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FORMÉE PAR Jacques Aimé VAN DE VELDE pour
Radiateur.
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Demande de brevet français n 82 19 533 du 22 novembre 1982 en sa faveur.
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à circulation de fluide et, en particulier, de tels échangeurs maillés formés d'éléments préfabriqués et les éléments pour les construire.
Dans le présent mémoire descriptif, référence sera faite aux dessins annexés, dans lesquels :
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les Fig. l et 2 sont des vues des éléments composant des éléments de chaleur connus ; les Fig. 3 à 5 sont des représentations schématiques d'échangeurs de chaleur à modularité mono-, bi-et tridirectionnelle ; la Fig. 6 est une vue en perspective d'un noeud de distribution tridirectionnelle suivant l'invention ; les Fig. 7 à 11 représentent d'autres éléments intervenant dans la construction des échangeurs de chaleur suivant l'invention. la Fig. 12 est une vue simplifiée d'une partie d'une nappe de tubes échangeurs assemblés avec des noeuds de distribution dans un radiateur de chauffage central.
Les échangeurs de chaleur connus sont formés par assemblage d'éléments préfabriqués ou modules (module : composant élémentaire permettant de réaliser un ensemble par juxtaposition ou combinaison) qui sont tous de même dimension pour un échangeur déterminé.
L'assemblage de ces modules se fait par juxtaposition suivant une direction unique. Ces modules sont généralement des plaques creuses en tôle emboutie (dans le cas de radiateurs en tôle) ou des éléments en fonte ou en aluminium coulé. Ces modules sont identiques pour un échangeur déterminé. les échangeurs de chaleur connus sont donc caractérisés par une modularité unidirectionnelle.
La Fig. l est une vue schématique des éléments modulaires en tôle emboutie formant un échangeur de chaleur connu.
La Fig. 2 est une vue schématique des éléments modulaires en fonte ou en aluminium coulé formant un échangeur de chaleur connu.
La caractéristique de modularité unidirection-
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nelle ressort des Fig. l et 2 où elle est représentée par une flèche. La modularité unidirectionnelle est illustrée plus clairement par la Fig. 3 qui est une vue schématique d'un échangeur de chaleur connu, et dans laquelle les modules sont représentés par de simples traits, dans un but de clarté.
Cette méthode de construction modulaire est la plus couramment utilisée pour le matériel de chauffage central. La préfabrication des modules offre l'avantage de restreindre les coûts de fabrication et de permettre de résoudre rapidement la plupart des problèmes posés. Toutefois, deux inconvénients majeurs de la préfabrication sont qu 1 elle conduit à constituer des stocks importants, tant en variété qu'en nombre, de modules dont le financement est prohibitif, et qu'elle limite le choix offert à la clientèle.
Aucune solution satisfaisante alliant la commodité de la préfabrication à la légèreté et à la polyvalence des stocks ne semble avoir été proposée jusqu'à présent.
Une telle combinaison de la commodité due à la préfabrication avec la légèreté d'un stock polyvalent est offerte par l'invention qui a pour objet : un échangeur de chaleur maillé à circulation de fluide, à modularité bi-et tridirectionnelle, constitué par des éléments de construction préfa- briqués, qui sont des noeuds de distribution bi-ou tridirectionnelle assemblés entre eux et avec des tubes échangeurs et des organes accessoires d'étanchéité et de débit par des moyens connus (manchons, nipples, soudage).
Le terme"tube échangeur"est à entendre aux fins de l'invention comme désigant un profilé quelconque formant conduit échangeur.
L'invention a aussi pour objet les noeuds de
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distribution tridirectionnelle utilisés pour la réalisation des échangeurs de chaleur maillés suivant l'invention.
La Fig. 4 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur à modularité bidirectionnelle suivant l'invention. L'assemblage des éléments de construction modulaire suivant l'invention se fait en effet suivant deux directions, ainsi que le montrent les deux flèches.
La Fig. 5 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur à modularité tridirectonnelle suivant l'invention. L'assemblage des éléments modulaires suivant l'invention se fait suivant les trois directions indiquées par les trois flèches.
Le noeud de distribution qui peut être considéré comme étant l'élément de construction fondamental, dont tous les autres dérivent par modification des angles, suppression de certaines parties pour le passage de la distribution tridirectionnelle à la distribution bidirectionnelle ou intégration de pièces secondaires pour des fonctions supplémentaires, est le noeud de distribution tridirectionnelle.
Il convient de noteur qu'aux fins de l'invention le terme"distribution"relatif aux éléments préfabriqués constitutifs de l'échangeur de chaleur ne qualifie pas le sens de passage du fluide, ce dernier pouvant indifféremment sortir du noeud ou y pénétrer, comme l'impose la circulation.
Le noeud de distribution tridirectionnelle
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conforme à l'invention est formé par six tubulures X l, X2'YI, alignées deux à deux, orientées suivant les axes d'un trièdre et réunies en un corps creux centré sur le point d'intersection des axes du trièdre. Les tubulures Xl et Yl sont identiques entre elles et sont, respectivement, alignées avec les
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tubulures X2 et Y2 également identiques entre elles. Chacune des tubulures Xi et Yi peut être connectée avec
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une tubulure X2 et Y2 d'un noeud voisin. La tubulure Zl est une tubulure à pas de vis interne et la tubulure Z2 est une tubulure lisse qui peut être raccordée avec un tube échangeur de chaleur.
Le noeud de distribution tridirectionnelle le plus fréquent et préféré est le noeud de distribution tridirectionnelle trirectangle, où les six tubulures Xl, X2, Yi, Y2, Zi, Z2 alignées deux à deux sont orientées suivant les axes d'un trièdre trirectangle.
Parmi les noeuds de distribution tridirectionnelle non trirectangles, il convient de mentionner, en particulier, ceux dans lesquels deux des axes du trièdre sont perpendiculaires entre eux, le troisième axe étant perpendiculaire à l'un des deux autres uniquement. Des valeurs intéressantes pour l'angle autre que droit sont celles de 30 , 45 et 60 parce qu'elles correspondent aux valeurs singulières du sinus et du cosinus.
Suivant une forme d'exécution, les tubulures Xi, Y, X2, Y2 sont des tubulures lisses, les tubulures Xl, Yl étant des tubulures mâles et les tubulures X2, Y2 étant les tubulures femelles complémentaires, de sorte que toute tubulure mâle Xl, Yl est apte à s'engager dans une tubulure X2, Y2 femelle d'un noeud voisin.
Suivant une forme d'exécution, les tubulures Xl,'Yl'X2'Y2 sont des tubulures à pas de vis intérieur, les tubulures Xl, YI ayant un pas de vis intérieur et les tubulures X2, Y2 ayant un pas de vis intérieur gauche, de sorte que toute tubulure Xi, Yi est apte à être raccordée à une tubulure X2, Y2 d'un noeud voisin, grâce à une nipple appropriée.
Suivant une forme d'exécution, la tubulure Z2
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est une tubulure lisse apte à être engagée dans un tube échangeur.
Suivant une autre forme d'exécution, la tubulure Z2 est une tubulure lisse pouvant recevoir l'extrémité d'un tube échangeur engagée dans cette tubulure.
L'échangeur de chaleur maillé suivant l'invention présente une modularité bi-ou tridirectionnelle. Il est constitué par des éléments de construction préfabriqués, consistant en des tubes échangeurs de chaleur raccordés entre eux par des noeuds de distribution ; certains de ces noeuds sont des noeuds de distribution tridirectionnelle, et de manière plus particulière, les noeuds de distribution tridirectionnelle définis ci-dessus.
Suivant une forme d'exécution préférée, l'échangeur de chaleur maillé à modularité bi-ou tridirectionnelle comprend des noeuds de distribution tridirectionnelle conformes à l'invention.
Comme le montre la Fig. 6, le noeud de distribution tridirectionnelle trirectangle l est un corps creux de même centre que le trièdre xyz esquissé en pointillé, qui est formé par la réunion de six tubu-
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lures alignées deux à deux X, , , et Z, et orientées suivant les axes x, y et z du trièdre. Le noeud l présente, suivant chacun des axes x et y, dans un sens, une extrémité femelle Xl, Y, et, dans l'autre
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sens, une extrémité mâle X, complémentaire. Chacune des-tubulures femelle est apte à être raccordée avec une tubulure X2, Y2 mâle d'un noeud voisin (non illustré).
Le noeud l présente, suivant l'axe z, dans un sens, une tubulure Zl à pas de vis intere destinée à recevoir un organe d'étanchéité ou de débit (non indiqué), et, dans l'autre sens, une tubulure lisse Z2 apte à être engagée dans un tube échangeur (non
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illustré).
Les noeuds de distribution tridirectionnelle suivant l'invention peuvent être raccordés par des nipples, ou par collage ou soudage.
Le noeud 1 tel que représenté à la Fig. 6 comprend des tubulures lisses Xl, X2, Y, Y2. Les raccords avec des noeuds voisins et des tubes échangeurs se font, dans ce cas, par collage ou soudage, les bagues 16 et 17 formant les éléments femelles dans lesquels sont engagées des tubulures X2, Y2 appartenant à des noeuds voisins.
Dans le cas d'un assemblage par nipples (non représenté), les tubulures Xi, X2, Yi, Y2 comporteront un pas de vis intérieur, droit pour les tubulures Xl et Y, gauche pour les tubulures X2 et Y2. Les raccords se feront à l'aide de nipples appropriées à filets droit et gauche. Les bagues 16 et 17 ne joueront alors qu'un rôle décoratif en masquant la jointure entre deux noeuds voisins.
Dans une forme de réalisation préférée de l'échangeur de chaleur, les organes d'étanchéité sont des bouchons filetés dans le sens approprié et conformés pour la pose d'un joint torique. Pour la pose du joint torique, le bouchon reçu dans une extrémité mâle X2, Y2 est muni d'un rebord de même diamètre que le diamètre extérieur de l'extrémité mâle X2, Y2. Ce rebord comporte, dans la face tournée vers l'extrémité mâle, un évidement pour la rétention latérale du joint torique. Aux mêmes fins, le bouchon reçu dans une extrémité femelle Xl, Dz comporte un rebord lisse s'adaptant dans une bague fixe 16,17 terminant l'extrémité femelle Xl, y et assurant la rétention latérale du joint torique sous le rebord lisse.
La Fig. 7 est une vue en coupe d'un bouchon 18 comprenant un filet 19 qui s'engage dans le filet 20 de
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l'extrémité mâle 9 de la tubulure Y2, par exemple. Le bouchon 18 présente un rebord 21, de même diamètre extérieur que la tubulure Zl, qui comporte un évidement 22 pour recevoir un joint torique 23 devant la surface en forme de couronne 24 qui entoure la lumière sur la tubulure Zl, dont l'étanchéité se trouve ainsi assurée.
Le bouchon est terminé par une tête à quatre ou six pans 25 donnant prise à une clef.
La Fig. 8 est une vue en coupe d'un bouchon 26 comprenant un filet 27 qui s'engage dans le filet 28 de l'extrémité femelle 9 de la tubulure Y, par exemple.
Le bouchon 26 est présenté devant l'extrémité 9 portant la bague 16. Le bouchon 26 porte un rebord lisse 29 reçu dans la bague 16, de sorte que le joint torique 30 est pressé entre le rebord 29, la face extérieure de la bague 16, le prolongement lisse 31 du filet 27 et la surface en forme de couronne 32 qui entoure la lumière de la tubulure Y, dont l'étanchéité est ainsi assurée. Le bouchon 26 est terminé par une tête à quatre ou six pans 33 donnant prise à une clef.
Une forme spéciale de bouchon reçu dans une extrémité mâle est un bouchon prolongé par une douille cylindrique dans laquelle peut pénétrer la tige cylindrique d'un organe d'ancrage quelconque, comme un pied ou une ferrure de scellement au mur.
La Fig. 9 est une vue en coupe d'un bouchon 34, semblable au bouchon 18 de la Fig. 7, mais muni d'une douille 35 recevant la tige d'un organe d'appui ou-d'ancrage (non représenté) arrêtée par au moins une vis de pression 36 engagée dans le trou taraudé 37.
La Fig. 10 est une vue en coupe d'un noeud de distribution bidirectionnelle en Té droit 38, qui présente, suivant la barre du Té, une extrémité mâle 39 semblable à l'extrémité mâle X2 ou Y2 de la Fig. 1, une extrémité femelle 40 semblable à l'extrémité femelle X
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ou Yl à la Fig. 1 et une extrémité mâle 41 semblable à l'extrémité mâle Z2 de la Fig. 1.
La Fig. 11 est une vue en coupe d'une rampe de distribution bidirectionnelle 42 formée de quatre noeuds de distribution bidirectionnelle en Té droit venus d'une pièce à la fabrication et orientés dans le même sens. La rampe 42 comprend dès lors une extrémité mâle 43 homologue de l'extrémité mâle 39 de la Fig. 10, une extrémité femelle 44 homologue de l'extrémité femelle 40 de la Fig. 10 et quatre extrémités mâles à bec 45 homologues de l'extrémité mâle 41 de la Fig. 10.
Des bourrelets 46 simulent les bagues d'extrémité femelle pour que l'aspect de la pièce ne diffère pas de celui d'une rampe formée par montage vissé, composée de noeuds de distribution bidirectionnelle tels qu'illustrés à la Fig. 10.
La Fig. 12 représente, dans un radiateur de chauffage central, la partie gauche d'une nappe 47 formée de tubes échangeurs 48 assemblés avec des noeuds de distribution en Té droit 49 et 50. Cette nappe 47 de tubes échangeurs est terminée à sa partie supérieure par un noeud de distribution tridimensionnelle 51 semblable au noeud 1 de la Fig. 1, qui est obturé par un bouchon 52 en regard des Té droits supérieurs 49, un bouchon 53 en regard du dernier tube échangeur 48, un bouchon (non représenté) derrière le plan du dessin, tandis que l'extrémité sortant du plan du dessin forme la communication avec une nappe de tubes échangeurs semblable à la nappe 47 et parallèle à celle-ci.
A la partie inférieure de la nappe 47, la fermeture est semblable, avec les permutations nécessaires, mais le bouchon 54 en regard du dernier tube échangeur 48 est du genre illustré à la Fig. 9 et reçoit un pied 55. La partie droite, non représentée, de la nappe 47 est semblable à la partie gauche, mais comporte de plus les
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organes d'amenée et de sortie pour la circulation de l'eau.
Les différents éléments de construction pour échangeurs de chaleur permettent donc de réaliser à façon des échangeurs satisfaisant aux critères les plus divers : - adaptation à la forme et à la dimension du local à chauffer, - contournement de colonnes, escaliers, etc., - construction d'appareils de chauffage intégrés à la structure de l'édifice, par exemple des gradins chauffants dans une salle de spectacle, - adaptation au milieu à chauffer ou refroidir par un choix judicieux du matériau du fait que l'efficacité des échanges dépend beaucoup plus des conditions aux deux interfaces que de la conductibilité thermique de la matière dont sont faits les tubes, - possibilité de résoudre un grand nombre de problèmes avec une petite variété d'éléments.
Bien que divers modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.