolées 30, 31. Le diamètre extérieur de la portée 40 est identique au diamètre extérieur des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Lesdites portées 40 se trouvent dans le prolongement rectiligne des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13, c'est-à-dire que leursentre-axes correspondent aux entre-axes 22, 23 des segments de profilés métalliques 10, 11, 12, 13. Selon un autre mode de réalisation, visible dans la figure 8, un axe cylindrique 138 peut être commun à deux ailettes 1301, 1302 axialement alignées de deux capteurs d'énergie solaire distincts 143riz 1432 séparés par une structure porteuse commune 137. Selon un autre mode de réalisation représenté dans la figure 9, l'axe cylindrique 238 est solidaire de l'extrémité 244 des gorges 232 des ailettes 230. La portée 240 vient s'engager dans un clips 245 solidaire de la structure porteuse 237. Bien que l'invention ait- été-décrite à propos- d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nul-lement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Echangeur de chaleur, notamment capteur d'énergie solaire présentant-, d'une part, des moyens de captage et d'absorption des radiations solaires et, d'autre part, une circulation de fluide à chauffer ou à préchauffer passant à l'intérieur d'une conduite en matériau thermoconducteur agencé en forme de serpentin, caractérisé en ce qu'il comporte, pour la circulation- du fluide a chauffer ou à préchauffer, un tube en matériau élastomère thermoconducteur(2)composé de parties rectilignes (3, 4, 5, 6) enfilées dans des segments de profilés métalliques rigides thermoconducteurs (10,11,12,13) solidaires des moyens de captage et d'absorption des radiations solaires, et de parties coudées apparentes (7,8,9) débouchant de part et d'autre des extrémités (14,15,16,17,18,19) des segments de profilés métalliques rigides (10,11,12,13). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube en matériau élastomère thermoconducteur (2) comporte un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de l'évidement cylindrique des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13). 3. Echangeur de chaleur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface extérieure du tube en matériau élastomère thermoconducteur (2) épouse étroitement toute la surface intérieure des évidements cylindriques des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractériséeen ce que les parties coudées (7,8,9) comportent un rayon de courbure variable (20,21). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de courbure (20,21) comporte une valeur minimale en fonction de la souplesse et du diamètre du tube en matériau élastomère thermoconducteur (2), pour éviter toute pliure dans les parties coudées (7, 8,9) et/ou à la sortie des extrémités (14,15,16,17,18,19) des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de captage de la chaleur comportent des éléments de fixation (24,25,26,27) dans lesquels sont clipsés les segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé encre que les segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13) sont disposés parallèlement, leur entre-axes(22, 23) étant fonction de la valeur du rayon de courbure (20,21) 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13) sont disposés perpendiculairement l'un (10) par rapport à l'autre (11). 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle formé par deux segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11) est un angle obtu (28). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle formé par deux segments de profilés métalliques thermoconduc teurs (10,11) est un angle aigu (29). 11. Echangeurde chaleur selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le tube en matériau élastomère thermoconducteur (2) est enfilé par étirement à travers l'évidement cylindrique des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13). 12. Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le tube en matériau élastomère thermoconducteur (2) est enfilé en état de dépression intérieure à travers l'évidement cylindrique des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (la,11,1?,13). 13. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de captage et d'absorption des radiations solaires sont des ailettes en profilés métalliques (30,31) comportant une gorge (32,33) présentant des lèvres (34,35) entre lesquelles sont clipsésles segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12;13) et s'étendant sur toute la largeur de l'échangeur de chaleur (1). 14. Echangeur de chaleur selon les revendications 1 et 13, caractérisé en ce que les ailettes en profilés métalliques (30,31) constituant le support du tube en matériau élastomère thermoconducteur (2) et celui des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13) comportent à leurs chants (42) des éléments de liaison avec la structure porteuse (37). 15. Echangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont des axes cylindriques en matière thermoplastique (38) faisant saillie par rapport à la face interne (39) de la structure porteuse (37), et comportant une portée (40) de diamètre inférieur à celui des axes cylindriques (38) mais égal au diamètre exté rieur des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12, 13). 16. Echangeur de chaleur selon les revendications 14 et 15, caractérisé en ce que les axes cylindriques (38) comportent un épaulement (41) servant de butée au chant (42) des ailettes (30,31). 17. Echangeur de chaleur selon les revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'entre-axes des axes cylindriques (38) est identique à l'entre-axes (22,23) des segments de profilés métalliques thermoconducteurs (10,11,12,13) de sorte que les portées (40) se trouvent dans le prolongement de ces derniers. 18. Echangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont un axe cylindrique commun (138) coo- pérant avec deux ailettes (1301, 1302) axialement alignées et séparées par une structure porteuse commune (137). 19. Echangeur de chaleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont un axe cylindrique (238) solidaire de l'extrémité (244) des gorges (232) des ailettes (230) dont la portée (240) vient s'engager dans un clips (245) solidaire de la structure porteuse (237).