Brevet FR2633705A1 — publié le 19900105

La présente invention concerne une batterie échangeuse de chaleur pour machine frigorifique. On sait que les machines frigorifiques, qu'il s' vagisse d'une machine frigorifique utilisée en cycle direct pour assurer un refroidissement ou d'une machine frigorifique utilisée en cycle inverse pour un fonctionnement en pompe à chaleur, comprennent un circuit de fluide frigorifique en boucle fermée comportant successivement un compresseur, un condenseur, un organe de détente, et un'évaporateur. La présente invention concerne une batterie échangeuse de chaleur qui, bien que plus particulièrement avantageuse pour être appliquée aux évaporateurs, pourrait également être appliquée aux condenseurs. On connait des batteries échangeuses de chaleur comprenant un empilage de plaques d'échange de chaleur espacées parallèles les unes aux autres, un tube de circulation de fluide frigorifique serpentant transversalement aux plaques et comportant des coudes s'étendant en porte à faux au-delà de deux plaques extrêmes de l'empilage, et des tronçons d'alimentation et de retour s'étendant parallèlement à l'une des plaques extrêmes de l'empilage en porte à faux vers l'extérieur par rapport à celle-ci et un caisson entourant l'empilage de plaques et comportant des ouvertures de passage d'air disposées sur deux côtés opposés de l'empilage de plaques pour permettre, un écoulement d'air parallèlement aux plaques. Dans les batteries existantes, le caisson est généralement réalisé en assemblant une série de panneaux. Une fois. les panneaux assemblés, des organes support de l'empilage de plaques sont fixés à l'intérieur du caisson qui, ensuite, est éventuellement garni de plaques de matière thermiquement isolante fiXes dans Le caisson par des moyens d'attache, l'empilage de plaques d'échange de chaleur étant finalement monté sur les organes supports à l'intérieur du caisson. On constate que la réalisation du caisson et le montage de l'empilage de plaques nécessite donc un nombre important d'opérations successives, ce qui entraine un coût de main d'oeuvre élevé.De plus, lorsque les batteries échangeuses de chaleur existantes sont utilisées comme évaporateurs, il se produit généralement une condensation de l'eau contenue dans l'air passant entre les plaques et cette eau ruisselle sur les organes supports qui subissent des détériorations du fait de cette condensation, ce qui conduit à un vieillissement rapide de l'installation pouvant aller jusqu'à sa mise hors d'usage. Un but de la présente invention est de proposer une batterie échangeuse de chaleur qui puisse être fabriquee de façon très économique du point de vue de la main d'oeuvre et soit cependant d'une grande sécurité de fonctionnement. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention une batterie échangeuse de chaleur pour machine frigorifique contenant un empilage de plaques du type décrit ci-dessus monté à l'intérieur d'un caisson, dans laquelle le caisson est réalisé en matière thermiquement isolante moulée autour de l'empilage de plaques, les coudes et les tronçons d'al-imentation et de retour du tube de circulation étant noyés dans des parois latérales du caisson. Ainsi, par une seule opération de moulage, le caisson se trouve non seulement réalisé autour de l'empilage de plaques mais cette empilage de plaques se trouve lui-même fixé à l'intérieur du caisson. De plus, étant donné que les coudes du tube de circulation sont noyés dans la matière isolante, la paroi interne du caisson forme une surface continue avec les plaques extrêmes de l'empilage de sorte que l'eau de condensation ruisselle sans provoquer aucune détérioration et peut être recueillie à la partie inférieure du caisson. Enfin, l'isolation des tronçons d'alimentation et de retour du tube de circulation est automatiquement obtenue sans qu'il soit nécessaire de prévoir des gaines d'isolation supplémen taies. Selon une version avantageuse de l'invention, dans laquelle le caisson comporte une ouverture de passage d'air inférieure réalisée dans une paroi latérale et une paroi inférieure disposée en-dessous de l'empilage de plaques, ces plaques etant disposées verticalement, la paroi inférieure est inclinée vers un orifice d'écoulement traversant ceste paroi. Ainsi, on élimine aisément l'eau de condensation qui ruisselle jusqu'à la base du caisson. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi inférieure comporte un rebord en saillie vers le haut s'étendant au voisinage de l'ouverture inférieure le long de celle-ci. Ainsi on évite des projections d'eau de condensation à travers l'ouverture inférieure du caisson lorsque des gouttes tombent directement depuis la base des plaques sur la paroi inférieure du caisson. Selon un autre aspect préféré de l'invention, le rebord en saillie vers le haut est en retrait vers l'intérieur du caisson par rapport à un bord de la paroi inférieure et la paroi inférieure comporte une gouttière entre le rebord en saillie vers le haut et le bord de la paroi inférieure du caisson. Ainsi on minimise la déviation du courant d'air traversant l'ouverture inférieure et on recueille néanmoins l'eau de ruissellement au voisinage du bord de la paroi inférieure du caisson. Selon encore un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de réalisation d'un boîtier autour d'une batterie échangeuse de chaleur du type décrit ci-dessus, ce procédé comprenant les étapes de: recouvrir au moins deux côtés opposés de l'empilage perpendiculaires aux plaques avec un organe étanche, disposer l'empilage de plaques dans un moule comportant des noyaux portés par une plaque de base et adjacents à deux cotés opposés de l'empilage perpendiculaires aux plaques de façon qu'une matière de moulage ne puisse pas pénétrer entre les plaques mais soit libre de s'écouler autour de deux côtés de l'empilage parallèles aux plaques et de deux côtés de-l'empilage perpendiculaires aux plaques ainsi que le long des tronçons d'alimentation et de retour du tube de circulation et autour de côtés des noyaux non adjacents àl'empi- large , injecter une matière thermiquement isolante dans le moule, et démouler l'ensemble ainsi obtenu. De cette façon on minimise le temps de main d'oeuvre nécessaire pour la réalisation du caisson autour de l'empilage de plaques. Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'empilage de plaques est recouvert sur quatre côtés perpendiculaires aux plaques avant sa mise en place dans le moule et le procédé comporte en outre l'étape après moulage de retirer l'organe étanche sur deux côtés de l'empilage qui étaient adjacents aux noyaux dans le moule. Ainsi, on évite que de la matière de moulage ne pénètre entre les plaques meme lorsque les noyaux présentent un angle de dépouille favorisant son coulissement par rapport à l'empilage de plaques lors du démoulage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple particulier non limitatif de l'invention en liaison avec les dessins ci-joints parmi lesquels - la figure 1 est une vue en perspective partiellement écorchée de la batterie échangeuse de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe schématique selon un plan vertical Il -If de la figure 1,du caisson en place dans son moule juste avant le démoulage. En référence à la figure, la batterie échangeuse de chaleur selon l'invention comprend un empilage de plaques d'échange de chaleur 1 espacées, parallèles les unes aux autres et montées sur un tube de circulation 2 qui serpente perpendiculairement aux plaques et comporte des coudes 3 s'étendant en porte à faux au-delà de deux plaques extrêmes de empilage. A la partie inférieure de l'empilage, partiellement représenté en pointilles sur la figure 1, le tube de circulation de fluide frigorifique 2 comporte des tronçons d'alimentation et de retour 4 qui s'étendent parallèlement à l'une des plaques extrêmes de l'empilage en porte à faux vers l'extérieur par rapport à cette plaque extrême. Dans le mode de réalisation illustré les plaques d'échange de chaleur 1 s'étendent verticalement et le tube de circulation serpente horizontalement entre les plaques. Selon liinvention, l'empilage de plaques est supporté par un caisson moulé en une seule pièce autour de l'empilage de plaques. Le caisson comporte une paroi supérieure 5, une paroi inférieure 6 et quatre parois latérales 7. L'une des parois laté-rales est percée d'une ouverture supérieure 8 qui debouche au-dessus d'un bord supérieur des plaques 1 et d'une ouverture inférieure 9 qui débouche en-dessous d'un bord in férieur des plaques 1. Le caisson est réalise par moulage d'une matière thermiquement isolante, par exemple une mousse de polyuréthane. Les coudes 3 en porte à faux aux extrémités de l'empilage de plaques sont noyés dans les parois latérales correspondantes de même que les tronçons d'alimentation et de retour 4.La face interne des parois latérales parallèles aux plaques 1 est donc en contact avec la face externe des plaques extrêmes. Au niveau de l'empilage de plaques, la face interne des parois latérales perpendiculaires aux plaques est recouverte d'un organe étanche 10 dont la mise en place et l'utilité seront vus plus loin à propos du procédé de réalisation de la batterie échangeuse de chaleur selon l'invention. De part et d'autre de l'ouverture supérieure 8, au voisinage de la base de celle-ci, les parois latérales du caisson adjacentes à l'ouverture 8 comportent des rainures 11 destinées à supporter un tiroir sur lequel est monté un ventilateur. Au voisinage du bord supérieur de l'ouverture inférieure 9, les parois latérales adjacentes à cette ouverture comportent des petites rainures 12 destinées à recevoir un déf lecteur. Lå paroi inférieure 6 est disposée en-dessous de l'empilage de plaques 1 et est inclinée vers le bas depuis l'ouverture 9 vers le fond du caisson où elle est traversée par un orifice d'écoulement muni d'un tube d'écoulement 13. Au voisinage de l'ouverture 9, légèrement en retrait par rapport au bord de la paroi inférieure 6, celle-ci comporte un rebord en saillie vers le haut 14 s'étendant le long de l'ouverture inférieure. Une gouttière 15 s'étend entre le rebord en saillie vers le haut 14 et le bord de la paroi inférieure 6. On remarque donc que l'empilage de plaques est supporté directement par le caisson sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens d'accrochage particuliers à l'intérieur du caisson. De plus, lors de l'utilisation, le fluide frigorifique circulant dans les tronçons d'alimentation et de retour 4 est isolé de l'ambiance extérieure et l'échange de chaleur ne se fait donc qu'à l'intérieur du caisson. Enfin, les coudes 3 sont isolés à l'intérieur des parois latérales et il ne peut donc se produire aucune condensation sur ceuxci. Lorsqu'une condensation se produit sur les plaques 1, elle s'coulelsoit directement vers la paroi inférieure 6 soit en ruissellant le long des parois latérales 7 parallèles aux plaques 1.Dans un cas comme dans l'autre, l'eau de ruissellement est finalement recueillie par la paroi inférieure 6 et éliminée par le tube d'évacuation 13. Pour réaliser de façon économique le caisson entourant l'empilage de plaques, on met en oeuvre de préférence le procédé suivant : l'empilage de plaques est tout d'abord recouvert sur ses quatre côtés perpendiculaires aux plaques 1 avec un organe étanche 10. L'organe étanche peut être un ruban étanche qui est enroulé autour des plaques en assurant un recouvrement suffisant de chaque tour par rapport au précédent afin que l'organe étanche constitue une paroi étanche associé aux plaques extrêmes pour empêcher toute pénétration de matière entre les plaques. L'organe étanche peut également être un manchon thermorétractable enfilé autour de l'empilage de plaques et rétracté à chaud pour venir en appui sur les bords des plaques. L'organe étanche peut encore être formé par des plaques rigides mises en appui sur les bords des plaques.L'empilage de plaques est ensuite disposé dans un moule comportant une plaque de base 16 portant un noyau 17 sur lequel est mis en appui un côté de l'empilage de plaques perpendiculaire aux plaques, et un noyau 18 sur lequel est mis en appui un côté de l'empilage de plaques opposé à celui qui est en appui sur le noyau 17. Dans le mode de réalisation illustré, le noyau 17 est formé intégralement avec La plaque de base 16 tandis que le noyau 18 est un noyau démontable fixé à la plaque de base 16 par des moyens appropriés non représentés. Le moule comporte également un troisième noyau demontable 19 et un quatrième noyau démontable 20 permettant de réaliser les parties en contre dépouille de la paroi inférieure 6.Lors de sa mise en place, l'empilage de plaques est posé sur des cales non représentées permettant de le maintenir écarté de la plaque de base 16 d'une distance égale à l'épaisseur de la paroi Latérale que l'on souhaite réaliser. Un couvercle 21 est ensuite mis en place et fixé à la plaque de base par des moyens appropriés, par exemple desserre joints. La face interne du couvercle 21 est espacée de l'empilage de plaques 1 et des côtés des noyaux 17, 18 et 19 non adjacents à l'empilage 1 d'une distance égale à l'épaisseur des parois latérales et de la paroi supérieure du caisson. Les noyaux 19 et 20 sont espacés d'une distance égale à l'épaisseur de la paroi inférieure 6 du caisson et leurs faces en regard ont des profils complémentaires des profils que. l'on souhaite réaliser pour la paroi inférieure du caisson. Les tronçons d'alimentation et de retour 4 s'étendent sur un côté des noyaux 18 et 19 dans l'espace entre ce côté et la face interne du couvercle 21.L'extrémité des tronçons d'alimentation et de retour est engagée dans une cavite du noyau 20 et protégée contre la matière de moulage par un matériau approprié, par exemple un mastic. Dans ces conditions, de la matière de moulage thermiquement isolante, par exemple une mousse de Polyurethane, est injectee par des buses d'injection 22. Cette matière d'injection vient remplir l'espace entre l'empilage de plaques et la plaque de base 16 ainsi que l'espace entourant les noyaux 17, 18 et 19 pour former le caisson tout autour de L'empilage de plaques. Lors de cette réalisation, on remarque que la base du noyau 17 forme l'ouverture supérieure 8 et la base des noyaux 18 et 19 forme l'ouverture inférieure 9 du caisson de part et d'autre de l'empilage de plaques.L'ensemble ainsi obtenu est démoulé en envoyant de l'air comprimé dans des buses de démoulage 23 puis en retirant les noyaux amovibles. Le caisson est alors entièrement formé autour de empilage de plaques mais aucune circulation d'air n'est possible en raison de la présence de l'organe étanche 10 tout autour des côtés perpendiculaires aux plaques. Avant la mise en place du caisson dans la machine frigorifique, on retire donc l'organe étanche 10 sur les deux côtés de l'empilage qui était adjacents aux noyaux 17 et 18 dans le moule.Dans le cas où l'organe etanche 10 est un ruban enroulé autour de l'empilage ou un manchon rétracté sur les bords des plaques, il suffit de découper la matière formant l'organe étanche le long des bords avant et arrière de l'empilage et de dégager ainsi le bord des plaques adjacent aux ouvertures 8 et 9, les parties d'organes étanches qui sont prises entre les deux autres bords des plaques et les parois latérales pouvant être laissées en place sans inconvénient pour le fonctionnement de la batterie échangeuse. On remarque que lors du moulage, les plaques extrêmes de l'empilage ont servi à délimiter l'espace entre le moule et le couvercle 21 sur les côtés parallèles à l'empilage de plaques et la matière thermiquement isolante est donc venue automatiquement s'appliquer sur la face externe de ces plaques extrêmes et noyer les coudes 3 du tube de circulation 2. Bien entendu l'invention n'est pas limite au mode de réalisation représenté et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on a décrit un mode de mise en oeuvre du procédé selon lequel l'organe étanche 10 recouvre les quatre côtés perpendicùlaires aux plaques 1. Cette disposition permet en particulier de prévoir pour les faces des noyaux 17 et 18 adjacentes à l'empilage des angles de dépouille tels que ces faces du noyau ne coincident pas exactement avec les bords des plaques. De la ratière de moulage pénètre alors sur une faible épaisseur entre le côté correspondant de l'empilage de plaques et la face adjacente des noyaux 17 et 18.Ceci ne présente pas d'inconvénient puisque dans cette réalisation il est de toute façon prévu de découper l'organe étanche 10 après demoulage pour permettre un passage de l'air entre les plaques. Lorsque la face des noyaux 17 et 18 adjacente à l'empilage presente un profil exactement identique aux bords des plaques en regard, il suffit pour empêcher la matière d'injection de pénétrer entre les plaques de recouvrir les deux côtés opposés perpendiculaires aux plaques de l'empilage qui ne sont pas en regard des noyaux 17 et 18. De même que précédemment, la matière de moulage ne peut pénétrer entre les plaques et, Lors du démoulage l'air peut librement circuler entre les plaques sans qu'il soit nécessaire de prévoir l'étape de dégagement des bords supérieurs et inférieurs de l'empilage. On peut également prévoir de disposer dans le moule avant sa fermeture des pièces complementaires telles que le tube d'évacuation 13 ou des inserts afin que ces pièces comp lémentaires soient noyées dans les parois du caisson lors de l'injection. REVENDICATIONS 1. Batterie échangeuse de chaleur pour machine frigorifique comprenant un empilage de plaques d'échange de chaleur (1) espacées parallèles les unes aux autres, un tube de circulation de fluide frigorifique (2) serpentant transversalement aux plaques et comportant des coudes (3) s'étendant en porte à faux au-delà de deux plaques extrêmes de l'empilage et des tronçons d'alimentation et de retour (4) s'étendant parallèlement à l'une des plaques extrêmes de l'empilage en porte a faux vers l'extérieur par rapport à celle-ci et un caisson entourant l'empilage de plaques et comportant des ouvertures de passage d'air (8,9) disposées sur deux côtés opposés de l'empilage de plaques pour permettre un écoulement d'air parallèlement aux plaques.Caractérisée en ce que le caisson est réalisé en matière thermiquement isolante moulée autour de l'empilage de plaques (1) les coudes (3) et Les tronçons d'alimentation et de retour (4) du tube de circulation étant noyés dans des parois latérales (7) du caisson. 2. Batterie échangeuse de chaleur selon la revendication 1, dans laquelle le caisson comporte une ouverture de passage d'air inférieure (9) réalisée dans~une paroi latérale et une paroi inférieure (6) disposée en-dessous de l'empilage de plaques (1), ces plaques étant disposées verticalement, caractérisée en ce que la paroi inférieure t62 est inclinée vers un orifice d'écoulement traversant cette paroi. 3. Batterie échangeuse de chaleur selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la paroi inférieure (6) comporte un rebord (14) en saillie vers le haut s'étendant au voisinage de l'ouverture inférieure (9) le long de celle-ci. 4. Batterie échangeuse de chaleur selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rebord en saillie (14) est en retrait vers l'intérieur du caisson par rapport à un bord de la paroi inférieure (6) et en ce que la paroi inférieure comporte une gouttière (15) entre le rebord en saillie vers le haut et le bord de la paroi inférieure du caisson. 5. Procédé de réalisation d'un boîtier autour d'une batterie échangeuse de chaleur pour machine frigorifique comprenant un empilage de plaques d'échange de chaleur (1) espa c tees parallèles les unes aux autres, un tube de circulation de fluide frigorifique (2) serpentant transversalement aux plaques et comportant des coudes (3) s'étendant en porte à faux au-delà de deux plaques extrêmes de l'empilage et des tronçons d'alimentation et de retour C4) s'étendant parallè liement à l'une des plaques extrêmes de l'empilage en porte à faux vers l'exterieur par rapport à celle-ci, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : recouvrir au moins deux côtés opposés de l'empilage perpendiculaires aux plaques avec un organe étanche (10), disposer l'empilage de plaques (1) dans un moule comportant des noyaux (17,18) portés par une plaque de base et adjacents à deux côtés opposés de l'empilage hperpendiculaires aux plaques de façon qu'une matière de moulage ne puisse pas pénétrer entre les plaques mais soit libre de s'écouler autour de deux côtés de l'empilage parallèles aux plaques et de deux côtés de l'empilage perpendiculaires aux plaques, ainsi que le long des tronçons d'alimentation et de retour (4) du tube de circulation et autour des côtés des noyaux non adjacents à l'empilage, injecter une matière thermiquement isolante dans le moule, et démouler l'ensemble ainsi obtenu. 6. Procédé de réalisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'empilage de plaques est recouvert sur quatre côtés perpendiculaires aux plaques avant sa mise en place dans le moule, et én ce au'il comporte en outre l'étape après moulage de retirer l'organe étanche sur deux côtés de l'empilage qui étaient adjacents aux noyaux dans le moule.