Brevet FR2913765A1 — publié le 20080919

NAPPE DE CIRCULATION DE FLUIDE, PROCEDE POUR REALISER UNE TELLE NAPPE ET UTILISATION DE TELLES NAPPES POUR LA REALISATION D'UN ECHANGEUR THERMIQUE La présente invention concerne les nappes de circulation de fluide, les procédés pour réaliser de telles nappes et les utilisations de ces nappes pour la réalisation d'échangeurs thermiques, en soulignant que ces échangeurs thermiques trouvent une application particulièrement avantageuse dans le cadre d'échanges thermiques à l'aide de fluides gazeux comme de l'air ou analogue. Il existe des échangeurs thermiques qui comportent une pluralité de nappes au contact les unes des autres définissant chacune une circulation fluidique, chaque nappe comportant au moins deux plaques ou feuilles pleines réalisées en un matériau étanche au fluide et maintenues à distance l'une de l'autre par des moyens d'entretoises de différents types. Cependant, les échangeurs connus de ce type ont un prix de revient relativement élevé et en outre ne sont pas très performants, ce qui ne leur permet pas d'être vulgarisés et utilisés dans tous domaines techniques, par exemple dans la ventilation des immeubles d'habitation et/ou industriels et/ou commerciaux pour la récupération de l'énergie calorifique véhiculée comme, par exemple, dans les appareils connus sous le sigle VMC. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser une nappe de circulation de fluide qui pallie au moins en grande partie les inconvénients mentionnés ci-dessus des nappes constituant les échangeurs thermiques de l'art antérieur, pour réaliser des échangeurs thermiques d'une plus faible masse que les échangeurs de l'art antérieur, ayant une perte de charge réduite dans les circulations fluidiques et un faible coût de fabrication, tout en améliorant les échanges thermiques entre les nappes, en s'affranchissant des limites dimensionnelles propres aux techniques de l'art antérieur et en augmentant la résistance aux différences de pression entre les nappes de circulations fluidiques. La présente invention a aussi pour but de mettre en oeuvre un procédé pour réaliser une telle nappe. 2 La présente invention a aussi pour but, à titre d'application, d'utiliser de telles nappes pour la réalisation d'un échangeur thermique. Plus précisément, la présente invention a pour objet une nappe de circulation de fluide comportant au rnoins : • deux feuilles en un matériau étanche au dit fluide, et • des moyens d'entretoises pour maintenir les deux dites feuilles à distance l'une de l'autre pour délimiter entre leurs faces en regard un espace de circulation du fluide, caractérisée par le fait que les moyens d'entretoises sont constitués par : • au moins une bande enroulée selon une pseudo-hélice sur une enveloppe cylindrique virtuelle, ladite bande enroulée étant disposée entre les deux dites feuilles, et • des moyens pour solidariser l'ensemble des points situés sur au moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice contenues dans 15 un plan diamétral, avec respectivement les deux faces en regard des deux dites feuilles. La présente invention a aussi pour objet un procédé pour réaliser une nappe comme définie ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il consiste successivement : 20 • à enrouler une bande sous la forme d'une pseudo-hélice sur un noyau cylindrique, • à positionner deux feuilles en un matériau étanche au dit fluide de part et d'autre du dit noyau et au contact de la bande enroulée sur ce noyau, • à solidariser l'ensemble des points de ladite bande situés sur au 25 moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice contenues dans un plan diamétral, avec respectivement les deux faces en regard des deux dites feuilles, et • à retirer ledit noyau après que les points de ladite bande situés sur au moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice soient 30 solidarisés avec respectivement les deux faces en regard des deux dites feuilles. La présente invention a aussi pour objet une utilisation d'au moins deux nappes comme définies ci-dessus, pour la réalisation d'un échangeur 3 thermique, caractérisée par le fait qu'elle consiste à positionner les deux nappes l'une contre l'autre en ayant en commun l'une de leurs feuilles, pour délimiter deux espaces de circulation du fluide contigus, et à maintenir les trois feuilles à distance les unes des autres par des bandes chacune enroulée sur une enveloppe cylindrique virtuelle selon une pseudo-hélice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : Les figures 1 et 2 représentent deux vues en coupe schématiques, respectivement de dessus et de côté, d'un mode de réalisation d'une pluralité de nappes selon l'invention dans une application à la réalisation d'un échangeur thermique fluidique, la figure 2 étant une coupe transversale référencée II-II sur la figure 1, La figure 3 représente une vue en coupe transversale schématique 15 d'un autre mode de réalisation d'une nappe selon l'invention, La figure 4 représente une vue en coupe transversale schématique d'un mode de réalisation d'un échangeur thermique fluidique utilisant plusieurs nappes selon l'invention conformes à la réalisation illustrée sur la figure 3, et 20 La figure 5 représente une vue en perspective permettant d'expliciter le procédé de réalisation d'une nappe selon l'invention comme celles qui sont représentées sur les figures 1 et 2. Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles 25 apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Il est aussi précisé que les figures représentent plusieurs modes de 30 réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction 4 donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. La présente invention concerne, par référence aux figures 1 à 5, au moins une nappe de circulation de fluide Ncf comportant au moins deux feuilles 11, 12 en un matériau étanche au fluide et des moyens d'entretoises 14 pour maintenir ces deux feuilles à distance l'une de l'autre pour délimiter entre leurs faces en regard 16, 18 un espace de circulation du fluide Ecf. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ces moyens d'entretoises 14 sont constitués, figures 1-5, d'au moins une bande enroulée 20 selon une pseudo-hélice Phe définie sur une enveloppe cylindrique virtuelle 21, cette bande enroulée 20 étant disposée entre les deux feuilles 11, 12, et de moyens pour solidariser l'ensemble des points situés sur au moins deux génératrices opposées G1, G2 de cette pseudo-hélice contenues dans un plan diamétral, avec respectivement les deux faces en regard 16, 18 des deux feuilles 11, 12. Il n'est décrit ici qu'une seule bande enroulée 20 disposée entre les deux feuilles 11, 12 mais, bien entendu, une telle nappe Ncf comprendra une pluralité de bandes enroulées 20, en nombre dépendant de la largeur 30 de la nappe, disposées les unes à côté des autres comme illustré sur les figures 1 à 4. Il est aussi précisé que, au sens de la présente description, le terme "pseudo-hélice" est utilisé pour définir une courbe décrite par un point ou une pluralité de points, par exemple un segment de droite, se déplaçant suivant deux mouvements simultanés, un premier mouvement continu de translation suivant une direction donnée et un second mouvement continu de rotation autour et à une certaine distance non nulle de cette direction 5 donnée, en précisant que les vitesses de translation et de rotation ne sont jamais nulles mais peuvent être modulées en amplitude. Ceci signifie que le terme "pseudo-hélice" recouvre une vraie hélice au sens mathématique si les vitesses de translation et de rotation définies ci-dessus sont constantes, ou bien une courbe assimilable ou analogue à une hélice, sans en être réellement une, si ces vitesses de translation et de rotation sont modulées. Les deux feuilles 11, 12 peuvent avoir une position angulaire relative déterminée mais, comme illustré sur les figures, elles seront avantageusement sensiblement parallèles entre elles. En outre, comme plus particulièrement visible sur la figure 4, les deux feuilles 11, 12 peuvent être avantageusement réalisées dans une feuille unique 29 repliée pour former un pli 31 dont les deux pans constituant les deux feuilles 11, 12 peuvent faire entre eux un angle non nul. Mais, de façon avantageuse, pour la facilité de la réalisation de telles nappes selon l'invention, cet angle sera préférentiellement choisi égal à zéro pour que ces deux pans soient parallèles entre eux. De façon préférentielle, les feuilles 11, 12 sont réalisées dans l'un des matériaux suivants: aluminium, titane, cuivre, et ont une épaisseur sensiblement comprise entre trente et mille microns. En conséquence, la bande 20 est elle aussi réalisée dans l'un des matériaux suivants : aluminium, titane, cuivre, et a une épaisseur comprise entre 0,4 et 1,5 millimètre. Comme mentionné ci-avant, la forme de la section de l'enveloppe cylindrique virtuelle 21 peut être quelconque, mais elle est choisie préférentiellement parmi les formes suivantes : circulaire, carrée (figure 5), rectangulaire (figure 1 et 2), trapézoïdale (figure 3 et 4), triangulaire, polygone régulier, combinaison d'au moins deux des six formes précédentes. 6 La présente invention a aussi pour objet le procédé pour réaliser une nappe 1, 2, 3, ... comme définie structurellement ci-dessus, qui consiste successivement à enrouler une bande 20 sous la forme d'une pseudo-hélice Phe sur un noyau cylindrique 30 (figure 5), puis à positionner deux feuilles 11, 12 en un matériau étanche au fluide de part et d'autre du noyau 30 et au contact de la bande 20 enroulée sur ce noyau 30, puis à solidariser l'ensemble des points de la bande situés sur au moins deux génératrices opposées Gi, G2 de la pseudo-hélice Phe qui sont contenues dans un plan diamétral, avec respectivement les deux faces en regard 16, 18 des deux feuilles 11, 12, et enfin à retirer le noyau 30 après que les points de la bande situés sur au moins deux génératrices opposées de la pseudo-hélice Phe soient solidarisés avec respectivement les deux faces en regard 16, 18 de ces deux feuilles 11, 12. Selon une caractéristique très avantageuse du procédé selon l'invention, le noyau 30 est réalisé en un matériau ayant un coefficient de dilatation supérieur à celui du matériau dans lequel est réalisée la bande 20 et étant non-adhérent au matériau dans lequel sont réalisées cette dite bande et les feuilles 11, 12. A titre d'exemple le noyau 30 peut être en aluminium, la bande 20 et les feuilles 11, 12 en cuivre et solidarisées ensemble par une soudure à l'argent. Mais le noyau peut aussi être réalisé avec une âme centrale en un premier matériau quelconque ayant un coefficient de dilatation comme défini ci-dessus et une couche d'un matériau non-adhérent, comme défini ci-dessus, enrobant l'âme centrale. De cette façon, quand, comme explicité ci-après, l'ensemble comportant le noyau 30 et la bande enroulée 20 sur ce noyau sera par exemple soumis à une température élevée par rapport à la température ambiante pour la solidarisation de la bande avec les faces en regard 16, 18 des deux feuilles 11, 12, le noyau va subir une dilatation, au moins 1rransversale, supérieure à celle de la bande enroulée. Ceci va permettre, tout d'abord de bien plaquer la bande contre les deux feuilles et donc d'obtenir une solidarisation optimale de la bande 20 sur les faces en regard 16, 18 des deux feuilles, puis de retirer le noyau 30 7 lorsque l'ensemble sera revenu à la température ambiante, sans risquer un quelconque endommagement de la bande enroulée puisque le noyau aura subi un rétreint plus important que la bande. Le procédé selon l'invention consiste en outre à positionner un moyen de liant 60 ayant des propriétés de solidarisation sous un effet physique donné, entre respectivement les portions de bande correspondant aux deux génératrices G1, G2 et les portions correspondantes des deux faces en regard 16, 18 des deux feuilles 11, 12, les portions correspondantes des deux faces en regard étant celles aptes à être solidarisées avec les portions de bande définies ci-dessus, puis à appliquer une force pour amener les deux feuilles 11, 12 au contact des deux génératrices, et à soumettre au dit effet physique donné l'ensemble des deux feuilles 11, 12 et de la bande 20 quand elles sont au contact. Ces moyens de liant 60 agissent donc de façon préférentielle sous 15 l'action de la chaleur selon au moins l'une des fonctions suivantes : collage, brasage, soudage. Selon le procédé, les moyens de liant 60 sont appliqués par au moins l'un des moyens suivants : sérigraphie, dépôt par doseur, micro-projection, et selon l'une des façons suivantes : sur les portions de bande 20 correspondant aux deux génératrices avant que la bande 20 ne soit enroulée sur le noyau 30, sur les portions de bande correspondant aux deux génératrices G1, G2 après que la bande 20 ait été enroulée sur le noyau 30 et avant d'être introduite entre les deux feuilles 11, 12, sur les portions correspondantes des deux faces en regard 16, 18 des deux feuilles avant 25 qu'elles ne soient positionnées de part et d'autre du noyau 30. La présente invention est aussi une utilisation d'au moins deux nappes telles que définies auparavant, pour la réalisation d'un échangeur thermique Eth. L'utilisation selon l'invention d'au moins deux nappes telles que 30 définies auparavant, pour la réalisation d'un échangeur thermique Eth, consiste (figures 1, 2 et 4) à positionner les deux nappes 1, 2, 3, ..., et en général un nombre de nappes beaucoup plus important pour la réalisation d'un échangeur thermique industriel, l'une contre l'autre en ayant en 8 commun l'une de leurs feuilles, pour délimiter deux espaces de circulation du fluide contigus Ecf, et à maintenir les trois feuilles 11, 12, ... à distance les unes des autres par des bandes 20 chacune enroulée sur une enveloppe cylindrique virtuelle 21 selon une pseudo-hélice Phe. Selon une autre caractéristique de cette invention d'utilisation, les trois feuilles 11, 12, ... sont réalisées dans une feuille unique 29 pliée en au moins deux plis 31-1, 31-2 pour former deux espaces de circulation de fluide contigus Ecf (figure 4). Quand les au moins deux nappes sont utilisées comme décrit ci- dessus, elles sont placées par exemple dans un boîtier dont une partie de paroi visible en Bth est spécialement aménagée avec des entrées et des sorties en correspondance avec les nappes pour obtenir la circulation des fluides aptes à échanger leurs calories selon le principe général des échangeurs thermiques fluidiques, comme par exemple évoqué sur les figures 1 et 2. De tels échangeurs thermiques sont, dans leur fonction générale, bien connus des hommes du métier et, en conséquence, ils ne seront pas plus amplement décrits ici. REVENDICATIONS 1. Nappe de circulation de fluide (Ncf) comportant au moins : • deux feuilles (11, 12) en un matériau étanche au dit fluide, et • des moyens d'entretoises (14) pour maintenir les deux dites feuilles à distance l'une de l'autre pour délirniter entre leurs faces en regard (16, 18) un espace de circulation du fluide (Ecf), caractérisée par le fait que les moyens d'entretoises (14) sont constitués par : • au moins une bande enroulée (20) selon une pseudo-hélice (Phe) sur une enveloppe cylindrique virtuelle (21), ladite bande enroulée (20) étant disposée entre les deux dites feuilles (11, 12), et • des moyens pour solidariser l'ensemble des points situés sur au 15 moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice contenues dans un plan diamétral, avec respectivernent les deux faces en regard (16, 18) des deux dites feuilles (11, 12). 2. Nappe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites 20 deux feuilles (11, 12) sont sensiblement parallèles. 3. Nappe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites deux feuilles (11, 12) sont réalisées dans une feuille unique (29) repliée pour former un pli (31). 4. Nappe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que lesdites feuilles (11, 12) sont réalisées dans l'un des matériaux suivants: aluminium, titane, cuivre, et ont une épaisseur sensiblement comprise entre trente et mille microns. 5. Nappe selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ladite bande (20) est réalisée dans l'un des matériaux suivants : aluminium, titane, cuivre, et a une épaisseur comprise entre 0,4 et 1,5 millimètre. 25 3010 6. Nappe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la forme de la section de ladite enveloppe cylindrique virtuelle (21) est choisie parmi les formes suivantes : circulaire, carrée, rectangulaire, 5 trapézoïdale, triangulaire, polygone régulier, combinaison d'au moins deux des six formes précédentes. 7. Procédé pour réaliser une nappe (1, 2, 3, ...) selon au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il consiste 10 successivement : • à enrouler une bande (20) sous la forme d'une pseudo-hélice (Phe) sur un noyau cylindrique (30), • à positionner deux dites feuilles (11, 12) en un matériau étanche au dit fluide de part et d'autre du dit noyau (30) et au contact de la bande (20) 15 enroulée sur ce noyau (30), • à solidariser l'ensemble des points de ladite bande situés sur au moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice (Phe) contenues dans un plan diamétral, avec respectivement les deux faces en regard (16, 18) des deux dites feuilles (11, 12), et 20 • à retirer ledit noyau (30) après que les points de ladite bande situés sur au moins deux génératrices opposées de ladite pseudo-hélice (Phe) soient solidarisés avec respectivement les deux faces en regard (16, 18) des deux dites feuilles (11, 12). 25 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit noyau (30) est réalisé en un matériau ayant un coefficient de dilatation supérieur à celui du matériau dans lequel est réalisée ladite bande (20) et étant non-adhérent au matériau dans lequel est réalisée cette dite bande. 30 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre : • à positionner un moyen de liant (60) ayant des propriétés de solidarisation sous un effet physique donné, entre respectivement les 11 portions de bande correspondant aux deux dites génératrices et les portions correspondantes des deux faces en regard (16, 18) des deux feuilles (11, 12), les portions correspondantes des deux faces en regard étant celles aptes à être solidarisées avec lesdites portions de bande, • à appliquer une force pour amener les deux feuilles (11, 12) au contact des deux génératrices, et • à soumettre au dit effet physique donné l'ensemble des deux feuilles (11, 12) et de ladite bande (20) quand elles sont au contact. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les moyens de liant (60) agissent sous l'action de la chaleur selon au moins l'une des fonctions suivantes : collage, brasage, soudage. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer lesdits moyens de liant (60) par au moins l'un des moyens suivants : sérigraphie, dépôt par doseur, micro-projection. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer lesdits moyens de liant (60) par sérigraphie selon l'une 20 des façons suivantes : - sur les portions de bande correspondant aux deux dites génératrices avant que ladite bande (20) ne soit enroulée sur ledit noyau (30), - sur les portions de bande correspondant aux deux dites génératrices après que ladite bande ait été enroulée sur le noyau (30) et avant d'être 25 introduite entre les deux dites feuilles (11, 12), - sur lesdites portions correspondantes des deux faces en regard des deux feuilles avant qu'elles ne soient positionnées de part et d'autre du dit noyau (30). 30 13. Utilisation d'au moins deux nappes selon au moins l'une des revendications 1 à 6 pour la réalisation d'un échangeur thermique (Eth), caractérisée par le fait qu'elle consiste à positionner les deux nappes (1, 2, 3, ...) l'une contre l'autre en ayant en commun l'une de leurs feuilles, pour 512 délimiter deux espaces de circulation du fluide contigus (Ecf), et à maintenir les trois feuilles (11, 12, ...) à distance les unes des autres par des bandes (20) chacune enroulée sur une enveloppe cylindrique virtuelle (21) selon une pseudo-hélice (Phe). 14. Utilisation d'au moins deux nappes selon la revendication 13, caractérisée par le fait que les trois feuilles (11, 12, ...) sont réalisées dans une feuille unique (29) pliée en au moins deux plis (31-1, 31-2) pour former deux espaces de circulation de fluide contigus (Ecf). 10