Dispositif d'échange thermique

Abstract

 Un dispositif d'échange thermique comprenant un assemblage de feuilles de cuivre embouties et soudées aux bords, de façon à obtenir un empilement de plaques creuses dans lesquelles circule de l'eau ou un fluide caloporteur. Les plaques sont reliées entre-elles par des tuyaux soudés créant ainsi un circuit de fluide caloporteur. Le dispositif est particulièrement simple et économique à fabriquer, et ses dimensions, ainsi que sa puissance calorifique, peuvent être adaptées facilement simplement en modulant les dimensions et le nombre de plaques. Une application spécifique de l'invention est l'installation de ces dispositifs d'échange thermique à l'intérieur de conduites préexistantes, par une ouverture provisoire dans une paroi latérale.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'échange thermique, et notamment un échangeur de chaleur air-fluide, apte à être installé à l'intérieur d'une conduite de ventilation ou d'évacuation d'air.

[0002] La présente invention concerne aussi un procédé d'installation d'un dispositif d'échange thermique à l'intérieur d'une conduite de ventilation ou d'évacuation d'air, ainsi que le système ainsi obtenu.

Etat de la technique

[0003] L'état de la technique connue comprend plusieurs dispositifs d'échange thermique lesquels sont utilisés en un grand nombre d'applications industrielles. L'industrie du bâtiment propose de plus en plus de solutions techniques visant à améliorer l'isolation thermique des habitations. Ces réalisations ont souvent recours à des échangeurs de chaleur, ou à des systèmes de stockage d'énergie thermique, afin de limiter la déperdition énergétique tour en assurant un échange d'air suffisant pour assurer l'hygiène et le confort.

[0004] En d'autres cas, on utilise des dispositifs d'échange thermique pour extraire la chaleur contenue dans un flux d'air que l'on souhaite évacuer à l'extérieur. Tel est le cas par exemple des systèmes permettant de récupérer la chaleur résiduelle des gaz de combustion émis par une cheminée ou une chaudière, ou les émissions d'air chauffée provenant d'une cuisine, ou ainsi de suite.

[0005] On utilise aussi des dispositifs d'échange thermique lorsqu'on souhaite réchauffer un flux d'air, y apportant de la chaleur. Tel est le cas, par exemple des installations de chauffage ou séchage. On connaît aussi des systèmes d'échange air-fluide qui fonctionnent soit en chauffant l'air dans une conduite, soit en la refroidissant, selon les besoins.

[0006] En ces cas on utilise souvent des dispositifs d'échange énergétique autonomes comprenant une chambre raccordée à la conduite d'évacuation de l'air et, à l'intérieur de celle-ci, un circuit réalisé avec des plaques odes conduites tubulaires, à l'intérieur duquel on fait circuler un fluide afin de refroidir ou réchauffer l'air

[0007] Le document FR2069950, par exemple, divulgue un dispositif échangeur de chaleur comprenant une pluralité de plaques étampées à l'intérieur d'un plénum dans lequel on établi une circulation forcée d'air. Des solutions similaires sont connues également par exemple par les documents FR2482266 et GB2095394. D'autres systèmes, plus complexes, comportent aussi des transformations de phase liquide-vapeur du fluide calorifère, permettent aussi un échange de chaleur latente.

[0008] les dispositifs divulgués par les documents ci-dessus sont toutefois relativement volumineux, ce qui rend leur emploi problématique dans des situations où l'espace à disposition est limité, ou lorsqu'ils doivent être insérés en des installations existantes.

[0009] Par ailleurs, la circulation de l'air à l'intérieur de ces dispositifs se fait selon un parcours relativement tortueux, ce qui occasionne des résistances au flux relativement importantes. Ce fait limite l'application des dispositifs d'échange thermique connu aux systèmes à circulation pulsée disposant d'une puissance de circulation suffisante.

Bref résumé de l'invention

[0010] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'échange thermique et un procédé d'installation d'un tel dispositif exempts des limitations des dispositifs et procédés connus.

[0011] Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'échange thermique compact qui peut être intégré dans des conduites de circulation d'air préexistantes, ainsi que le procédé d'installation correspondant.

[0012] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen de l'objet des revendications dans les catégories correspondantes, notamment par un dispositif d'échange thermique pour l'installation à l'intérieur d'une conduite de circulation d'air préexistante, comprenant : une pluralité de feuilles de cuivre assemblées de manière à donner lieu à une pluralité de plaques creuses comportant chacune deux feuilles de cuivre, les bords des feuilles de chaque plaque étant soudés de façon à laisser un espace vide entre les feuilles, les plaques étant reliées entre-elles par des tuyaux, de manière à réaliser un circuit étanche de fluide caloporteur à l'intérieur des plaques.

[0013] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur que le dispositif d'échange thermique est de réalisation simple et économique et ses dimensions peuvent être modifiées aisément en choisissant les dimensions, le nombre et l'espacement des feuilles de cuivre qui le composent. Par ailleurs, les inventeurs ont constaté que le dispositif de l'invention, présentant des canaux essentiellement rectilignes au passage de l'air, ajoute une faible résistance aérodynamique et, de ce fait, peut être utilisé en des installations existantes sans modifier les ventilateurs ou les moyens de pulsion déjà présents. La réalisation en cuivre et la faible épaisseur des parois assurent d'ailleurs des échanges thermiques rapides.

Brève description des figures

[0014] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :

• La figure 1 illustre en perspective un exemple de dispositif d'échange thermique selon l'invention à l'intérieur d'une conduite d'air tubulaire.
• La figure 2 représente en section un exemple de dispositif d'échange thermique selon l'invention à l'intérieur d'une conduite d'air tubulaire.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0015] Un mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit avec référence aux figures 1 et 2. L'invention concerne un échangeur de chaleur apte à l'installation dans une conduite 30 dans laquelle on fait circuler de l'air. La conduite 30 pourrait être une conduite d'aération, ou aussi une conduite d'évacuation de gaz de combustion, ou une conduite d'aspiration reliée à une hotte de cuisine, ou toute autre conduite, l'invention étant applicable à n'importe quel système de circulation dans lequel on souhaite échanger l'air ou le gaz.

[0016] La conduite est, dans un cas typique, une conduite tubulaire réalisée en tôle d'acier, ou en un polymère synthétique, avec ou sans une couche (non représentée) d'isolation thermique. Le dispositif d'échange de l'invention consiste en un empilement de plaques creuses, chacune réalisée par juxtaposition de deux feuilles de cuivre 18a et 18b présentant une face concave et une face convexe. Les feuilles de cuivre 18a et 18b sont facilement réalisables par étampage et/ou emboutissage, à partir d'une feuille de cuivre d'épaisseur approprié, mais ils peuvent être mis en oeuvre par n'importe quelle technique idoine.

[0017] Les feuilles de18a et 18b sont assemblées par paires, les faces concaves juxtaposées, et leurs bords 16 sont soudés ensemble, de manière à laisser un espace vide entre-elles dans lequel peut circuler de l'eau, ou un fluide caloporteur.

[0018] Les tuyaux 23 relient les plaques entre-elles, et mettent les espaces creux en communication fluide, par des ouvertures réalisées préalablement dans les feuilles 18a et 18b de manière à réaliser un circuit étanche de fluide caloporteur à l'intérieur des plaques. La figure 2 illustre un exemple de dispositif d'échange thermique en section, dans lequel le circuit est visible.

[0019] les tubulures 15 et 25 relient le dispositif d'échange thermique de l'invention à un circuit externe, non représenté, qui peut inclure des pompes de circulations, un système de stockage de chaleur, des radiateurs, évaporateurs, brûleurs, pompes de chaleur, ou tout autre dispositif pour transférer de la chaleur du et vers le fluide caloporteur et, par l'intermédiaire du dispositif de l'invention, vers l'air ou le gaz circulant dans la conduite 35. Préférablement, les tuyaux 23 et les tubulures 15, 25 sont en cuivre et sons soudés aux feuilles 18a, 18b.

[0020] Dans l'exemple représenté, les plaques creuses sont toutes connectées hydrauliquement en parallèle, dans le sens que le fluide caloporteur se répartit et traverse les plaques en même temps. On pourrait également connecter les plaques hydrauliquement en série, de façon a ce que le fluide caloporteur le traverse successivement une après l'autre.

[0021] Avantageusement, les plaques creuses sont parallèles entre elles, de façon à créer des canaux rectilignes droits de circulation d'air. Les inventeurs ont constaté que cette disposition permet d'atteindre un échange thermique optimal tout en minimisant les pertes dynamiques de circulation d'air. Pour cette raison, le système de l'invention ne nécessite pas d'une installation conséquente pour pulser l'air à l'intérieur de la conduite 35 et se prête bien à des systèmes dans lesquels la vitesse de l'air est faible, ou à des systèmes se basant sur la circulation naturelle.

[0022] Un autre avantage du dispositif de l'invention est que les dimensions et le nombre de plaques est facilement adaptable, et le dispositif résultant est particulièrement compact. Le peut être utilisé comme 'retrofit' dans des installations existantes, préservant et réutilisant les conduites déjà posées. On peut insérer le dispositif par une ouverture temporaire réalisée dans une paroi d'une conduite.

Numéros de référence employés sur les figures

[0023] 

30

conduite d'air

15

conduite d'entrée du fluide

25

conduite de sortie du fluide

18a,b

plaques de cuivre

16

joint de soudure

23

sections de raccord

Revendications

1. Dispositif d'échange thermique pour l'installation à l'intérieur d'une conduite (30) de circulation d'air préexistante, comprenant : une pluralité de feuilles de cuivre (18a, 18b) assemblées de manière à donner lieu à une pluralité de plaques creuses comportant chacune deux feuilles de cuivre, les bords des feuilles de chaque plaque étant soudés (16) de façon à laisser un espace vide entre les feuilles, les plaques étant reliées entre-elles par des tuyaux (23), de manière à réaliser un circuit étanche de fluide caloporteur à l'intérieur des plaques.

2. Dispositif d'échange thermique selon la revendication précédente, dans lequel lesdits tuyaux (23) sont en cuivre et sont soudés auxdites feuilles de cuivre.

3. Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites feuilles de cuivre comportent une face concave et une face convexe, les faces concaves des feuilles dans chaque plaque. étant juxtaposées.

4. Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites plaques creuses sont reliés en série ou en parallèle.

5. Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une pompe de circulation pour assurer le flux du fluide caloporteur.

6. Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les plaques sont parallèles entre elles, de façon à créer des canaux droits dans lesquels circule l'air.

7. Procédé d'installation d'un dispositif d'échange thermique à l'intérieur d'une conduite de circulation d'air préexistante (30), comprenant : obtenir un dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications précédentes, réaliser une ouverture dans une paroi de la dite conduite préexistante, insérer par l'ouverture le dispositif d'échange thermique à l'intérieur de ladite conduite : fermer l'ouverture de manière à recréer l'étanchéité de la conduite (30).

Dessins