Brevet FR2559249A1 — publié le 19850809

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur gaz/gaz à plaques et plus particulièrement une feuille thermoformée permettant de réaliser des plaques pour de tels échangeurs. Les échangeurs à plaques sont utilisés notamment pour le réchauffage de l'air frais entrant dans un batiment par l'air vicié qui en est extrait, et permettent de réaliser des économies de chauffage. La présente invention se propose de permettre la réalisation en grande quantité et de façon économique d'échangeurs gaz/gaz à plaques pour satisfaire les be- soins en économie d'énergie. On connaît déjà des échangeurs de chaleur gazai gaz à plaques du type comprenant une enceinte dans la- quelle sont empilées des plaques parallèles, espacées les unes des autres par des moyens d'espacement latéraux, ces plaques comprenant à leurs extrémités des zones en forme de pointe munies d'éléments pour fermer alternati- vement l'un des deux côtés de la pointe, l'enceinte com prenant en outre des parois reliées de façon étanche arum pointes des extrémités des plaques de façon à former des conduits distincts d'amenée ou de sortie des gaz qui circulent à contre-courant dans des espaces alternés formés par les plaques. Des échangeurs de ce type sont décrits notamment dans les brevets FR 1 272 343 et FR 2 315 674. Ces échangeurs utilisent toutefois des plaques de forme complexe dont la fabrication est difficile, ce qui empeche en pratique une production à grande échelle. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant de façon simple et économique une feuille permettant de réaliser des plaques pour échangeurs de chaleur. La feuille selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une série de rangées identiques de motifs allongés à bords repliés d'un côté ou de l'autre de la feuille, chaque motif comprenant deux bords longitudinaux parallèles par lesquels il se raccorde aux motifs adjacents pour former une rangée et se terminant par deux extrémités en pointes par lesquelles les motifs d'une rangée se raccordent aux motifs de la rangée suivante, les zones intermédiaires existant entre ces rangées faisant saillie alternativement d'un côté et de l'autre de la feuille. La feuille selon la présente invention est réalisée par thermoformage, notamment par thermoformage en continu à l'aide d'un moule de longueur égale à celle de la partie répétitive. Elle peut etre réalisée également feuille par feuille à l'aide d'une machine classique avec un moule suffisamment grand pour contenir un nombre suffisant de rangées Les feuilles selon l'invention sont réalisées avantageusement en matière thermoplastique et par exemple en chlorure de polyvinyle. Les plaques utilisées pour réaliser un échangeur de chaleur sont obtenues par découpe de chaque motif ou d'un ensemble de motifs inscrits dans un rectangle au niveau des zones de raccordement des motifs d'une même rangée et au niveau des bords des zones intermédiaires existant entre les rangées. Ainsi, par le choix du découpage, il est possible d'obtenir des plaques d'une taille adaptée à la taille de l'échangeur souhaité et donc de réaliser des échangeurs correspondant à des débits de gaz très variés. Ce découpage peut être effectué directement à la sortie de la machine de thermoformage. Dans un mode préféré de réalisation de la présente invention, la feuille présente des motifs dont les bords longitudinaux parallèles sont repliés d'un même côté de la feuille. Pour réaliser un échangeur selon l'invention, on empile ces motifs ou un ensemble de ces motifs en les séparant par des feuilles planes. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la feuille présente des motifs dont les bords longitudinaux sont repliés du côté de la feuille où les zones intermédiaires contigues font saillie. Ainsi, les bords longitudinaux dans une rangée sont alternativement repliés d'un côté et de l'autre de la feuille en phase avec les bords des zones intermédiaires. Par ailleurs, l'utilisation du thermoformage pour réaliser les feuilles selon la présente invention permet de fabriquer des feuilles présentant des aspérités particulièrement étudiées pour créer des turbulences dans les gaz. Ces turbulences sont intéressantes car elles augmentent l'efficacité par mètre carré de surface d'é- change. De la memv maniere, la feuille peut recevoir par thermoeormacge des bossages destinés à maintenir 1 'é- cartement des ^euilles malgré la différence de pression qui peut régner entre les deux circuits de gaz t' invention est exPosée ci-après pus en détail à l'aide de dessins représentant seulement des modes d'exécution. Sur ces dessins la Fig. 1 est une vue de dessus d'une feuille selon l'invention dans laquelle la limite des parties en creux est représentée par des traits pointillés; la Fig. 2 est une vue en perspective des élé- ments d'un empilage comprenant des motifs de la feuille représentée sur la Fig. î destiné à constituer un échangeur de chaleur; la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig. 2 mais après assemblage; la Fig. 4 est une vue de dessus en coupe d'un échangeur de chaleur comprenant un empilage selon la Fig. 3; la Fig. 5 est une vue de dessus en coupe d'une partie d'un échangeur comprenant un ensemble de motifs de la feuille représentée sur la Fig. 1;; la Fig. 6 est une vue de dessus d'une autre feuille selon l'invention dans laquelle les limites des parties en creux sont représentées en traits pointillés; la Fig. 7 est une vue en perspective des élé- ments d'un empilage comprenant des motifs de la feuille représentée sur la Fig. 6; la Fig. 8 est une vue analogue à la Fig. 7 mais après assemblage; la Fig. 9 est une vue de dessus en coupe d'un échangeur de chaleur comprenant un ensemble de motifs de la feuille représentée sur la Fig. 6; la Fig. 10 est une vue partielle en coupe suivant 10-10 de la Fig. 9; la Fig. il est une vue de dessus d'un motif présentant des gaufrages; les Fig. 12, 13 et 14 sont des coupes respectivement selon 12-12, 13-13 et 14-14 de la Fig. 11. La feuille 1 représentée sur la Fig. 1 est une feuille de matière thermoplastique thermoformée. Elle comprend dans le sens longitudinal de la feuille une série de rangées identiques de quatre motifs 2a, 2b, 2c et 2d. Chacun des motifs d'une rangée a la forme d'un hexagone allongé dans le sens longitudinal de la feuille 1 et comprend deux bords parallèles longitudinaux de même hauteur repliés à angle droit vers le dessus de la feuille 1, respectivement 3a et 4a, 3b et 4b, 3c et 4c, 3d et 4d. Les bords 4a et 3b, 4b et 3c, 4c et 3d se raccordent par des zones longitudinales étroites respectivement 5ab, 5bc, 5cd qui sont parallèles au plan de la feuille 1. Quant aux bords longitudinaux latéraux 3a et 4d ils sont munis de rebords respectivement 6 et 7 qui sont parallèles au plan de la feuille. Chacun de ces motifs se termine par des zones d'extrémité respectivement 8a et 9a, 8b et 9b, 8c et 9c, 8d et 9d, qui ont la forme d'un triangle isocèle et qui confèrent ainsi à chaque motif la forme d'un hexagone allongé. Les motifs d'une même rangée se raccordent par les pointes 10a, 1Ob, l0c, 10d des zones d'extrémité 8a, 8b, 8c, 8d aux motifs identiques de la rangee suivante. Chaque zone d'extrémité telle que 8a, 8b, 8c, 8d présente un bord lia, llb, lic, lid replié à angle droit vers le dessus de la feuille et un bord 12a, 12bD 12c, 12d replié à angle droit vers le dessous de la feuille. Ces bords ont la même hauteur que les bords longitudinaux tels que 3a et oa. Dans une rangée, les bords repliés au-dessus et au-dessous sont disposés de façon à ce que les bords repliés d'un même côté soient adjacents.C'est ainsi que les bords 12a et 12b repliés vers le dessous sont adjacents On obtient ainsi entre deux rangées successives des zones intermédiaires 13, 1a, 15 16 et 17 qui font alternativement saillie au-dessus et au-dessous de la feuille. Les zones 13 et 17 qui sont au bord de la feuille ont la forme d'un triangle isocèle tandis que les autres zones intermédiaires ont la forme d'un losange. On a représenté sur la Fig. 2 des éléments permettant de constituer un empilage pour réaliser un échangeur de chaleur selon l'invention Ces éléments comprennent dDune part des plaques thermoformées 20 obtenues à partir de motifs de la feuille 1 et d'autre part des plaques planes 21. Chaque plaque 20 est obtenue par découpe de la feuille 1 longitudinalement au milieu des zones longitu- dinales étroites telles que 5, 6, 7 de façon à former des rebords 22 et 23 parallèles au plan de la feuille et adjacents respectivement aux bords longitudinaux 3 et a ainsi qu'au niveau des zones d'extrémités 8 et 9 en laissant des rebords 24 et 25 parallèles au plan de la feuille, de même largeur que les rebords 22 et 23 et respectivement adjacents aux rebords 11 et 12 qui sont l'un replié au-dessus de la feuille et l'autre replié au-dessous de la feuille. Les plaques planes 21 ont une forme correspondant en projection à la forme des plaques 20. Pour assembler les plaques thermoformées 20 et les plaques planes 21,corane représenté sur la Fig. 3, on enduit de colle les parties tournées vers l'extérieur de la feuille des rebords 22, 23 et 24 d'une prenière plaque 20, on applique une plaque plane 21, puis on applique une deuxième plaque 20 dont l'ensemble des rebords 25, 24, 22 et 23 ont été encollées et l'on poursuit l'empilage. Pour coller des feuilles en chlorure de polyvinyle on peut utiliser en particulier des colles à base de chlorure de polyvinyle contenant des solvants organiques. En variante, on peut également effectuer un thermosoudage des rebords des plaques thermoformées avec les plaques planes. L'empilage ainsi obtenu est placé, comme représenté sur la Fig. 4, dans une enceinte 40 en forme de parallélépipède rectangle. Cette enceinte 40 comporte des conduits 41 et 42 d'entrée et de sortie d'un premier gaz et des conduits 43 et 44 d'entrée et de sortie d'un second gaz. Ces conduits se raccordent aux faces longitudinales verticales 45 et 46, au voisinage des faces d'extrémité verticale 47 et 48. L'étanchéité des deux circuits de gaz est assurée par des joints d'étanchéité verticaux 49 et 50 qui sont disposés entre respectivement les parois 47et 48 et les pointes 10 des plaques de l'empilage, des joints d'étanchéité verticaux 51 et 52 qui sont disposés entre la paroi 46 et les extrémités des bords 4, ainsi que des joints d'étanchéité horizontaux non représentés. Le premier gaz (trajet représenté en pointillés) entre par exemple par le conduit 41 et passe entre un sur deux des passages délimités par les plaques 20 et 21, à savoir les passages délimités entre une plaque 21 et une plaque 20 disposée au-dessus et ressort par le conduit 42. Le deuxième gaz (trajet en trait continu) entre par un conduit 43 e passe entre les autres passages délimités par les plaques, à savoir les passages délimités entre une plaque 20 et une plaque 21 disposée audessus et ressort par le conduit 44. Dans ces passages, le second gaz circule à contre-courant du premier gaz qui circule dans les autres passages. L'échangeur de chaleur représenté sur la Fig. 5 comprend un empilage d'un ensemble de motifs de la feuille le représenté sur la Fig 1. Dans le cas représenté, la Leuille est utilisée dans sa largeur complète et en- semble comprend plusieurs rangées de motifs par exemple trois rangées de quatre motifs.Il va de soi que 1 on peut également obtenir des échangeurs de chaleur de taille différente en découpant un nombre de rangées diXférex ainsi qu'en découpant la feuille pour obtenir un nombre plus réduit de motifs dans une rangée Pour réaliser l'échangeur représenté sur la Fig 5, les feuilles découpées à partir de la feuille représentée sur la Fig. I sont assemblées comme décrit pour l'empilage d'une plaque comportant un seul motifs c'est à-dire en intercalant entre elles des feuilles planes de même dimension et en collant les rebords entourant les motifs de la feuille thermoformée aux feuilles planes. L'ensemble des feuilles empilées est disposé dans une enceinte 60 en forme de parallélépipède rectangle. Aux extrémités de l'empilage on dispose des parois verticales 61 reliées de façon étanche au pointes 10 des motifs terminaux pour former des espaces distincts tels que 62 et 63 respectivement d'amenée d'un premier gaz et de sortie d'un deuxième gaz. Comme dans le cas de la Fig. 4, le premier gaz (trajet représenté en pointillés) passe dans les passages délimités entre une feuille plane et une feuille thermoformée 1 disposée au-dessus, tandis que le second gaz (trajet représenté en trait continu) circule à contre-courant dans les passages délimités entre une feuille thermoformée 1 et une feuille plane disposée au-dessus. On a représenté sur la Fig. 6 une autre-feuille thermoformée 101 selon l'invention. Comme la feuille 1, la feuille 101 comprend dans le sens longitudinal une série de rangées identiques de quatre motifs respectivement 102a, 102b, 102c, 102d Chacun des motifs d'une rangée a la forme d'un hexagone allongé dans le sens longitudinal de la feuille et comprend deux bords parallèles longitudinaux de même hauteur repliés à angle droit, l'un vers le dessus de la feuille (103a, 103b, 103c, 103d), l'autre vers le dessous de la feuille (104a, 104b, 104c, 104d). Les bords 104a et 104b, d'une part, et 104c et 104d, d'autre part, sont juxtaposés et se raccordent par des zones longitudinales étroites respectivement 105 et 106 qui sont parallèles auplan de la feuille et endessous de celle-ci. Les bords 103b et 103c sont juxtaposés et se raccordent par une zone longitudinale étroite 107 qui est parallèle au plan de la feuille et au-dessus de celle-ci. Quant aux bords latéraux 103a et 103d, ils sont munis de rebords respectivement 108 et 109. Chacun des motifs 102a, 102b, 102c et 102d se termine par des zones d'extrémité respectivement 110a et il la, 110b et 111b, 110c et ilîc, 110d et 111d analogues aux zones d'extrémité 8a et 9a, 8b et 9b, 8c et 9c et 8d et 9d de la feuille 1 de la Fig. 1. Les motifs d'une-même rangée se raccordent par leurs pointes comme dans le cas de la feuille 1 de la Fig. 1 en délimitant entre eux des zones intermédiaires 112,113,114,115 et 116 analogues respectivement aux zones intermédiaires 13,14,15,16 et 17 et qui font alternativement saillie au-dessus et au-dessous de la feuille 101. On a représenté sur la Fig. 7 des éléments permettant de constituer un empilage pour un autre échangeur de chaleur selon l'invention. Ces éléments comprennent une série de plaques thermoformées 120 et 121 identiques dont l'une a simplement subi une rotation de 180 autour d'un axe perpendiculaire au plan de la plaque. Ces plaques sont obtenues par un découpage des motifs de la feuille 101 analogue au découpage des plaques 20 à partir de la feuille 1. Ces plaques 120 et 121- sont munies d'un rebord longitudinal 122 et de deux rebords d'extrémité 123 et 124, ces rebords étant adjacents respectivement au bord 103 et aux deux bords d'extrémité 125 et 126 qui sont repliés au-dessus du plan de la feuille, et étant euxmêmes parallèles au plan de la feuille. De même, les plaques 120 et 121-comprennent un rebord longitudinal 127 et deux rebords d'extrémité 128 et 129, ces rebords étant adjacents respectivement au bord longitudinal 104 et aux bords d'extrémité 130 et 131, qui sont repliés au-dessous du plan de la feuille, et étant eux-mêmes parallèles au plan de la feuille. Les plaques 120 et 121 sont assemblées comme représenté sur la Fig. 8 par collage des parties tournées vers l'extérieur de la feuille des rebords 122, 123, 124, 127, 128 et 129. En variante, on peut également thernosouder ces rebords. L'empilage ainsi obtenu peut être placé dans une enceinte analogue à celle représentée sur la Fig. 4 avec des joints d'étanchéité verticaux au niveau des pointes des plaques et des joints d'étanchéité entre des rebords 123,122,124 de la plaque supérieure et l'enceinte et entre les rebords 128,127,129 de la plaque inférieure et lZen- ceinte. L'échangeur de chaleur représenté sur la Fig. 9 comprend un empilage d'un ensemble de motifs de la feuille représentée sur la Fig. 6. Dans le cas représenté, la feuille 101 est utilisée dans sa largeur complète et l'ensemble comprend plusieurs rangées de motifs. Les ensembles sont empilés après encollage et rotation d'un ensemble sur deux de 1800 autour d'un axe perpendiculaire au plan des feuilles. L'empilage obtenu est disposé dans une enceinte 160 munie de conduits d'entrée et de sortie de gaz comme dans le cas de la Fig. 5. Comme représenté sur la Fig. 10 l'empilage obtenu délimite une succession de passages comprenant alternativement une première couche avec un passage double 130 et deux passages 131 et 132 et une deuxième couche avec deux passages doubles 133 et 134. Le premier gaz passe dans la première couche et le second gaz dans la deuxième couche. On a représenté sur la Fig.11 un motif 201 d'une feuille thermoformée selon l'invention qui comporte à sa surface des gaufrages. Le motif 201 est analogue au motif 2 de la feuille 1 et comprend des bords longitudinaux 202 et 203, ainsi que des bords d'extrémité 204 repliés au-dessus de la feuille et des bords d'extrémité 205 repliés audessous de la feuille. Le bord 205 est ainsi adjacent à l'entrée du passage supérieur, tandis que le bord 204 est adjacent à la sortie du passage inférieur. Au voisinage de la sortie du passage inférieur la plaque 201 présente une nervure 206 faisant saillie vers le dessous de la feuille, sensiblement au milieu de la demi-moitié d'extrémité et sous un angle d'environ 700 par rapport au bord 204 en tournant à partir de la pointe. Au voisinage de l'entrée du passage supérieur la plaque 201 présente une nervure 207 analogue à la nervure 206, mais faisant saillie vers le dessus de la feuille. Ces nervures 206 et 207 servent à guider les flux de gaz en les répartissant sur toute la surface des plaques. La zone centrale de la plaque 201 comprend par ailleurs une série de zones 208 présentant un gaufrage transversal. Ces zones 208 comprennent transversalement une succession de bosses 209 et de creux 210 par rapport au plan médian de la feuille L'ensemble des bosses, des creux et des zones intermédiaires sans gaufrage permet l'obtention des turbulences favorables à l'échange thermique. Les principaux avantages de la présente invention sont les suivants. - elle permet d'obtenir des rendements élevés (supérieurs à 70 %) tels que calculés suivant la norme ANGOR E 51 702 - il suffit d'un seul moule de dimensions reduites,donc peu onéreux,pour réaliser toutes les tailles de la ganuile; il il est possible de réaliser les feuilles en matière thermoplastique, e ce qui terme de réduire encore le coût de l'outillage par rapport à celui nécessaire à la réalisation avec des feuilles de métal; ; - le thermOformage permet en outre de réaliser économiquement sur la feuille des formes dnune infinie variété dans des buts tout à irait divers comme, par exemple créer des turbulences pour augmenter l'ef- ficacité, maintenir constant l'écartement des feuilles à l'aide de bossages, guider les flux de manière à les répartir le plus uniformément possible dans la section de passage. Les guides de flux peuvent avoir une forme quelconque incurvée par exemple ,si on le désire. La seule limite est que la feuille puisse être démoulée après thermoformage. REVENDICATIONS 1. Feuille thermoformée (1; 101) pour échangeur de chaleur gaz/gaz à plaques du type comprenant une enceinte (40; 60) dans laquelle sont empilées des plaques parallèles, espacées les unes des autres par des moyens d'espacement latéraux, ces plaques comprenant à leurs extrémités des zones en forme de pointe munies d'éléments pour fermer alternativement l'un des deux côtés de la pointe, l'enceinte comprenant en outre des parois reliées de façon étanche aux pointes des extrémités des plaques de façon à former des conduits distincts d'amenée ou de sortie des gaz qui circulent à contrecourant dans des espaces alternés formés par les plaques, cette feuille étant caractérisée en ce qu'elle comprend une série de rangées identiques de motifs allongés (2a, 2b, 2c, 2d; 102a, 902b, 102c, 102d) à bords repliés d'un côté ou de l'autre de la feuille, chaque motif comprenant deux bords longitudinaux parallèles (3a, 4a; 3b,4b; 3c,4c; 3d,4d; 103a,104a; 103b,104b; 103c,104c; 103d,104d) par lesquels il se raccorde aux motifs adjacents pour former une rangée et se terenant par deux extrémités en pointe (8a,9a; 8b,9b; 8c,9c; 8d,9d; iîOa,lîia; 110b, 11lob; 11 Oc, 111c; 11Od,111d) par lesquelles les motifs d'une rangée se raccordent aux motifs de la rangée suivante, les zones intermédiaires (13,14,15,16,17; 112, 113,114,115, 116) existant entre ces rangées faisant saillie alternativement d'un côté et de l'autre de la feuille (1; 101). 2. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que tous les bords longitudinaux (3a,4a; 3b,4b; 3c, 4c; 3d,4d) des motifs sont repliés d'un même côté de la feuille (1). 3. Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (103a,104a; 103b,104b; 103c,104c; 103d,104d) des motifs sont repliés du côté de la feuille où les zones intermédiaires contigües (112, 113, 114, 115, 116) font saillie. 4. Feuille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités des motifs (8a,9a; 8b,9b; 8c,9c; 8d,9d; 110a,iîia; 110b, Illb; iiOc,iiîc; 110d,111d) ont la forme d'un triangle isocèle. 5. Feuille selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque motif comprend des gaufrages. 6. Echangeur de chaleur gaz/gaz à plaques du type comprenant une enceinte (40r 60) dans laquelle sont empilées des plaques parallèles, espacées les unes des autres par des moyens d'espacement latéraux, ces plaques comprenant à leurs extrémités des zones en forme de pointe munies d'éléments pour fermer alternativement l'un des deux côtés de la pointe, l'enceinte comprenant en outre des parois reliées de façon étanche aux pointes des extrémités des plaques de façon à former des conduits distincts d'amenée ou de sortie des gaz qui circulent à contre-courant dans des espaces alternés formés par les plaques, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs piles de plaques (20) obtenues par découpe de chaque motif ou d'un ensemble de motifs inscrits dans un rectangle d'une feuille (i) selon la revendication 2, ces plaques (20) étant séparées par des feuilles planes (21). 7. Echangeur de chaleur gaz/gaz à plaques du type comprenant une enceinte (40; 60) dans laquelle sont empilées des plaques parallèles, espacées les unes des autres par des moyens d'espacement latéraux, ces plaques comprenant à leurs extrémités des zones en forme de pointe munies d'éléments pour fermer alternativement l'un des deux côtés de la pointe, l'enceinte comprenant en outre des parois reliées de façon étanche aux pointes des ex trémités des plaques de façon à former des conduits dis tincts d'amenée ou de sortie des gaz qui circulent à contre-courant dans des espaces alternés formés par les plaques, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs pile(s) de plaques (120, 121) obtenues par découpe de chaque motif ou d1un ensemble de motifs inscrits dans un rectangle d'une feuille (101) selon la revendication 3, ces plaques étant disposées alternativement dans un sens et dans le sens inverse obtenu après rotation de 1800 autour d'un axe perpendiculaire au plan de la ou des plaque(s) (120, 121).