Brevet FR3071595A1 — publié le 20190329

Echangeur air/air à double flux à contre-courant L'invention concerne un échangeur air/air à double flux à contre-courant. Les échangeurs air/air à contre-courant, utilisés notamment pour la ventilation et le traitement d'air dans les locaux tertiaires, sont généralement structurés par plaques, le flux d'air froid circulant entre deux plaques intercalaires dans lesquelles sont formés des canaux alimentés par un fluide chaud. Cette structure offre une surface d'échange thermique réduite. C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un nouvel échangeur dans lequel les flux d'air sont dirigés de façon différente permettant une plus grande surface d'échange et par conséquent une meilleure efficacité. A cet effet, l'invention concerne un échangeur air/air à double flux à contre-courant, incluant un coeur comprenant un premier réseau de canaux permettant le passage d'un premier flux d'air selon une direction longitudinale, un second réseau de canaux permettant le passage d'un second flux d'air en sens inverse du premier flux d'air, chacun des réseaux de canaux étant formé de plaques d'ailettes métalliques parallèles délimitant les canaux, les ailettes étant formées par des feuilles métalliques ondulées, les plaques appartenant au premier réseau de canaux étant superposées aux plaques appartenant au second réseau de canaux selon une direction d'empilement perpendiculaire aux plaques et à la direction longitudinale et les plaques appartenant respectivement au premier réseau et au second réseau de canaux étant alternées selon la direction d'empilement et séparées par des feuilles métalliques planes de séparation auxquelles les plaques d'ailettes sont fixées. Grâce à l'invention, les échanges thermiques entre les deux flux d'air se font par conduction dans les feuilles métalliques planes séparant les plaques d'ailettes. La hauteur importante des ailettes permet une grande surface de contact entre les flux d'air et les feuilles métalliques et l'efficacité de l'échangeur est donc élevée. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel échangeur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible : - Au moins un étage des réseaux de canaux est formé de deux plaques d'ailettes superposées et reliées au niveau de surfaces de contact prévues sur des parties transversales de chacune des deux plaques d'ailettes superposées. - Les ailettes ont un profil présentant des décalages transversaux, répartis selon la direction longitudinale de l'échangeur. - Les décalages ont une forme arrondie ou rectangulaire. 2 - Les décalages s'étendent jusqu'à la moitié de l'espace entre deux ailettes. - Les plaques d'ailettes sont formées au moyen de procédés incluant l'emboutissage pas-à-pas ou le formage par molettes. - Les plaques d'ailettes sont assemblées entre elles et aux feuilles métalliques de 5 séparation par soudage. - Les ailettes ont une hauteur comprise entre 1 et 11 fois la distance entre deux ailettes adjacentes. - Les plaques d'ailettes et les feuilles de séparation sont réalisées en matériau comprenant de l'aluminium. 10 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un échangeur conforme à son principe, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur conforme à l'invention; 15 - la figure 2 est une vue selon la flèche II de l'échangeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle du détail III à la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une partie de l'échangeur de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une partie de plaque d'ailettes 20 appartenant à un échangeur conforme à un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un échangeur 2. L'échangeur 2 est un échangeur air/air à contre-courant. Il comprend un coeur 4, et des dispositifs d'entrée et sortie 6 et 7. Le coeur 4 est le lieu d'échange thermique entre un premier flux d'air F1 et un second flux d'air F2. Dans le coeur 4, les flux d'air F1 et F2 circulent selon une direction longitudinale X qui est 25 également une direction longitudinale de l'échangeur 2. Le coeur 4 comprend un premier réseau de canaux 40, permettant le passage du premier flux d'air F1, et un second réseau de canaux 42, permettant le passage du second flux d'air F2 en sens inverse du premier flux d'air F1. Chacun des réseaux de canaux 40 et 42 est formé de plaques 8 d'ailettes 30 métalliques parallèles délimitant les canaux et formant des étages. Par exemple, le second flux d'air F2 circule sur la plaque 8 la plus haute du coeur 4 située sur le haut de la figure 3. Cette plaque 8 est formée d'ailettes 401, 402 et 403 qui s'étendent verticalement dans cet exemple et qui, plus généralement, s'étendent parallèlement à une direction Z qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal X et à un plan P qui est parallèle à une face 35 supérieure 20 de l'échangeur 2. On définit également une direction transversale Y parallèle au plan P, qui est perpendiculaire aux directions longitudinales X et Z. 3 Les ailettes 401, 402 et 403 délimitent des espaces verticaux formant des canaux 40a et 40b. Les ailettes 401, 402, 403 sont formées par une feuille métallique ondulée formant une plaque d'ailettes 8. Chaque plaque d'ailettes 8 présente des parties verticales 8a, formant les ailettes 401, 402, 403 et des parties horizontales 8b formant un profil 5 crénelé représenté également à la figure 4. Les ailettes ont un profil transversal dont la hauteur H est au moins supérieure à la distance D entre deux ailettes adjacentes, c'est-à-dire successives selon la direction transversale Y, de préférence plusieurs fois supérieure à la distance D. Par exemple, la hauteur H peut être comprise entre 1 et 11 fois la distance D. 10 Les parties horizontales 8b sont fixées sur des feuilles métalliques planes 44. Ces feuilles métalliques planes 44 délimitent également en partie les canaux 40a, 40b en formant des jonctions entre les ailettes 401, 402, 403 aux emplacements où les parties horizontales 8b des plaques d'ailettes 8 sont situées à l'opposé de la feuille métallique plane 44. 15 Le second réseau de canaux 42 présente une structure identique. Les plaques d'ailettes 8 délimitent des canaux 42a, 42b en formant des ailettes 421, 422, 423 comme cela est visible à la figure 3. Les plaques 8 appartenant au premier réseau de canaux 40 sont superposées aux plaques 8 appartenant au second réseau de canaux 42 selon la direction Z, qui 20 correspond à la direction d'empilement. Les plaques 8 appartenant respectivement au premier réseau 40 et au second réseau 42 sont alternées selon la direction d'empilement Z comme cela est visible à la figure 2. Les feuilles métalliques 44 délimitent les étages en séparant les plaques 8 des réseaux 40 et 42 et servent également de support de fixation à ces plaques 8. Les plaques d'ailettes 8 sont jointes aux feuilles 44 par adhésion des 25 parties horizontales 8b contre les feuilles 44. L'échangeur 2 fonctionne donc par dissipation d'un flux d'air chaud, par exemple le premier flux d'air F1, dans les ailettes métalliques du premier réseau de canaux 40, conduction de la chaleur de ces ailettes vers les feuilles de séparation 44 puis vers des ailettes appartenant au second réseau de canaux 42, qui sont alors refroidies par un flux 30 d'air froid, par exemple le second flux d'air F2. Les feuilles 44 se prolongent en dehors du coeur 4 par des parties triangulaires 44a munies de rebords 44b et 44c repliés l'un vers le haut, l'autre vers le bas. Ces rebords 44b, 44c permettent de fermer les réseaux de canaux 40 et 42 de manière à former les dispositifs d'entrée et sortie 6 et 7. 35 Selon un aspect avantageux, au moins un étage des réseaux de canaux 40 et 42 est formé de deux plaques 8 d'ailettes superposées et reliées une à l'autre par les parties 4 horizontales 8b. Comme cela est représenté aux figures 1 à 4, chacun des étages des réseaux de canaux 40 et 42 présente des plaques d'ailettes 8 doubles, à l'exception des étages formés par les plaques d'ailettes 8 situées sur les extrémités de l'échangeur 2 selon l'axe Z. 5 La structure à deux plaques d'ailettes 8 superposées permet d'obtenir une hauteur augmentée d'ailettes et par conséquent une surface d'échange accrue entre l'air et la feuille métallique formant les ailettes. La conduction thermique entre les plaques d'ailettes 8 et les feuilles métalliques de séparation 44 est donc augmentée, ce qui permet un échange de chaleur plus élevé. En outre, ceci permet d'utiliser des profils de plaques 10 d'ailettes 8 de hauteur H moins élevée, mais de fabrication plus facile et plus rapide, en conservant une surface de transmission de chaleur satisfaisante. Dans la suite, les ailettes sont désignées par la référence 8a, sans référence au réseau de canaux auquel elles appartiennent. Les plaques d'ailettes 8 formant des doubles épaisseurs sont reliées par leurs parties horizontales 8b. Comme cela est visible 15 à la figure 4, les parties horizontales 8b situées d'un même côté d'un plaque d'ailettes 8 peuvent être chevauchées aux parties horizontales 8b d'une autre plaque d'ailettes de manière que les ailettes 8a de ces deux plaques 8 soient alignées dans un même plan parallèle à la direction Z. le contact entre les deux plaque 8 se fait donc sur une surface égale à l'épaisseur e des ailettes 8a. 20 En variante non représentée, le contact entre deux plaques d'ailettes 8 peut s'effectuer sur une surface plus importante, par exemple sur la totalité de la largeur des parties horizontales 8b. Selon un second mode de réalisation avantageux mais non obligatoire représenté sur la figure 5, les ailettes 8a ont un profil présentant des décalages 84 selon la direction 25 transversale Y. Ces décalages 84 peuvent avoir une forme rectangulaire, comme cela est visible à la figure 5, et s'accompagner d'ouvertures 82 à travers les parties verticales 8a. Ces décalages 84 sont avantageusement répétés le long de la direction longitudinale X, de manière à perturber l'écoulement d'air et favoriser les échanges thermiques. Avantageusement, ces décalages 84 sont régulièrement répartis longitudinalement. 30 Selon un aspect optionnel, les décalages 84 peuvent s'étendre jusqu'à la moitié de l'espace entre deux ailettes 8a. En variante, les décalages 84 peuvent avoir une forme arrondie, c'est-à-dire former des ondulations. Les plaques d'ailettes 8 sont formées au moyen de procédés de déformation de 35 feuilles métalliques. Ces procédés incluent notamment l'emboutissage pas à pas ou bien le formage par mollette. D'autres types de procédés de déformation peuvent être 5 envisagés en fonction des formes d'ondulations voulues dans le sens transversal et dans le sens longitudinal. Les plaques d'ailettes 8 et feuilles de séparation 44 sont avantageusement réalisées en aluminium ou bien en alliage comportant de l'aluminium. 5 Les plaques d'ailettes 8 sont par exemple assemblées entre elles et aux feuilles métalliques de séparation 44 par soudage. Le coeur 4 est construit par empilement successif des plaques d'ailettes 8 et des feuilles de séparation 44 et soudage à chaque empilement d'un nouvel élément. Ce procédé permet de garantir un contact satisfaisant entre les différents éléments assurant la meilleure conductivité thermique possible. Etant 10 donné la taille importante des échangeurs auxquels s'appliquent l'invention, d'un volume pouvant être 50 fois supérieur au volume d'un échangeur air/air utilisé dans le domaine de l'automobile, les procédés d'assemblage global de tous les éléments puis de solidarisation générale par cuisson dans un four ne peuvent être utilisés. Selon un mode de réalisation non représenté, les plaques d'ailettes peuvent 15 prendre des formes différentes. Par exemple, les plaques d'ailettes peuvent avoir une forme différente de la forme rectangulaire représentée sur cet exemple, notamment une forme ondulée, dans laquelle les parties 8a formant les ailettes ont un aspect incliné et arrondi, et les parties 8b servant de lien entre deux plaques d'ailettes 8 et entre les plaques d'ailettes 8 et les feuilles de séparation 44 ont une forme hémicirculaire. Dans ce 20 cas les parties 8a sont simplement nommées « ailettes » et les parties 8b sont des parties transversales. Les parties transversales 8b de deux plaques 8 superposées sont dans ce cas reliées entre elles par un seul point de contact, et les parties transversales 8b d'une plaque 8 sont reliées à une feuille 44 de séparation par des points de contact uniques. Les parties transversales 8b peuvent également avoir une forme partiellement plane 25 offrant des surfaces de contact d'aire supérieure. Selon un mode de réalisation non représenté, au moins un ou plusieurs, voire la totalité, des étages de plaques d'ailettes 8 d'un des réseaux de canaux 40 et 42 peut être constitué d'une seule plaque d'ailettes REVENDICATIONS1. Echangeur (2) air/air à double flux à contre-courant, incluant un coeur (4) comprenant un premier réseau (40) de canaux (40a, 40b) permettant le passage d'un premier flux d'air (F1) selon une direction longitudinale (X), un second réseau (42) de canaux (42a, 42b) permettant le passage d'un second flux d'air (F2) en sens inverse du premier flux d'air (F1), chacun des réseaux (40, 42) de canaux étant formé de plaques (8) d'ailettes métalliques parallèles délimitant les canaux, les ailettes (401, 402, 403, 421, 422, 423) étant formées par des feuilles métalliques ondulées, les plaques appartenant au premier réseau (40) de canaux étant superposées aux plaques appartenant au second réseau (42) de canaux selon une direction d'empilement (Z) perpendiculaire aux plaques et à la direction longitudinale (X) et les plaques appartenant respectivement au premier réseau et au second réseau de canaux étant alternées selon la direction d'empilement (Z) et séparées par des feuilles (44) métalliques planes de séparation auxquelles les plaques d'ailettes (8) sont fixées. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un étage des réseaux (40, 42) de canaux est formé de deux plaques (8) d'ailettes superposées et reliées au niveau de surfaces de contact prévues sur des parties transversales (8b) de chacune des deux plaques d'ailettes (8) superposées. 3. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (8a) ont un profil présentant des décalages (84) transversaux, répartis selon la direction longitudinale (X) de l'échangeur (2). 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisée en ce que les décalages (84) ont une forme arrondie ou rectangulaire. 5. Echangeur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les décalages (84) s'étendent jusqu'à la moitié de l'espace (D) entre deux ailettes (8a). 6. Echangeur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les plaques d'ailettes (8) sont formées au moyen de procédés incluant l'emboutissage pas-à-pas ou le formage par molettes. 7 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques d'ailettes (8) sont assemblées entre elles et aux feuilles métalliques de séparation (44) par soudage. 5 8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (8a) ont une hauteur (H) comprise entre 1 et 11 fois la distance (D) entre deux ailettes (8a) adjacentes. 9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 10 les plaques d'ailettes (8) et les feuilles de séparation (44) sont réalisées en matériau comprenant de l'aluminium. 15