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L'invention concerne un échangeur de chaleur modu-
laire à flux croisés ainsi que son procédé de fabrication.
Les échangeurs de chaleur à flux croisés, essentiel-
lement destinés à des échanges thermiques entre des flux
de gaz, notamment d'air, sont constitués habituellement
par un empilement alterné de plaques d'échange sensible-
ment carrées, et de plaques entretoises ondulées, de
même forme, les directions des cannelures constituant les
ondulations de ces plaques étant alternativement disposées
dans un sens et dans le sens perpendiculaire, c'est-à-
dire alternativement dans les deux sens des flux croisés.
Les bords en regard de deux plaques d'échange successives
qui sont parallèles à la direction des cannelures de la
plaque entretoise comprise entre ces deux plaques d'échange
doivent être raccordés entre eux de manière sensiblement
etanche.
Ce raccordement étanche des bords peut être réalisé
par tous moyens appropriés, par exemple par soudure ou
brasure comme dans le cas du brevet américain No. 2.959.401.
Il peut également être obtenu par simple repliage du bord
de la plaque sousjacente par-dessus le bord de la plaque
susjacente, de telle manière que, sur une partie au moins
de la largeur de ce bord replié, la plaque entretoise
comprise entre les deux plaques d'échange considérées soit
enserrée entre la plaque sousjacente et ce rebord, et qu'en
outre ce rebord soit pressé sur la plaque susjacente par
la plaq~e entretoise suivante qui le recouvre nécessaire-
ment. Il en résulte que le repliage des deux bords paral-
lèles opposés de chaque plaque d'échange doit être terminé
avant de pouvoir placer chaque nouvelle plaque entretoise
et chaque plaque d'échange. Il est donc nécessaire
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d'alterner les opérations de repliage et les opérations de
mise en place des constituants de l'empilement, ce qui
complique le procédé de fabrication. En outre, l'étanchéité
des bords par simple recouvrement n'est efficace que si
le rnétal utilisé pour les plaques d'échange possède une
épaisseur suffisante, par exemple, de 0,05 à 0,25 mm comme
dans le brevet du brevet français No. 2.365.092.
Par soucis d'économie, et pour améliorer l'effi-
cacité de l'échange thermique, on est conduit à utiliser,
pour les plaques d'échange aussi bien que pour les plaques
entretoises, des feuilles d'aluminium encore plus minces,
de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur seulement.
Dans ce cas, la souplesse de ces feuilles ne permet pas de
réalisèr une étanchéité suffisante par simple repliage,
sauf si l'on au~mente suffisamment la largeur du recouvre-
ment mais avec dans ce cas une réduction importante du
coefficient d'échange aux endroits du doublement des parois,
avec en outre naturellement une augmentation de la surface
de feuille utilisée qui réduit en partie l'intérêt de cette
réduction d'épaisseur.
Le but de l'invention est d'éliminer tous les in-
convénients précédents, c'est-à-dire d'augmenter l'efficacité
de l'échange et de réduire la quantité de matière utilisée,
en permettant l'utilisation de feuilles extra-minces tout
en réalisant l'étanchéité parfaite des bords sans recouvre-
ment important, et également de réduire la quantité de main-
d'oeuvre nécessaire à la fabrication en permettant de réali-
ser en une seule fois l'empilement des divers composants,
puis dans un deuxième stade la réalisation étanche des bords
aux divers niveaux de l'empilement.
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L'invention a donc pour objet un module d'échangeur
à flux croisés du type constitué par une alternance de plaques
d'échanges planes et de plaques entretoises ondulées, les canne-
lures constituant les ondulations des plaques entretoises étant
alte:rnativement disposées dans deux directions,perpendiculaires,
les bords en regard de deux plaques d'échanges successives pa-
rallèles aux cannelures de la plaque entretoise qui les sépare
étant réunis entre eux de manière sensiblement étanche à chaque
niveau, et qui est caractérisé par le fait que chaque plaque
d'échange est rectangulaire et munie à chaque angle d'un gru-
geage dissymétrique de telle manière qu'après repliage de deux
rebords d'extrémité le long de lignes de pliure paralleles aux
petits côtés, l'ensemble compris entre les deux lignes de
pliure opposées et les deux bords qui leur sont perpendiculaires
s'inscrive sensiblement dans un carré, et que la partie restante
du grugeage d'angle soit symétrique, et en ce que les plaques
entretoises sont rectangulaires, avec une largeur égale à la
distance entre deux bords de grugeage majorée du double d'un
certain décalage, et une longueur égale à la largeur majorée
à son tour du double de ce même décalage, la largeur des rebords
des plaques d'échange au-delà des lignes de pliure est au plus
égale à la longueur du côté du grugeage symétrique restant,
diminué du double de ce décalage de manière que chacun de ces
rebords puisse etre rabattu par-dessus le bord de la plaque
d'échange susjacente et pressé contre celle-ci et contre la
plaque sousjacente sans écraser entre elles la plaque entretoi-
se comprise entre ces deux plaques d'échange, et en demeurant
à distance de l'extrémité des cannelures de la plaque entretoi-
se immédiatement supérieure.
L'invention vise également un procédé de fabrica-
tion d'un module d'échangeur tel que dé~ini ci-dessus,
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caractérisé par le fait que dans une première opération,
les divers éléments, plaquesd'échange et plaques entretoises
son1 empilés avec des directions alternées entre des pro-
files d'angle ou des profilés d'outillage ayant un pro-
filage similaire du coté en regard de l'empilement, puis
que dans une deuxième opération on procède à la finition
par enduction de colle sur les faces internes des rebords
d'extrémité, rabattage de ceux-ci sur les bords correspon-
dants de la plaque d'échange sus~acente, et écrasement de
l'ensemble des bords et rebords contre la face de la plaque
sousjacente.
Cette étape de finition est de préférence réalisée
à l'aide d'un outillage évolutif à déplacement rectiligne
opérant successivement aux divers niveaux voulus et sur les
quatre faces de l'empilement.
Ainsi selon l'invention, chaque plaque d'échange
n'est pas carrée, mais rectangulaire, et grugée dans les
quatre angles, d'une manière connue, mais dissymétriquement
de telle manière qu'après repliage perpendiculairement et
dans le même sens sur une certaine largeur des deux bords
parallèles aux petits côtés, les deux lignes de pliure
parallèles ainsi obtenues et les deux autres bords qui leur
sont perpendiculaires s'inscrivent sensiblement dans un
carré avec des grugeages symétriques. De même, les plaques
entretoises ondulées ne sont pas carrées mais rectangulaires
avec une largeur égale à la distance entre les bords de deux
grugeages majorée du double d'un certain décalage, et une
longueur égale à la largeur majorée à son tour du double de
ce même décalage. L'ensemble est monté par simple empi-
lement alterné et croisé des divers composants, plaques
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d'échange et plaques entretoises, entre quatre profilés
d'ang]e qui comportent, en direction de l'empilement quatre
angle dièdres rentrant compris entre cinq arêtes saillantes,
les deux angles rentrant extrêmes servant au guidage des
angLes formés par chaque côté du carré avec le grugeage
correspondant, et les deux angles rentrant intermédiaires
servant au guidage et au positionnement précis des angles
correspondants des diverses plaques entretoises.
Après avoir réalisé cet empilement, on prévoit
de réaliser, de préférence en continu, et successivement à
chaque niveau, une enduction de colle sur les faces internes
des rebords repliés verticalement, et leur repliage ainsi
que leur pressage par dessus le bord correspondant de la
plaque d'échange susjacente, la largeur de ces rebords
ayant été déterminée à cet effet de telle manière que lors
de son repliage vers l'intérieur elle ne dépasse pas les
contours extérieurs des plaques entretoises positionnées par
les profilés d'angle.
En outre, les surfaces des profilés tournées vers
l'extérieur de l'empilement sont de préférence striées de
manière dissymétrique et complémentaire pour pouvoir s'em-
boiter entre eux après une ou plusieurs rotation de 90 afin
de faciliter le groupement de plusieurs modules, et également
une rainure d'angle à profil rentrant permettant l'assem-
blage d'un profilé de recouvrement, simple ou multiple.
D'autres particularités de l'invention apparaîtront
dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation
et de mise en oeuvre pris comme exemple et représenté sur
le dessin annexé, sur lequel:
la fig. 1 représente à grande échelle et vue de
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dessus un angle de l'empilement des composants,
la fig. 2 est une perspective éclatée illustrant le
procédé de fabrication,
la fig. 3 qui se trouve sur la même feuille de
dessins que la fig. 1 est une coupe verticale selon la
ligne III-III de la fig. 1 au niveau du plateau inférieur,
la fig. 4 est une vue partielle de dessus montrant
l'assemblage modulaire de deux profilés d'angle avec un
profilé de recouvrement double;
la fig. 5 représente la section d'un profilé de
recouvrement quadruple pour l'intersection de quatre modules.
Pour fabriquer un module d'échangeur selon l'in-
vention, on part d'un métal ultra-mince, généralement de
l'aluminium, laminé à des épaisseurs comprises entre 0,02 et
0,04 mm, en feuilles ou en bande, et on y découpe des feuilles
rectangulaires dont les grands côtés correspondent au con-
tour 1 sur les figs. 1 et 2, et dont les petits côtés corres-
pondent au contour 2a représenté en trait mixte sur la fig. 4
1. On y découpe également dans chaque angle un grugeage
dissymétrique selon les contours 3 et 4, ce découpage étant
grandement facilité par la minceur du métal. En outre, on
replie perpendiculairement, par exemple vers le haut, les
rebords 2b d'extrémité de la longueur du rectangle autour de
lignes de pliure 5, le bord initial 2a venant alors en 2,
et ceci de telle manière que les deux lignes de pliure paral-
lèles et opposées 5, et les deux bords opposés 1 perpendicu-
laires aux précédents s'inscrivent dans un contour sensi-
blement carré, le côté 3 et la partie restante du côté
4 du grugeage dissymétrique initial constituant finalement
un g~ugeage symétrique. La plaque d'échange ainsi obtenue
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est désignée dans son ensemble par 6.
Avec le mame métal et dans des épaisseurs semblables
on réalise également des plaques entretoises ondulées 7 de
forme rectangulaire avec les cannelures successives des
ondulations disposées parallèlement aux petits côtés. Con-
formément à l'invention, la largeur de chacune des plaques
entretoises 7, mesurée par conséquent dans le sens des
cannelures, est égale à la distance entre deux bords pa-
rallèles 4 des grugeages en regard, majorée de deux fois
un certain décalage d. En outre, la longueur de ces plaques
entretoises correspond à sa largeur, majorée à son tour de
deux fois ce m~me décalage . Il en résulte qu'entre le
petit côté 8 de la plaque entretoise 7 et la ligne de pliure
5 adjacente, il subsiste une largeur 1 qui est égale à
la longueur du côté 3 du grugeage (ou du côté 4 limité à
la ligne de pliure 5) diminuée de deux fois la distance d
comme cela apparaît sur la fig. 1. Conformément à l'in-
vention, la largeur du rebord 2b, c'est-à-dire la distance
entre la ligne de pliure 5 et le bord initial 2a, est
choisie inférieure ou au plus égale à la largeur 1 ainsi
calculée de telle manière que lors du rabattage de ce rebord
on puisse réaliser un pressage de la partie collée sans
écraser l'extrémité 8 de la plaque entretoise 7 comprise
entre les deux plaques d'échange concernées par ce repliage,
et de plus, sans être gênées par l'exgrémité 9 corres-
pondant au grand côté de la plaque entretoise immédiate-
ment au-dessus puisque l'on dispose d'un dégagement supplé-
mentaire d entre les deux bords 8 et 9.
Après avoir fabriqué les deux types de pièces,
plaque d'échange 6 et plaque entretoise 7, on procède à
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leur simple empilement, sans pour l'instant s'occuper du
raccordement. Dans cet empilement chacun des bords 1
d'une des plaques 6 vient s'insérer entre les deux rebords
verticaux 2b partant des lignes de pliure 5 et se trouve donc
en principe positionné dans un sens mais peut coulisser dans
le sens de ces lignes de pliure. En outre, les plaques
entretoises 7 successives disposent de plus de liberté et
peuvent à la fois coulisser dans les deux directions et
également pivoter dans leur plan. Pour assurer un position-
nement correct des divers éléments de l'empilement avant leurfixation, et également après, en particulier pour les
plaques entretoises, on utilise des profilés d'angle, dé-
signés dans leur ensemble par 10, et qui comportent du côté
de l'empilement un profilage en ligne brisée 11, 12, 13,
14, 15, 14, 13, 12, 11 comportant alternativement quatre
angles dièdres rentrant 12, 14, 14 et 12 compris entre cinq
arêtes saillantes 11, 13, 15, 13, 11. L'ensemble est des-
tiné à se placer comme représenté sur la fig. 1, c'est-
à-dire que les angles rentrant 12 servent à centrer pour
chaque plaque d'échange les angles entre le bord 4 du gru-
geage et la ligne de pliure 5, ou l'angle entre le bord
3 et le bord 1, ce dernier s'engageant à son tour dans le
rebord 2b de la plaque immédiatement inférieure. D'autre
part, les deux angles rentrant 14 servent à centrer respec-
tivement les angles alternés des plaques entretoises 7
dans une direction et dans l'autre direction.
Les profilés 10 peuvent avantageusement être
réalisés en alliage léger exgrudé, et pour éviter de donner
à leurs parois des épaisseurs excessives, il est avantageux
de ménager deu~ rainures profondes 16 qui débouchent chacune
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dans le fond d'un des angles 14, ce dernier étant dans ce
cas virtuel~ c'est-à-dire matérialisé uniquement par le pro-
longement des faces adjacentes. Ces rainures se prolongent
de préférence jusqu'à l'alignement des arêtes 11 et 12
comme représenté sur les figures.
Pour faciliter l'emboîtement mutuel et le centrage
précis des divers modules l'un par rapport à l'autre, lors-
qu'on utilise plusieurs modules juxtaposés, il est intéressant
de munir les profilés 10 sur leur face tournée vers l'ex-
térieur de reliefs appropriés, par exemple de striures en
dents de scie avec alternativement des arêtes saillantes
17 et des creux intermédiaires 18. Alors que tout l'ensemble
du profilé 10 est jusqu'~ici symétrique, il ne l'est plus en
tenant compte de ces striures qui sont décalées dissymé-
triquement d'un demi-pas entre les deux côtés de l'angle
droit de manière que par juxtaposition de deux profilés
identiques sans retournement, on obtienne comme représenté
sur la fig. 4 un emboîtemerlt mutuel centré des deux profilés.
En outre, chacun des profilés d'angle 10 comporte
à son angle extérieur une rainure 19 à profil rentrant, de
préférence de section sensiblement carrée comme représenté
sur les figures 1 et 2 pour permettre l'introduction par
coulissement d'un profilé de recouvrement 20 en forme de
cornière comportant intérieurement une nervure 21 à ren-
flement sensiblement carré venant remplir la rainure 19.
Pour assurer son montage, chacun des profilés 10,
coupé à une longueur correspondant à la hauteur voulue pour
le module d'échangeur, est usiné à ses deux extrémités de
manière à permettre l'assemblage avec un plateau d'extrémité
22 terminant le module. On a représenté sur les figs. 1 et
30 4 par un trait mixte P le plan moyen des striures 17, 18
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ou si l'on préfère le plan primitif selon la terminologie
des dentures d'engrenage. A chaque extrémité du tron,con
de profilé 10, comme représenté sur la fig. 2, on dégraisse
à la fraise les parois extérieures 23 du profilé 10 sur
une hauteur corresp~ndant à la hauteur du plateau 22, et
sur une profondeur correspondant au moins à l'épaisseur de
la feuille métallique constituant le plateau 22 à partir
des plans moyens P, et en outre chacun des deux plateaux
22 est entaillé à chacun de ses quatre angles de la manière
représentée en 24 sur la fig. 2, c'est-à-dire selon la
section du contour extérieur de l'extrémité dégraissée du
profilé 10, avec en outre un dégagement 25 dans l'angle
pour le passage de la nervure renflée 21 du profilé de
recouvrement 20.
De plus, chacune des extrémités des tron,cons 10
est également usinée sur une longueur correspondant à la
hauteur des plateaux 22, sous la forme d'un trait de scie
26, visible seulement sur la fig. 1, et qui dégage sur
cette hauteur les parois externes 27 du profilé en regard
avec les bords 3 et 4 des grugeages d'angle.
Ceci permet une fixation facile de chacun de ces
profilés 10 dans le plateau 22 correspondant, par simple
introduction dans le découpage d'angle 24, puis par repliage
à l'horizontale sous le plateau 22 de la patte 27a constituée
par l'extrémité de chacune des parois 27 séparées du profilé
par les traits de scie longitudinaux 26. En même temps,
les saillies 17, à la limite du dégraissage 28, viennent
buter sur la tranche supérieure des extrémités des rebords
29 du plateau 22 dépassant à l'intérieur des dégagements 24.
Cette fixatiori est donc à la fois géométriquement rigou-
reuse et extrêmement économique.
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Pour reprendre le procédé de fabrication dans son
ensemble, on peut imaginer que l'on part d'un plateau 22
muni de ses quatre profilés 10 et qu'on empile en une seule
fois toute 1'alternance des composants, comme exposé plus
haut. Ensuite, on assure la finition à chaque niveau à
l'aide d'un outillage très simple comportant un chariot se
déplacant longitudinalement le long de chaque ligne de
pliure 5 et portant une buse 30 d'injection de colle, à
chaud ou à froid, dont le jet 31 est dirigé vers la face
intérieure des rebords verticaux 2b compris entre les lignes
de pliure 5 et les bords 2, et également un presseur profilé
32 comportant une face inférieure 33, par exemple plane, et
une face supérieure 34 de forme évolutive, par exemple
hélico~dale, pour évoluer depuis une section sensiblement
verticale épousant le rebord vertical 2b précité, jusqu'à
une section sensiblement horizontale pressant ce rebord 2b
à l'état replié sur la surface 33 avec interposition du
reste de la plaque, en de,ca de la ligne de pliure 5, et du
bord non plié lb de la plaque 6 immédiatement supérieure.
La pièce supérieure 34 est par exemple mobile par rapport
à la pièce 32 et pressée contre cette dernière à l'aide
de moyens élastiques non représentés.
La finition consiste par conséquent simplement à
déplacer ce chariot le long d'une ligne de pliure S, et
recommencer sur chacun des bords et chacun des niveaux.
Comme on l'a vu précédemment, ce collage et ce
pressage ne présentent aucune difficulté grâce aux dimensions
respectives prévues pour ce rebord 2b et pour les plaques
entretoises 7, et également grâce au positionnement précis
produit par les profilés d'angle 10. On a même vu qu'à
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chaque niveau, tel que celui représenté à la partie supé-
rieure de la fig. 2, il subsiste un dégagement de largeur
d entre l'extrémité des cannelures de la plaque entretoise
7 e1: le rebord 2 rabattu pour permettre le passage de
l'outillage. En effet, contrairement à la disposition anté-
rieure selon le brevet français mentionné précédemment, il
n'y a pas ici de p-~nétration du rebord replié en dessous de
la plaque entretoise suivante, et c'est grâce à cela que
l'on peut opérer en seulement deux opérations, empilement,
puis finition, au lieu d'alterner les opérations d'empile-
ment et de repliage.
Naturellement, l'empilement se termine à la partie
supérieure par un autre plateau 22, non représenté, fixé
pareillement par chacun de ses angles aux extrémités su-
périeures des profilés 10. Toutefois, dans la pratique,
il peut s'avérer préférable, lors de la réalisation de
l'empilement et lors de la finition des raccordements,
d'utiliser non pas les profilés lO définitifs mais des
profilés de guidage faisant partie de l'outillage et qui
seront remplacés ensuite par les profilés définitifs. Dans
ce-cas naturellement, les profilés d'outillage comportent
sur leur côté en regard de l'empilement le même profil
en ligne brisée exposé plus haut et qui correspond à
celui du profilé définitif. En particulier, ces profilés
d'outillage peuvent être partiellement mobiles pour faci-
liter la manoeuvre du chariot de collage. La mise en
place ultérieure des profilés définitifs lO et du plateau
supérieur 22 ne pose alors aucune difficulté.
Les modules ainsi fabriqués peuvent avant toute
chose être utilisés isolément. Dans ce cas, on peut monter
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dans chacun des angles un profilé de recouvrement 20 du
type exposé plus haut et insérer, entre les ailes 35 de
ces profilés et les faces rainurées 17 des parois 23 en
regard, un grillage de protection qui se trouve automati-
quement maintenu par ces ailes.
On peut également réaliser des ensembles plus
importants en assemblant entre eux plusieurs modules par
juxtaposition dans un sens ou dans deux sens, en rempla,cant
dans ce cas le profilé de recouvrement 20 par celui 20a
représenté sur la fig. 4, ou encore par celui 20b repré-
senté sur la fig. 5. Le profilé 20a comporte encore deux
ailes 35 dans le prolongement pour placer des grillages
de protection des deux modules juxtaposés. Au contraire,
le profilé 20b est destiné à se placer à l'intersection
intérieure de quatre modules juxtaposés où il n'est par
conséquent pas nécessaire de placer de grillage de pro-
tection.
En plus de cette juxtapositio`n de plusieurs modules
dans les deux directions du plan des plaques d'échange, il
est également possible de juxtaposer ou de superposer
plusieurs modules dans le sens perpendiculaire aux plaques
d'échange, et ceci d'une manière extrêmement simple puisqu'il
suffit d'utiliser des profilés de recouvrement, 20, 20a,
ou 20b selon les cas, d'une longueur multiple de celle d'un
modu~e pour pouvoir assurer à la fois la réunion et l'ali-
gnement parfait en superposition des divers modules, et
en particulier des rebords 29 de leur plateau 22. Ceci
grâce aux degagements d'angle 25 exposé plus haut. La
réalisation de l'étanchéité entre deux rebords 29 adjacents
ainsi positionnés avec précision ne pose aucun problème
1~76625
et peut être résolue par tout moyen approprié, depuis le
simple ruban adhésif, plastique ou métallique, jusqu'aux
profilés d'emboîtement ou aux manchettes d'emboîtement
int.érieur.
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