Brevet FR2813663A1 — publié le 20020308

Echangeur de chaleur utilisant des plaques alvéolaires extrudées. Les échangeurs de chaleur à plaques comportent généralement un empilage de plaques espacées par des calages, constitués soit par des ondulations d'orientations alternées soit par des plaques intermédiaires ondulées et percées, définissant deux parcours de fluides, dans les feuillets pairs et impairs. L'empilage est maintenu par des tirants. Les bords de plaques sont agencés pour procurer une étanchéité latérale des parcours de fluide. On considère ici surtout les échangeurs dits méthodiques, à contre-courants, dans lesquels les deux parcours de fluide vont en sens inverses. En extrémités, les deux parcours sont collectés et raccordés sur des circuits externes, par des dispositions variées qui donnent lieu aux principales difficultés de la construction, car les appuis entre plaques ne peuvent être prolongés de manière simple dans les zones de collecte. Dans de tels échangeurs à plaques, les deux parcours, même de fluides nettement différents, sont généralement conçus de la même manière, avec des écartements entre plaques identiques, Selon la présente invention, on constitue au contraire un premier circuit par des plaques creuses fermées latéralement, comportant chacune deux parois de peau et des tirants internes, et contenant un des fluides en circulation. L'autre fluide passe dans les espaces maintenus entre les plaques creuses. Ces plaques creuses peuvent être constituées par des plaques alvéolaire extrudées en matière plastique et notamment en polycarbonate, disponibles sur le marché. On considère principalement les plaques à section en échelle, avec deux parois liées par des âmes minces, formant des canaux parallèles de section approximativement carrée dans lesquels peut circuler un fluide. Selon l'invention, des collecteurs primaires sont ajustes à cnaque extremité de plaque creuse, ouverts sur les canaux du premier fluide. Des collecteurs secondaires relient les collecteurs primaires et se raccordent à des circuits extérieurs. Les collecteurs primaires peuvent être suffisamment minces pour permettre le passage entre eux du second fluide en ligne droite, mais peuvent aussi, plus épais, fermer le passage, le deuxième fluide étant alors dévié latéralement au voisinage de chaque extrémité. Le maintien entre eux des collecteurs primaires contribue à assurer entre les plaques une épaisseur convenable pour ce parcours, sous réserve d'interposer entre les plaques creuses, de place en place, des cales d'épaisseur qui peuvent être constituées de rubans ondulés en matière plastique. Selon l'invention, un collecteur primaire en extrémité d'une plaque alvéolaire extrudée est constitué d'une gouttière à paroi mince à section en U avec deux parois sensiblement parallèles, ajustée à l'extrémité de la plaque qui est coupée selon un contour dans l'ensemble concave, formant un espace interne sur lequel débouchent les canaux de la plaque. Les deux parois de la gouttière sont percées d'orifices de communication en regard permettant la collecte secondaire dans un empilement de plaques. Selon une extension de l'invention, on peut utiliser une plaque en épaisseur unique, par exemple comme radiateur ou comme panneau solaire, munie du même type de collecteur primaire mais dans lequel les gouttières peuvent prendre plus d'épaisseur. L'invention sera décrite en utilisant les figures suivantes Fig 1. Vue perspective d'une extrémité de plaque et de la gouttière de collecte primaire, Fig 2. Vue perspective d'une rondelle ondulée d'épaisseur, Fig 3. Vue en coupe de plusieurs extrémités de plaques avec les organes de collecte, Fig 4. Vue en coupe d'une extrémité de panneau solaire pour le chauffage d'eau. La plaque 1 comporte une collection de canaux carrés 2, 2'..., par exemple avec une épaisseur totale de 4 mm et une épaisseur de paroi, pour les deux flancs de la plaque et pour les âmes de liaison, de l'ordre de 0,15mm. On envisage des largeurs de collecte de l'ordre de 400 mm, pour des empilements d'environ 60 plaques espacées par exemple de 3 mm, soit une épaisseur totale de 60 x 7= 420mm et une section de passage d'air de 0,072 m2. Ce module, pour une hauteur de 2m, correspond à une surface d'échange de 96 ml. Le fluide passant entre plaques, notamment de l'air à la pression atmosphérique, peut être animé d'une vitesse de l'ordre de 3 m/s correspondant à un écoulement de 0,216 m3/s. Le fluide passant dans les plaques est par exemple de l'eau, au débit total de 0,5 kg/s. II est raisonnable de choisir pour le collecteur secondaire un diamètre de l'ordre de 35mm, débouchant sur une seule face. la vitesse d'eau atteignant 0,52 m/s et la perte de charge à chaque collecteur environ 135 Pa. L'écart entre plaques pour le circuit d'air pourrait être plus faible, pour obtenir, notamment en dessalement, un très faible écart de température entre les deux fluides à chaque niveau. Pour une utilisation par exemple en climatisation, on peut choisir des écarts entre plaques supérieurs et les problèmes d'encombrement des collecteurs sont moins aigus. La perte de charge dans les canaux d'eau est négligeable et l'on pourrait choisir des plaques moins épaisses, mais l'épaisseur de 4 mm correspond à une disponibilité industrielle, et au désir de réaliser des collecteurs dépassant de très peu l'épaisseur des plaques. La Figure 1 montre une découpe de l'extrémité de plaque alvéolaire, qui forme un espace de collecte 3 en utilisant une gouttière 4 droite avec un pli rectiligne, le raccordement d'étanchéité aux deux coins 5 et 5' étant assuré par un simple mastic. La découpe est donc dans l'ensemble concave. La gouttière, collée sur les deux faces de la plaque, peut être fabriquée en tôle d'acier inoxydable mince ou à partir d'un profil de matière plastique extrudée. Si la découpe était droite il faudrait utiliser une boîte. La gouttière porte au moins deux orifices circulaires 6 et 6' en regard, pour permettre la collecte secondaire dans un empilement de plaques, la découpe de la plaque alvéolaire s'ajustant avec un espace libre autour de ces orifices, La Figure 2 montre une rondelle ondulée 7, par exemple en matière plastique, pour permettre le passage du fluide tout en maintenant l'épaisseur. La Figure 3 montre en coupe un ensemble d'extrémités de plaques, les orifices 6, 6' des diverses plaques s'alignant sur un axe de collecte secondaire, avec interposition des rondelles 7 à l'intérieur des gouttières et de rondelles telles que 8 entre les plaques, dotées d'épaulements pour permettre l'alignement entre plaques sous serrage. Ce serrage peut être assuré par des tirants filetés selon l'axe de collecte et centrés de place en place par des rondelles spéciales non figurées. Des rivets tels que 9 peuvent assurer un maintien supplémentaire des gouttières en pression. On constitue un échangeur méthodique en empilant des plaques alvéolaires ainsi équipées aux deux extrémités et munies de cales d'écartement entre les plaques et de bandes d'étanchéité le long des bordures latérales, et en ajustant des conduits externes d'une part sur les axes de collecte secondaire décrits, d'autre part sur les débouchés de l'empilement entre les collecteurs primaires. Les échangeurs en plaques extrudées ainsi constitués peuvent être de réalisation économique. Le matériau envisagé est le polycarbonate, relativement rigide, utilisable jusqu'à 100 C, résistant aux corrosions et au vieillissement, peu sensible à la fatigue thermique. On peut constituer des échangeurs, de grand rendement grâce à la minceur de la paroi des canaux obtenus industriellement, de l'ordre de 0,15mm, et utilisables notamment en climatisation et traitement d'air, et pour certains procédés de dessalement d'eau de mer par cycle d'air humide. Des panneaux ainsi collectés, mais non empilés, peuvent constituer des radiateurs muraux ou encore des panneaux solaires. La plaque extrudée peut alors être du type comportant des parois internes 10 parallèles aux parois extérieures, formant deux ou trois couches de canaux, la collecte s'effectuant sur une seule couche et les autres couches restant remplies d'air inerte qui procure une isolation thermique. Pour un radiateur d'habitation, on peut ainsi ménager une isolation côté mur. Pour un panneau solaire (Fig 4), durable moyennant l'intégration, acquise industriellement, d'une protection de surface vis-à-vis du rayonnement UV, la couche supérieure 11 est fermée en extrémités et laissée à la pression atmosphérique grâce à des percements transversaux 12 et un évent 13. Traversée par le rayonnement solaire, elle limite le refroidissement par l'atmosphère, tandis que la couche inférieure 14 de chauffage, revêtue par dessous d'un enduit noir, est collectée et alimentée de jour en eau. Pour le dessalement, de tels panneaux solaires être étendus sur un réservoir d'accumulation d'eau salée chaude. Ils sont alors complétés par une couche flottante et isolante collée 15, par exemple en polystyrène, qui limite le refroidissement nocturne du réservoir. REVENDICATIONS. 1. Plaque pour échangeur de chaleur, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une plaque 1 dite alvéolaire (formant un ensemble de canaux parallèles, entre deux plaques minces de paroi et un ensemble d'âmes perpendiculaires) et en ce qu'elle comporte en au moins une extrémité un collecteur primaire pour l'ensemble des canaux. 2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collecteur est une gouttière 4 de tôle pliée en U et formant deux parois sensiblement parallèles, recouvrant l'extrémité de la plaque dont le bord est coupé selon un tracé dans l'ensemble concave, ménageant ainsi un espace de collecte primaire 3 entre deux parois de gouttière. 3. Plaque selon les revendications précédente, caractérisée en ce que les deux parois de chaque collecteur primaire sont percées d'orifices 6, 6' dans le sens transversal, une rondelle ajourée étant interposée entre les deux parois autour de cet orifice. 4. Ensemble de plaques selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices des collecteurs sont alignés et en appui mutuel avec interposition de rondelles d'épaisseur et de centrage, formant un axe de collecte secondaire et assurant l'écartement voulu entre les plaques au niveau des collecteurs. 5. Echangeur de température constitué par un ensemble de plaques alvéolaires munies aux deux extrémités de collecteurs selon la revendication 4. 6. Plaque d'échangeur selon les revendications 1 ou 2, la plaque alvéolaire étant du type extrudé et comportant une ou plusieurs parois internes 10, 10' parallèles aux parois externe, une seule des couches de canaux ainsi formées étant dotée de collecteurs primaires. 7. Radiateur ou panneau solaire pour le chauffage d'eau, constitué par au moins une plaque alvéolaire selon la revendication 6.