EP0495973B1

EP0495973B1 - Procede et dispositif destines a assurer la partition d'une veine de fluide

Info

Publication number: EP0495973B1
Application number: EP91915776A
Authority: EP
Inventors: Jean Picot
Original assignee: Spirec A Responsabilite Ltee Ste
Current assignee: Spirec A Responsabilite Ltee Ste
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: FR2665651B1; EP0495973A1; DE69104820D1; FR2665651A1; WO1992002317A1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pluralité de canaux adjacents (15) parallèles destinés à assurer la partition d'une veine fluide en écoulement en une pluralité de veines élémentaires identiques, les canaux (15) étant obtenus par enroulement simultané, sur un même noyau (1), d'au moins deux feuilles, à savoir une première feuille plane, ou feuillard (11), et une seconde feuille ondulée (12), la feuille ondulée prenant place entre deux spires successives du feuillard (11) de façon que les sommets (14) de deux de ses ondulations successives viennent respectivement en contact avec chacune de ces spires. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on assure une rigidification de la feuille ondulée (12), au fur et à mesure de sa mise en place entre les spires de feuillard (11), par fixation de celle-ci sur ledit feuillard (11), de façon à maintenir sensiblement constant l'ecartement radial séparant deux spires successives du feuillard (11).

Description

La présente invention concerne un dispositif selon le préambule de la revendication 10, destiné à assurer la partition d'une canalisation définissant une veine d'écoulement d'un fluide, en une pluralité de veines élémentaires de formes et de dimensions identiques et permettant de favoriser des échanges chimiques ou physiques entre des fluides ou leurs diverses phases liquides solides ou gazeuses et un procédé de fabrication dudit dispositif selon le préambule de la revendication 1.
On retrouve dans la technique antérieure, et notamment dans le domaine du conditionnement d'air, des dispositifs qui, pour faciliter les échanges thermiques entre une veine d'air en écoulement et une source de calories (ou de frigories), assurent une telle partition d'une veine fluide au moyen d'une pluralité de canaux adjacents à celui de la veine d'air en écoulement.
D'une façon connue, notamment par le brevet français FR-A-2 625 298 au nom de la Demanderesse, on a réalisé de tels canaux en enroulant sur lui-même un feuillard, généralement métallique, de façon à constituer une multiplicité de spires, une feuille ondulée étant interposée entre ces spires, de façon que les ondulations de ladite feuille ondulée soient parallèles à l'axe longitudinal du dispositif, et que les sommets des ondulations soient successivement en contact avec une face et l'autre du feuillard. On obtient ainsi une pluralité de canaux parallèles dont la forme et les dimensions de la section sont fonction de celles des ondulations de la feuille ondulée, cette section étant habituellement de forme sensiblement trapézoïdale, trois des côtés dudit trapèze étant constitués par les flancs d'une ondulation de la feuille ondulée et le quatrième côté par successivement une face et l'autre du feuillard.
On sait que la fabrication de tels dispositifs de partition d'une veine d'écoulement fluide est particulièrement délicate dès lors que l'on souhaite réaliser des canaux de faible section et de formes et de dimensions identiques.
En effet, on sait que la feuille ondulée doit posséder une structure souple de façon à être en mesure de s'adapter à la variation de rayon de courbure à laquelle elle est soumise au fur et à mesure de la réalisation de l'enroulement. Or cette même feuille ondulée doit être appliquée sur le feuillard et on est donc conduit, au cours de l'opération d'enroulement, à exercer, tant sur le feuillard que sur la feuille ondulée, une certaine force de tension tendant à resserrer les spires des deux enroulements. En raison de la souplesse des feuilles ondulées, mentionnée précédemment, ces dernières ont ainsi tendance à se déformer, de façon plus ou moins régulière, au cours de ladite opération, d'autant qu'au cours de celle-ci la distance séparant une spire en cours de l'axe de symétrie du dispositif augmentant progressivement, la force de tension exercée sur le feuillard voit son couple augmenter, ce qui a ainsi tendance à accroître la déformation des canaux précédemment formés. L'expérience a ainsi montré que l'on ne pouvait obtenir, par cette technique, une pluralité de canaux adjacents identiques recouvrant une veine d'écoulement de grand diamètre, par exemple de l'ordre du mètre.
On a donc recours pour cela à d'autres techniques, telles que celle consistant à assembler purement et simplement des tubes rigides cylindriques de sections identiques que l'on solidarise parallèlement entre eux par leurs génératrices. Cependant une telle forme de mise en oeuvre est particulièrement difficile, longue et coûteuse.
D'autre part, la plupart du temps, ces tubes ont une section circulaire ce qui implique qu'un tel dispositif de partitionnement d'une veine fluide présente une perte de section de passage importante, correspondant à la surface existant entre les tubes.
La présente invention a ainsi pour but un procédé permettant d'obtenir, à partir de la technique d'enroulement précédemment mentionnée, un faisceau de canaux parallèles de sections identiques permettant d'assurer la partition de veines fluides de grand diamètre, qui soit à la fois d'une fabrication aisée et qui ne présente qu'une perte minimale de section de passage.
D'autre part on a constaté que les feuilles planes disponibles sur le marché, et servant à la fabrication de la feuille ondulée sont, pour des raisons de fabrication, de faible largeur, ce qui conduit à limiter la longueur de chacun des canaux constituant une veine fluide élémentaire. La présente invention a également pour but de pallier à cet inconvénient en proposant un moyen permettant de réaliser des dispositifs partitionneurs de veines fluides de longueur pratiquement quelconque.
Enfin, par le principe même utilisé dans ce type de dispositif, un défaut répétitif ou une variation de cote, même minime, faite sur une ondulation se trouve multiplié, par le jeu des superpositions successives des spires, et conduit à des déformations substantielles pouvant créer, par exemple, une conicité du dispositif, le rendant impropre à sa destination.
La présente invention propose un moyen permettant d'éviter la superposition des défauts et donc leur amplification, contribuant ainsi à une meilleure homogénéité des canaux d'écoulement formés. Les objets mentionnés ci-dessus sont atteints par un procédé de fabrication d'un dispositif destiné à assurer la partition d'une veine fluide en écoulement en une pluralité de veines élémentaires identiques, constitué d'une pluralité de canaux adjacents parallèles les canaux étant obtenus par enroulement simultané, sur un même noyau, d'au moins deux feuilles, à savoir une première feuille plane, ou feuillard, et une seconde feuille ondulée, la feuille ondulée prenant place entre deux spires successives du feuillard de façon que les sommets de deux de ses ondulations successives viennent respectivement en contact avec chacune de ces spires. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on assure une rigidification de la feuille ondulée, au fur et à mesure de sa mise en place entre les spires du feuillard, par fixation de celle-ci sur ledit feuillard, de façon à maintenir sensiblement constant l'écartement radial séparant deux spires successives du feuillard. Lesdits objets sont atteints aussi par un dispositif avec les caractéristiques énoncées dans la revendication 10.
La présente invention met donc en oeuvre deux moyens de rigidification, à savoir un premier moyen, connu, constitué par le feuillard et un second moyen constitué par la feuille ondulée qui, dès lors qu'elle est fixée au premier moyen, se comporte alors comme un système de membrures.
En plus de la rigidité propre conférée par la solidarisation de l'élément ondulé avec le feuillard, la présente invention permet également d'améliorer la rigidification procurée par le premier moyen puisqu'il est possible, sans provoquer l'écrasement de la feuille ondulée, d'augmenter la traction exercée sur le feuillard au cours de l'enroulement, ce qui permet d'améliorer la rigidité conférée au dispositif par le premier moyen de rigidification.
Dans une variante intéressante de l'invention la feuille ondulée est constituée d'une série d'éléments ondulés mis bout à bout, la jonction entre deux éléments successifs, à savoir un premier élément ou élément amont (c'est-à-dire un élément déjà mis en place entre deux spires du feuillard) et un second élément ou élément aval (c'est-à-dire un élément à mettre en place), se faisant par fixation de ces deux éléments sur le feuillard, et la partie avant de l'élément aval venant en butée avec la partie arrière de l'élément amont de façon à assurer la continuité de l'ondulation entre l'élément amont et l'élément aval.
Dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention la partie avant d'un élément ondulé se termine par un sommet d'ondulation destiné à venir en butée contre un flanc d'une ondulation située la plus en arrière d'un élément disposé en amont, en se superposant à la partie arrière de celui-ci. Dans ces conditions la longueur de la partie arrière d'un élément se situant au-delà dudit flanc formant butée n'est pas critique, et on évite ainsi la mise en oeuvre d'une cote de longueur supplémentaire. De plus, afin de simplifier la fabrication des éléments ondulés, ainsi que pour favoriser leur mise en place sur un élément situé en amont par rapport à eux, chaque élément ondulé peut se terminer par une partie plane, prolongeant le flanc d'ondulation le plus en arrière.
Dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention, et afin d'éviter les superpositions multiples de défauts minimes susceptibles de conduire, comme mentionné précédemment, à des défauts importants devenant très vite rédhibitoires, la feuille ondulée est constituée d'une série d'éléments séparés mis bout à bout, chaque élément étant inversé latéralement par rapport au précédent, de façon qu'un côté donné d'un élément se trouve opposé à ce côté sur l'élément suivant.
Enfin, dans une autre variante de mise en oeuvre de l'invention on améliore la rigidité propre de l'élément ondulé, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'éléments ondulés de grande largeur et de faible épaisseur, en réalisant à l'extrémité de celui-ci destinée à venir en contact avec le flanc de l'ondulation d'un autre élément, une nervure de rigidification constituée par une pliure sensiblement parallèle au flanc de l'ondulation avec lequel elle est destinée à entrer en contact.
Pour certaines applications du dispositif suivant l'invention on fera en sorte que, sans être en communication totale avec ceux qui lui sont adjacents, chaque canal communique néanmoins avec ceux-ci, de façon à assurer un équilibrage des paramètres d'écoulement des différents canaux.
Pour se faire on pourra avantageusement mettre en oeuvre un feuillard constitué d'un matériau poreux, dont les dimensions des pores permettront d'ajuster, en fonction des spécificités de l'utilisation, le taux d'échange intercanaux que l'on souhaite réaliser.
On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :

La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, représenté en cours de réalisation de l'enroulement.
La figure 2 est une section droite partielle en coupe, d'un dispositif suivant l'invention, représenté en début de réalisation d'enroulement.
La figure 3 est une section droite partielle en coupe d'un dispositif suivant l'invention représenté en cours de réalisation de l'enroulement.
La figure 4 est une vue partielle en coupe de plusieurs éléments ondulés, présentés avant leur mise en place et sensiblement dans la position qu'ils occuperont dans le dispositif.
Les figures 5 et 6 sont des vues partielles en coupe transversale de variantes de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 7 est une vue partielle en perspective d'un élément ondulé.
La figure 8 est une vue partielle en coupe transversale de la variante de mise en oeuvre de la figure 7.
La figure 9 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'invention.

Sur la figure 1 un noyau 1, constitué d'un tube cylindrique est solidarisé, à chacune de ses extrémités d'un moyeu 3 monté à rotation sur un palier 5 maintenu par un support 7 (représenté partiellement). De cette façon le noyau 1 est en mesure de tourner autour de l'axe horizontal xx' joignant les deux paliers 5. Des rayons radiaux 9, servant de guides d'enroulement, partent du centre du moyeu 3 et s'étendent vers l'extérieur de celui-ci pour venir prendre appui sur une roue (non représentée sur le dessin).
On a fixé, de façon connue, les bords extrêmes d'une feuille métallique plane, ou feuillard 11, et d'une feuille métallique ondulée 12 sur ledit noyau 1 et l'on a fait effectuer au dispositif une rotation autour de l'axe xx' dans le sens C, inverse de celui des aiguilles d'une montre. On vient ensuite, au fur et à mesure du positionnement de la feuille ondulée 12 deux spires successives du feuillard 11, solidariser, par exemple par soudure par point 14, réalisée à chacune des extrémités du noyau 1, respectivement en S et S', la feuille ondulée 12 sur le feuillard 11. On obtient ainsi une série de canaux 15.
On procède ainsi à la solidarisation progressive de l'élément ondulé 12 avec le feuillard 11 de, soit la totalité des sommets 13 des ondulations, soit seulement une partie de celles-ci. Le nombre de points de fixation, dépendra d'une part de la rigidité que l'on souhaite obtenir, rigidité qui est également fonction de la section droite des canaux 15, de l'épaisseur de la feuille ondulée 12, de sa nature, de son mode de fixation etc...
On pourra ainsi ne procéder à la fixation, sur le feuillard 11, que d'un seul sommet d'ondulation 13 sur deux, ou ne fixer que les sommets 13 en contact avec le recto ou le verso du feuillard 11.
On pourra également procéder à l'opération de fixation de la feuille ondulée 12 sur le feuillard 11, après qu'une spire complète ait été réalisée, afin de permettre une libération des contraintes pouvant exister entre les différents canaux d'une même spire et une répartition de celles-ci sur la spire entière. On améliore ainsi d'une part la qualité de la fixation puisque celle-ci est réalisée en dehors de toute contrainte et d'autre part la régularité des canaux formés.
Comme représenté sur la figure 2 la fixation peut être réalisée par soudure par point qui présente l'avantage de ne peut pas créer de volume supplémentaire à l'intérieur des canaux 15, volume qui serait source de perturbations de l'écoulement.
Comme montré sur la figure 3 la rigidification de la feuille ondulée 12 peut, pour certaines ondulations, être obtenue en réalisant une solidarisation, d'un sommet d'ondulation 13 en contact avec une face du feuillard 11, de ce dernier, et d'un sommet d'ondulation 13 sensiblement symétrique du précédent par rapport au feuillard 11.
La feuille ondulée 12, comme représentée sur la figure 4, peut également être constituée d'une série d'éléments ondulés 12' que l'on dispose bout à bout. Chacun de ces éléments ondulés 12' est fixé par ses sommets d'ondulation 13 au feuillard 11. Les éléments ondulés 12' peuvent se terminer, à chacune de leurs extrémités par un demi-sommet d'ondulation (Fig.5) ouvert vers lesdites extrémités, de façon qu'en amenant en butée la face arrière d'un élément avec la face avant d'un autre élément on assure une continuité de l'ondulation entre les deux éléments ondulés 12'. De préférence, et comme représenté sur la figure 5, les parties extrêmes respectives 22 et 23 des éléments ondulés sont fixées par des points de soudure respectifs 14a et 14b sur le feuillard 11. Un tel repérage d'un élément ondulé 12' par rapport à un élément situé en amont par rapport à lui, s'il assure un positionnement relatif correct des deux éléments implique cependant de mettre à une cote précise à la fois la partie 22 et la partie 23 de chaque élément ondulé 12'.
Sur les figures 4 et 6 on assure un tel positionnement relatif de façon différente, en donnant par exemple à la partie avant 22 d'un élément ondulé disposé en aval d'un autre élément une longueur sensiblement égale à celle d'un sommet d'ondulation 13, et en disposant cette partie avant 22 de l'élément aval sur la partie arrière 23 de l'élément amont, de façon qu'elle vienne en contact avec le flanc 19 de l'ondulation la plus en arrière de celui-ci.
Dans ces conditions il est possible de réaliser la partie arrière 23 de l'élément amont de forme plate, cette dernière partie pouvant être de longueur quelconque, puisqu'elle ne participe en rien au positionnement relatif d'un élément ondulé aval par rapport à un élément ondulé amont. On simplifie ainsi notablement la mise en oeuvre industrielle de l'élément ondulé.
Bien entendu la mise en place des éléments ondulés 12', lorsqu'ils sont de forme dissymétrique comme représenté sur les figures 4 et 7, peut s'effectuer également en disposant la partie 23 de plus grande longueur (qui devient alors la partie avant d'un élément ondulé aval) sous la partie 22 de plus petite longueur (qui devient alors la partie arrière d'un élément ondulé amont).
Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention représentée sur les figures 7 et 8 la partie avant 22 de l'élément ondulé 12' est pliée, sensiblement suivant la même direction que celle du flanc arrière 19 de l'élément ondulé amont avec lequel elle est destinée à entrer en contact, de façon à former une nervure 20. Cette nervure 20 joue un rôle de rigidification ce qui est particulièrement intéressant dans le cas où l'on met en oeuvre des éléments ondulés 12' de faible épaisseur et de grande largeur.
Bien entendu la solidarisation des éléments ondulés 12' avec le feuillard 11 pourrait être obtenue par d'autres moyens, à savoir rivetage, collage etc...
En réalisant la feuille ondulée 12 de façon modulaire, on peut, en inversant latéralement les éléments ondulés 12' successifs, éviter les accumulations des erreurs et des tolérances se manifestant sur chacune des ondulations, et qui, par le jeu des superpositions des différentes spires, sont susceptibles d'entraîner une conicité du dispositif pouvant conduire à la mise au rebut de celui-ci.
Enfin, dans certains types d'applications il est important que les paramètres d'écoulement entre canaux adjacents soient très proches les uns des autres, et on créera pour ce faire une communication contrôlée entre ces canaux.
Une telle communication peut ainsi être obtenue en faisant appel à un feuillard 11 constitué d'un élément poreux au moins dans les zones pour lesquelles un degré donné de communication intercanaux est souhaité. Le taux de porosité du feuillard 11 permettra d'ajuster le degré de communication souhaité.
On peut également, comme représenté sur la figure 9, réaliser une telle communication entre canaux adjacents, en utilisant deux feuillards 11,11' écartés d'une distance e, cette distance permettant de contrôler le degré de communication intercanaux.
Une telle communication entre canaux adjacents peut également être utilisée pour assurer des mélanges de fluides, et favoriser par exemple les opérations dites de "mélange en ligne".

Claims

Procédé de fabrication d'un dispositif destiné à assurer la partition d'une veine fluide en écoulement en une pluralité de veines élémentaires identiques, constitué d'une pluralité de canaux adjacents (15) parallèles les canaux (15) étant obtenus par enroulement simultané, sur un même noyau (1), d'au moins deux feuilles, à savoir une première feuille plane, ou feuillard (11), et une seconde feuille ondulée (12), la feuille ondulée (12) prenant place entre deux spires successives du feuillard (11) de façon que les sommets (14) de deux de ses ondulations successives viennent respectivement en contact avec chacune de ces spires caractérisé en ce que l'on assure une rigidification de la feuille ondulée (12), au fur et à mesure de sa mise en place entre les spires du feuillard (11), par fixation de celle-ci sur ledit feuillard (11), de façon à maintenir sensiblement constant l'écartement radial séparant deux spires successives du feuillard (11).
Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise une feuille ondulée (12) constituée d'une série d'éléments séparés (12') mis bout à bout, la jonction entre deux éléments successifs (12'), à savoir un élément ondulé amont déjà mis en place et un élément ondulé aval à mettre en place, se faisant par fixation des deux éléments (12') sur le feuillard (11).
Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'une première extrémité (22) d'un élément ondulé (12') est mise en butée avec l'autre extrémité (23) d'un l'élément ondulé adjacent, de façon à assurer la continuité de l'ondulation entre l'élément ondulé (12') amont et l'élément ondulé (12') aval.
Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'élément ondulé (12') se termine à une première extrémité par un sommet d'ondulation (13), celui-ci étant mis en butée contre un flanc d'ondulation (19) d'un élément ondulé (12') adjacent.
Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que chaque élément ondulé (12') se termine à son autre extrémité par une partie plane (23) venant en contact avec une spire du feuillard (11), cette partie plane recevant la première extrémité (22) d'un élément ondulé adjacent (12').
Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le bord transversal de ladite première extrémité d'un élément ondulé (12') est recourbé de façon à former une nervure de rigidité (20) sensiblement parallèle au flanc (19) de l'ondulation de l'élément ondulé (12') avec lequel il vient en butée.
Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'on inverse latéralement chaque élément ondulé (12') par rapport au précédent de façon qu'un côté donné de l'un se trouve opposé à ce même côté sur un élément ondulé adjacent (12').
Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la fixation de la feuille ondulée (12) sur le feuillard (11) est réalisée pour soudure par points.
Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on réalise ladite fixation sur une spire entière, çonstituée d'une feuille ondulée (12) et d'un feuillard (11), après que celle-ci ait été recouverte d'une nouvelle spire.
Dispositif destiné à assurer la partition d'une veine fluide en écoulement en une pluralité de veines élémentaires identiques, constitué d'une pluralité de canaux (15) adjacents traversés par la veine fluide, ces canaux (15) étant constitués par l'enroulement en spirale d'au moins une feuille plane, ou feuillard (11), la distance radiale séparant deux spires successives étant sensiblement identique, une feuille ondulée (12) étant disposée entre deux spires successives de façon que les sommets (13) de deux de ses ondulations successives viennent respectivement en contact avec chacune de ces spires caractérisé en ce que la feuille ondulée (12) est rigidifiée par fixation sur le feuillard (11).
Dispositif suivant la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de communication entre canaux adjacents.
Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce que le feuillard (11) est constitué, au moins sur une partie de sa surface, d'un matériau poreux.
Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte deux feuillards (11,11') en contact avec une même feuille ondulée (12), ces deux feuillards (11,11') étant écartés l'un de l'autre afin de créer un passage intercanaux.
Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une feuille ondulée (12) constituée d'une série d'éléments séparés (12') mis bout à bout, la jonction entre deux éléments successifs (12'), à savoir un élément ondulé amont déjà mis en place et un élément ondulé aval à mettre en place, étant réalisée par fixation des deux éléments (12') sur le feuillard (11).