Brevet FR2610394A1 — publié le 19880805

ECHANGEUR DE CHALEUR L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur parcourus par un fluide caloporteur, utilisables notamment comme capteurs d'énergie solaire ou bien comme nappes chauffantes, dans les serres de culture par exemple. Elle vise en particulier les échangeurs de chaleur, réalisés en résine synthétique thermoformable, constitués d'un panneau à double paroi entretoisée raccordé à deux collecteurs par ses extrémités longitudinales. Le panneau est obtenu par extrusion de résine, chauffée jusqu'à sa température de ramollissement, à travers une filière plane, suivie d'un calibrage entre deux parois lui donnant son épaisseur définitive. Le panneau comprend deux parois espacées l'une de l'autre, reliées par des cloisons venues de matière, disposées à intervalles réguliers de manière à délimiter une pluralité de canaux paralléles. Chacune des conduites collectrices est réalisée également par extrusion en une matière synthétique. Elle est constituée par un tronçon de tube généralement à section circulaire de longueur supérieure à celle du panneau, présentant une rainure pratiquée sur sa face externe parallèlement à son axe. Dans le fond de la rainure on a fraisé des trous en nombre correspondant aux canaux des panneaux. L'extrémité des panneaux est insérée dans cette rainure et un cordon de matière adhésive ou fusible déposée sur le pourtour de la rainure au contact du collecteur et du panneau forme un joint soudé et assure à la fois l'étanchéité et la cohésion de l'ensemble. Les échangeurs de chaleur de ce type ont l'avantage de présenter un prix de revient réduit à la fois par le mode de fabrication de chacun des éléments qui les constituent et leur mode d'assemblage. En outre, leur réalisation en matière synthétique évite les inconvénients constatés avec les produits métalliques. Ils sont insensibles à la corrosion et aux produits chimiques. Ils trouvent de ce fait de nombreuses applications dans lesquelles le fluide caloporteur, généralement de l'eau, peut travailler à une température compatible avec le matériau, c'est-à-dire comme capteur d'énergie solaire ou bien comme radiateurs ou nappes chauffantes pour le chauffage de locaux. lIs peuvent être appliqués seuls ou bien en réseau. On rencontre, toutefois, dans certaines applications, des problémes qui ne permettent pas une utilisation optimale du produit. On a envisagé son emploi comme nappe chauffante dans les serres de culture pour lesquelles sa robustesse, sa souplesse et sa facilité d'installation sont particulièrement favorables. Pour cet usage on dispose les échangeurs à plat sur le sol ou bien sur des tables et on place les bacs ou les pots de culture à même les panneaux. La nappe assure un chauffage très localisé au pied des plantes par une circulation de l'eau à basse température dans sa structure alvéolaire, et autorise donc un abaissement de la température ambiante de la serre, dioù une économie d'énergie non négligeable. Les problèmes souvent rencontrés sont liés à la forme des collecteurs d'amenée et de retour d'eau. Les nappes sont disposées en rangées parallèles et leurs collecteurs raccordés individueliement ou en groupe à un réseau d'eau chaude. La forme cylindrique de ceux-ci impose pratiquement un raccordement en bout, par les côtés des nappes. Un espacement minimum entre ces dernières est donc nécessaire, qui nuit à une utilisation optimale de la surface au sol pour la culture. Pour pouvoir rapprocher les nappes, on peut certes envisager de raccorder les tuyaux d'alimentation et de retour sur la paroi latérale des collecteurs, mais la jonction sur une surface cylindrique est toujours délicate et il faut prévoir des pièces complexes. Un autre inconvénient vient de la jonction des panneaux aux collecteurs. Quand la nappe est posée sur un support plan, le panneau s'infléchit à ses extrémités vers le haut car le diamètre des collecteurs est très supérieur à l'épaisseur des panneaux. Toute cette partie du panneau est alors inutilisable, les pots ne pouvant y être placés de façon stable. On connaît le brevet FR 2454074 qui décrit un échangeur de chaleur composé d'une plaque en matière plastique extrudée, à double paroi entretoisée, et d'un collecteur en matière plastique à section circulaire. Les collecteurs comportent deux lèvres longitudinales qui délimitent une ouverture longitudinale qui se rattache tangentiellernent à la section circulaire et dans laquelle l'extrémité du panneau est engagée de façon étanche. Des pièces permettant le raccordement latéral de tuyaux aux collecteurs sont prévues ; elles comportent notamment une pince, ayant la forme d'un demi cylindre, qui enserre le collecteur sur lequel elle est engagée. Si cette réalisation, par la fixation tangentielle des collecteurs cylindriques le long des bords des panneaux, permet l'adaptation de l'échangeur à des supports plans, elle nécessite par contre l'adjonction de deux lèvres longitudinales sur le collecteur. Il n'est pas possible de réaliser simplement une telle structure tubulaire complexe par extrusion de matière ce qui rend son application commerciale inintéressante. On note enfin que les raccords nécessitent des pièces supplémentaires aux formes spéciales. L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un échangeur de chaleur du type comprenant un panneau à double paroi entretoisée, réalisé par extrusion d'une résine synthétique thermoformable, définissant une pluralité de conduits longitudinaux débouchant dans deux collecteurs transversaux auxquels le panneau est solidarisé par ses extrémités longitudinales et qui comportent une rainure ménagée le long de leur paroi extérieure pour le logement des extrémités du panneau. Cet échangeur est caractérisé en ce que lesdits collecteurs présentent au moins une portion de surface plane dans laquelle est réalisée la rainure, celle-ci étant décalée par rapport à l'axe longitudinal du collecteur. Selon une caractéristique supplémentaire, le collecteur comporte au moins une deuxième portion de surface plane permettant le perçage d'un orifice pour le raccordement d'une canalisation d'alimentation ou d'évacuation du fluide parcourant l'échangeur. Pour des raisons de simplicité de fabrication et de facilité d'utilisation le collecteur sera de préférence de forme parallélépipédique. Le système présente alors plusieurs avantages. Il permet un raccordement aisé à une tuyauterie quelconque par l'emploi d'une pièce standard. Le positionnement du raccord est indifférent, il suffit de percer le collecteur à l'endroit souhaité sur l'une des faces quelconques du collecteur. La perte de place au sol est réduite à un minimum et le panneau peut être posé à plat sur un support plan sans que le panneau ne subisse de déformation excessive. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description, qui suit, d'un mode de réalisation non limitatif de l'in invention. On se réfèrera aux dessins qui représentent Figure l: : un échangeur de chaleur de l'art antérieur. Figure 2 : une vue partielle d'un échangeur conforme à l'invention. Figure 3 : une vue de l'échangeur, en coupe transversalepassant par un perçage muni d'un embout de raccordement à une tuyau terie. Figure 4 : un schéma simplifié d'une instaliation permettant de réa liser les collecteurs. On a représenté sur la figure 1 un échangeur de l'art antérieur dont les composants, c'est-à-dire le panneau 2 d'une part, les deux collecteurs 4,5 d'autre part, sont obtenus par extrusion d'une résine synthétique thermoformable, du polypropylène par exemple. Le panneau 2 est une plaque à double paroi entretoisée dont les cloisons disposées en parallèle délimitent une pluralité de canaux débouchant dans les collecteurs 4,5. Ceux-ci sont formés à partir de tubes cylindriques à paroi d'épaisseur uniforme, dont la longueur est légèrement supérieure à la largeur du panneau 2 pour permettre l'assemblage de plusieurs échangeurs ou bien le raccord de tubes d'alimentation et de retour. A cet effet, les tubes sont pourvus à leurs extrémités d'une gorge pour le logement d'un anneau de verrouillage d'une pièce de raccordement. Pour joindre le panneau au collecteur, on a pratiqué une rainure le long des tubes. Sa profondeur doit être suffisante pour assurer un positionnement positif de l'extrémité du panneau et éviter la pénétration de la matière de soudure. Le fond de la rainure est percé d'un nombre de trous correspondant sensiblement à celui des canaux du panneau 2. Leur diamètre est suffisant pour autoriser un débit correspondant à l'application envisagée pour l'échangeur. Un cordon de soudure 6 en une matière compatible avec le matériau et l'échangeur est appliqué sur le pourtour de la rainure. Ce cordon assure à la fois la cohésion des pièces et l'étanchéité vis-à-vis des fuites de liquide s'écoulant entre le collecteur et les canaux du panneau. Lors de l'utilisation, les deux collecteurs sont reliés à un circuit extérieur et on assure la circulation d'un fluide caloporteur, du collecteur d'alimentation au collecteur de retour, à travers les canaux du panneau où s'effectuent les échanges thermiques. Plusieurs inconvénients sont liés à la forme cylindrique des collecteurs. Tout d'abord, I'arrivée et la sortie du fluide s'effectuent dans l'axe des collecteurs. II s'ensuit un encombrement au sol et une perte de place utile entre les panneaux qu'il faut placer avec un écartement minimum pour le logement des tuyaux. De plus, la longueur des tuyaux excède la largeur des panneaux pour permettre la fixation des raccords, ce qui est une facteur supplémentaire d'encombrement. Le collecteur est par ailleurs de grand diamètre par rapport à l'épaisseur du panneau, 50 mm pour 5 mm par exemple. Quand l'échangeur est posé sur un support plan, I'extrémité du panneau est de ce fait fortement inclinée, instable et inutilisable. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose de modifier la forme du collecteur. Un mode de réalisation en est représenté à la figure 2. Le collecteur 10 conforme à l'invention comporte une première face plane 11 sur laquelle vient se raccorder l'extrémité du panneau 2' qui est du même type notamment que le panneau 2 de la figure 1. L'ouver ture, mettant en communication les deux éléments, peut ainsi être pratiquée près d'une arête de cette face, et réduire de la sorte la longueur sur laquelle le panneau n'est pas supporté. En ce qui concerne la jonction elle-même, elle peut être réalisée par encastrement de l'extrémité du panneau dans une rainure avec fixation par un cordon de soudure 12 de la manière décrite plus haut pour l'art antérieur. La distance de la rainure au bord de la face 11 doit cependant être suffisante pour que le fond communique avec le canal intérieur qui pourra, dans ce but, prendre toute forme appropriée, parallélépipédique par exemple comme cela est représenté sur la figure 2. Le collecteur 10 comporte au moins une deuxième face plane 13 formant un angle avec la première, sur laquelle on prévoit un orifice de raccordement 14 avec une tuyauterie extérieure. Contrairement aux tubes de l'art antérieur, réalisés en forme de cylindre où un raccordement par simple vissage d'un embout dans la paroi n'était pas envisageable pour des raisons d'étanchéité, la présence des zones de raccordement planes permet l'utilisation de raccords standards qui peuvent être placés n'importe où après piquage et taraudage d'un trou à l'endroit souhaité. Pour profiter pleinement de cet avantage, le collecteur est réalisé à partir d'un tube à section polygonale, fermé par des bouchons 15 soudés en bout. Ainsi le raccordement peut être effectué sur l'une quelconque des faces. La forme parallélépipédique représentée sur la figure n'est qu'un mode de réalisation particulier. Les arêtes peuvent être chanfreinées ou bien présenter un arrondi, I'une des faces peut être elle même arrondie. Par ailleurs, cette conception de collecteur permet de réduire sensiblement la longueur du tube, par rapport à l'art antérieur. Son encombrement correspond à celui du panneau. On note qu'il est préférable de laisser inutilisés les canaux latéraux extrêmes du panneau en ne les mettant pas en communication avec le collecteur. Cette partie constitue en fait des ailes latérales de protection pour réduire les risques de fuite. Sur la figure 3 on a représenté le collecteur 10 en coupe transversale passant par un orifice d'alimentation convenablement taraudé. Sur ce collecteur on a fixé un embout 20 à pas de vis correspondant, comportant un écrou 21 et une rondelle d'étanchéité 22. L'embout 20 peut être du type standard en plomberie, par exemple du type mâle-mâle comme représenté sur la figure. Mais il est évident que n'importe quel modèle de raccord peut être utilisé. Un avantage supplémentaire résultant de cette conception est de permettre une fabrication du collecteur très simplifiée et automatisée. La figure 4 représente schématiquement un poste de soudage automatique des pièces du collecteur. Le tube 10 à section polygonale débité à la longueur requise est placé sur un support horizontal. De part et d'autre du tube, dans son axe, on a disposé des plaquettes 15 égaiement préalablement découpées. On met en action des plaques chauffantes 30 entre chacune des plaquettes et le tube, qui ramollissent en surface la résine synthétique dont ils sont constitués. Dans l'étape suivante représentée en 4b, les plaques chauffantes 30 sont retirées et mises dans une position d'attente, et les plaquettes 15 sont appliquées avec pression sur les extrémités du tube 10 par des vérins presseurs 40. Lorsque l'opération de soudage est terminée, on effectue éventuellement un contrôle d'étanchéité, puis on procède aux étapes suivantes de fabrication de l'échangeur qui consistent à fraiser une rainure dans la paroi du tube, à en percer le fond d'un nombre convenable de trous puis à y insérer et souder l'extrémité des panneaux. Les trous de raccordement au circuit de fluide caloporteur peuvent être réalisés sur place par l'utilisateur en fonction des nécessités de l'installation. II est évident que l'on peut réaliser le collecteur selon une autre méthode ou bien prévoir un mode de liaison panneau-collecteur différent sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comprenant un panneau à double paroi entre toisée, réalisé par extrusion d'une matière plastique, définissant une pluralité de conduits longitudinaux débouchant dans deux col lecteurs transversaux auxquels le panneau est solidarisé par ses extrémités longitudinales, lesdits collecteurs comportant une rainure ménagée le long de leur paroi extérieure pour le logement des extrémités du panneau, caractérisé en ce que lesdit collec teurs (10) présentent au moins une surface plane (15) dans laquelle est réalisée ladite rainure, celle-ci étant décalée par rapport à l'axe longitudinal du collecteur. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur (10) comporte au moins une deuxième surface plane (13) permettant le perçage d'un orifice (14) pour le raccord d'une canalisation d'alimentation ou d'évacuation du fluide parcourant l'échangeur. 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice (14) est taraudé pour permettre la fixation d'un embout par vis sage. 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, carac térisé en ce que le collecteur est de forme parallélépipédique. 5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le collecteur est fermé à ses extrémités longitudinales par des bouchons rapportés (15). 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bouchons (15) sont fixés sur le collecteur par collage ou soudage. 7. Procédé pour fabriquer un collecteur conforme à l'une des reven dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : extruder un tube en résine synthétique thermofor mable dont la section est de forme déterminée, débiter le tube, appliquer un bouchon à chacune de ses extrémités et l'y solida riser, et à ménager une rainure longitudinaie dans la paroi du tube avec percement du fond.