WO2007101927A1 - Procede de fabrication de panneaux en aluminium a circuit integre pour echangeurs thermiques - Google Patents

Procede de fabrication de panneaux en aluminium a circuit integre pour echangeurs thermiques Download PDF

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WO2007101927A1
WO2007101927A1 PCT/FR2007/000337 FR2007000337W WO2007101927A1 WO 2007101927 A1 WO2007101927 A1 WO 2007101927A1 FR 2007000337 W FR2007000337 W FR 2007000337W WO 2007101927 A1 WO2007101927 A1 WO 2007101927A1
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WO
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panel
panels
face
self
sheets
Prior art date
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PCT/FR2007/000337
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English (en)
Inventor
Laurent Poizat
Olivier Godin
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Rubanox Chambery
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    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F28F3/14Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels by separating portions of a pair of joined sheets to form channels, e.g. by inflation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/02Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/04Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal
    • B21D53/045Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal by inflating partially united plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/50Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing integrated circuit aluminum panels, from plates made by the method generally known by the name of "roll-bond” or “Z-bond”, of two-sided bi-face type deformed or single-sided type or “OSF” ("One Side Fiat") to a flat face and a deformed face.
  • These panels are used as heat exchangers, and especially as cooling circuits for household refrigerators and freezers.
  • the refrigerating circuit of a refrigerator or freezer comprises a compressor for propelling the refrigerant, for example a fluorinated or chlorofluorinated hydrocarbon, or an alkane, and an evaporator, generally in the form of a vertical panel, completed in the case of refrigerators with freezer compartment, a panel having horizontal planes, for example in the plane separating the two compartments.
  • a compressor for propelling the refrigerant for example a fluorinated or chlorofluorinated hydrocarbon, or an alkane
  • an evaporator generally in the form of a vertical panel, completed in the case of refrigerators with freezer compartment, a panel having horizontal planes, for example in the plane separating the two compartments.
  • One of the methods of manufacturing the evaporator panel is to realize the refrigerant circuit by one of the so-called "roll-bond” or “Z-bond”techniques; they consist of two sheets of aluminum or aluminum alloy, one of which is coated on the areas to become the integrated circuit, an ink acting as an anti-welding material to prevent the welding between the two sheets.
  • the two sheets are then welded by co-rolling in the case of "roll-bond” or hot pressing in that of the "Z-bond”.
  • the non-welded zones are then inflated hydraulically or pneumatically to form the circuit, which may be of two-sided type with two deformed faces or of one-sided type or "OSF"("One Side Fiat") with a flat face. and a deformed face.
  • the circuit generally comprises a succession of channels with a downward portion of the panel and a upward portion of the panel, possibly with an end of the circuit an enlarged area serving as a boiler, where the evaporation ends up what whatever the external conditions.
  • Patent FR 1347949 (Olin Mathieson) describes the principle of single-sided integrated circuit panels and proposes to make them from two sheets of different strength, one alloy 1100 and the other alloy 1100 with addition of 0.12% zirconium.
  • the patent FR 2561368 (Cegedur Pechiney) discloses a continuous manufacturing process of "roll-bond" panels of the single-sided type from two sheets of aluminum or aluminum alloys.
  • the refrigerant flows in a serpentine tube, fixed by gluing, welding or crimping, on a plate or support plate, which allows the transmission of cold to the refrigerating cabinet.
  • the "sheet metal exchangers" have the disadvantage of a relatively low thermal efficiency and therefore a reduced performance resulting in higher consumption. of the appliance, especially when used as evaporators of refrigerators or freezers. This weakness is related in particular to the non-optimal quality of the tube-plate contact due in particular to the interface between these two distinct elements.
  • Aluminum panels with an integrated channel circuit generally known by the name of "roll-bond” or “Z-bond", because of the very integration of the circuit into the material constituting, in the preceding model, the plate, have a significantly higher thermal efficiency and performance.
  • the object of the invention is to provide a method of manufacturing panels of the type "roll-bond” or “Z-bond” for heat exchangers at a lower cost than "sheet metal exchangers", without significant loss in terms of thermal efficiency and performance, compared to the most efficient solution of the panels of types "roll-bond” or "Z-bond".
  • the subject of the invention is a method for manufacturing aluminum panels with an integrated circuit for channels intended for the circulation of a coolant, comprising the following steps: - Surface preparation of two sheets of aluminum alloy, for example by brushing, and depositing on one of the sheets of an anti-welding ink in reserved areas corresponding to the circuit design,
  • Said plates thus obtained comprise at least two integrated and independent circuits, interlocking one into the other, and in that:
  • a support sheet for example made of aluminum alloy, bonded to at least one of its faces, or a self-adhesive sheet, is applied to at least one face of each of the independent panels obtained, said sheet extending in part at least at beyond their perimeter and at least partially filling said free spaces, so as to reconstitute a continuous surface panel.
  • Said punching is generally performed at the same time as the usual punching operation according to the "roll-bond” or "Z-bond” methods of the prior art.
  • the Applicant has found a very good thermal performance of the panels according to the invention, while their cost is reduced to a level lower than that of "sheet metal and tube” evaporators. This result makes it possible to envisage a greater penetration of the panels according to the invention in the evaporator market, but also in other markets.
  • the support sheet is made of high thermal conductivity material.
  • a material with a high thermal conductivity is a material with a thermal conductivity substantially equal to or greater than that of said panels, that is typically made of aluminum or copper alloy.
  • the support sheet fills said free spaces, without recess between the various channels of the integrated circuits.
  • FIG. 1 shows on the left the plate comprising two integrated circuits (1) and (2) independent, interlocking one into the other, separated on the right in two independent panels (A) and (B) having free spaces (6) corresponding on each to the former location of the other separate panel.
  • FIG. 2 represents an exemplary embodiment applied to a "roll-bond" type panel with a deformed face and a flat face of the type known under the name "OSF" ("One Side Fiat"), a sheet (5) in bonded aluminum alloy being applied to the flat face, filling the free spaces (6) and extending beyond the perimeter (4) of the final panel.
  • the integrated circuit of channels (3) is organized according to the configuration called "four loops and a boiler".
  • FIG. 3 shows another embodiment still applied to a "roll-bond" panel with a deformed face and a flat face, a foil (5) made of glued aluminum alloy being applied to the flat face, filling the free spaces (6) and extending beyond the perimeter (4) of the final panel.
  • the integrated circuit of channels (3) is organized according to the configuration called "a loop and a boiler”.
  • the process for manufacturing aluminum channel integrated circuit panels intended for the circulation of a refrigerant fluid, which is frequently refrigerant, from plates produced by the process generally known by the name of "roll-bond” or "Z-bond” comprises the following steps: - Surface preparation of two sheets of aluminum alloy, typically by brushing, and depositing on one of the sheets of an anti-welding ink in reserved areas corresponding to the design of the circuit,
  • the plates thus obtained comprise at least two independent integrated circuits (1) and (2), interlocking one into the other,
  • a backing sheet (5) of high thermal conductivity material is applied, typically aluminum alloy having one or both of its adhesive faces, or self-adhesive sheet, currently commercially available and having a typical thickness of 10 to 200 ⁇ m.
  • a material with a high thermal conductivity is a material with a thermal conductivity substantially equal to or greater than that of said panels, that is typically made of aluminum or copper alloy.
  • the contact between the adhesive sheet and the panel is very good, unlike in the case of exchangers of the "sheet metal and tube” type, thus ensuring a good heat transfer, without significant degradation compared to that of the "roll-bond” panels or "Z-bond” of the prior art.
  • an additional exchange surface can be obtained by extending the perimeter of the sheet (5) of said material beyond the overall perimeter (4) of the initial panel, and this, thanks to the small thickness of the sheet, retaining, compared to a "roll-bond” or "Z-bond” panel of the prior art, a very significant overall gain on the amount of metal and therefore on the weight, but also on the unit manufacturing cost.
  • a typical balance sheet is a cost saving of 25% compared to a panel of the "roll-bond" type of the prior art, with a thermal efficiency almost unchanged (loss of the order of 1 %).
  • a panel according to the invention therefore has a lower cost than panels of the type "sheet metal and tube” and a significantly higher performance, almost equal to the best standards obtained with the panels of the type "roll-bond” of the prior art .
  • the starting panel of the type known under the name "OSF"
  • OSF comprises a face deformed by inflation and a flat face.
  • the self-adhesive sheet is then glued on one side and applied to the flat face of the panel. It can especially be positioned in the compartment of a refrigerator or freezer.
  • the panel also has an inflation-deformed face and a planar face, and the self-adhesive sheet, glued on both sides, is applied to the flat face of the panel.
  • the latter can thus be easily glued on the back of the compartment of a refrigerator or freezer, zone then covered with insulating foam.
  • the starting panel of the type known as the "biface"
  • the starting panel comprises two faces deformed by inflation.
  • the self-adhesive foil is glued on one side and applied to either side of the panel which can be installed in the compartment of a refrigerator or freezer.
  • the panel also has two faces deformed by inflation, and the self-adhesive sheet, glued on both sides, is applied to any one of the two faces of the panel. This can especially be glued typically inside the compartment of a refrigerator or freezer.
  • the face of the uncoated panel of the conductive adhesive sheet is covered with a sheet of plastic material stretched on said face and integral with the self-adhesive sheet, with which it is in contact through the spaces. pre-cited free and the surface extending beyond the perimeter of the initial panels such as at the end of the punching operation.
  • This additional protection is more particularly advantageous in the case of one-side panels deformed by inflation and a flat face glued by means of the self-adhesive sheet on the compartment of a refrigerator or freezer.
  • the additional sheet makes it possible, in particular during the subsequent deposition on the unglued side of the compartment, of insulating polymer foam, which is a relatively common practice, to prevent any penetration of the said foam between the adhesive sheet and the panel by the free spaces or the periphery of the initial panel. It also provides additional protection against possible corrosion.
  • the integrated circuit aluminum panels obtained by the process according to the invention can be used without restriction as heat exchangers, and more particularly as cooling circuits for refrigerators or freezers, also called evaporators. In the latter case, a particularly advantageous arrangement is to use a panel having an inflation-deformed face and a glued flat face, via the double-sided adhesive sheet, on the compartment of a refrigerator or freezer.
  • a face may comprise a selective coating, at high absorbance in the solar spectrum, and low emittance in the infrared at 100 0 C, so as to form to form a so-called panel "solar absorber". They can then be used as solar energy sensors and more particularly as heat exchangers in solar heating systems.
  • Example 1 A first embodiment is shown in Figure 2; this panel according to the invention is obtained from initial panels, or start panels, of the "roll-bond” type, comprising a face deformed by inflation and a flat face, known under the name "OSF".
  • the sheets constituting it have a thickness of 1.2 mm; the alloy used for the deformed face is of the type 1050 according to the nomenclature of the "Aluminum Association"; and for the flat face type 8006.
  • the panel has four loops and a boiler with a height of 50 mm.
  • the width of the channel (3) of the circuit is 13 mm.
  • the refrigerant coolant used for this type of panel is iso butane known in the art under the designation R 600.
  • a sheet (5) of aluminum alloy glued on both sides (two-sided adhesive sheet) with a thickness of 100 ⁇ m, available commercially, is used to fill the spaces (6) and extends beyond the outside edge of the panel obtained after the punching.
  • Example 2 the panel according to Figure 3 is obtained according to the same method of manufacture as above; this panel has a loop and a boiler with a height of 50 mm; the channel always has a width of 13 mm.
  • Costs were calculated using the same method in all cases; they incorporate material costs and processing costs until the finished product is ready for packing and shipping.
  • the indicated weight gains also correspond, in all cases, to the finished products.
  • the plastic tank of a simple cooler, energy class A, with an internal volume of 250 liters, is cut to allow the substitution of the evaporator.
  • the original evaporator is replaced by the evaporator according to the invention or by the reference evaporator. After having replaced the plastic tank and insulated the assembly, it is easy to determine, under the standard conditions of the test according to standard NF-EN 153, the consumption of the apparatus equipped with the corresponding evaporator.
  • Table 1 clearly shows on this point a quasi-equivalence between the evaporators according to the invention and the reference evaporator.
  • the weight gain is significant, but above all the cost saving is important;

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Abstract

Le procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré comporte la préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, le dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit, la liaison par co-laminage ou pressage à chaud des tôles l'une sur l'autre, le gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées par voie hydraulique ou pneumatique. Selon ce procédé, les plaques ainsi découpées comportent au moins deux circuits intégrés indépendants (1) et (2) s'imbriquant l'un dans l'autre et séparés à l'issue des étapes pré-citées par poinçonnage, pour obtenir au moins deux panneaux (A) et (B) indépendants. Une feuille typiquement en alliage d'aluminium, encollée, est appliquée sur chacun des panneaux, s'étendant au-delà de leur périmètre et comblant les espaces laissés libres (6) à l'issue de l'opération de poinçonnage.

Description

Procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré pour échangeurs thermiques à rapport performance/coût amélioré.
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré, à partir de plaques réalisées selon le procédé généralement connu sous le nom de « roll-bond » ou « Z-bond », de type bi-face à deux faces déformées ou de type mono-face ou « OSF » (« One Side Fiat ») à une face plane et une face déformée. Ces panneaux sont utilisés comme échangeurs de chaleur, et notamment comme circuits de refroidissement des réfrigérateurs et congélateurs ménagers.
Etat de la technique
Le circuit frigorifique d'un réfrigérateur ou d'un congélateur comporte un compresseur destiné à propulser le liquide frigorigène, par exemple un hydrocarbure fluoré ou chlorofluoré, ou un alcane, et un évaporateur, généralement sous forme d'un panneau vertical, complété, dans le cas des réfrigérateurs à compartiment congélateur, d'un panneau ayant des plans horizontaux, par exemple dans le plan séparant les deux compartiments.
L'un des modes de fabrication du panneau évaporateur consiste à réaliser le circuit du réfrigérant par l'une des techniques dites « roll-bond » ou « Z-bond » ; elles consistent à partir de deux tôles en aluminium ou alliage d'aluminium, dont l'une est enduite, sur les zones destinées à devenir le circuit intégré, d'une encre jouant le rôle d'une matière anti-soudure destinée à empêcher la soudure entre les deux tôles. Les deux tôles sont ensuite soudées par co-laminage dans le cas du « roll-bond » ou pressage à chaud dans celui du « Z-bond ». Les zones non soudées sont alors gonflées par voie hydraulique ou pneumatique pour former le circuit, qui peut être de type bi- face à deux faces déformées ou de type mono-face ou « OSF » (« One Side Fiat ») à une face plane et une face déformée. Le circuit comporte généralement une succession de canaux avec une partie descendante vers le bas du panneau et une partie remontante vers le haut du panneau, avec éventuellement en fin de circuit une zone élargie servant de bouilleur, où l'évaporation finit de s'effectuer quelles que soient les conditions extérieures. Le livre « L'aluminium », tome 1 « Production - Propriétés — Alliages - Fabrication des demi-produits — Fabrications annexes », paru aux Editions Eyrolles, Paris 1964, pages 718 - 721, et la publication « Panneaux aluminium à circuits intégrés : deux lignes de fabrication complémentaires pour de multiples produits », parue dans la Revue de l'Aluminium, février 1982, décrivent le principe du procédé « roll-bond » pour la fabrication de panneaux de type bi-face, et divulguent le schéma d'une ligne de fabrication en continu, ainsi que les alliages habituellement utilisés pour la fabrication des panneaux. Dans cette ligne de fabrication en continu, les panneaux sont formés à partir de tôles individuelles (appelées « platines » dans le livre), qui sont transportées manuellement ou par un moyen de convoyage mécanique à travers les différentes machines qui constituent la chaîne de fabrication.
Le brevet FR 1347949 (Olin Mathieson) décrit le principe des panneaux à circuit intégré mono-face et propose de les réaliser à partir de deux tôles de résistance mécanique différente, l'une en alliage 1100 et l'autre en alliage 1100 avec addition de 0,12% de zirconium. Le brevet FR 2561368 (Cegedur Pechiney) divulgue un procédé de fabrication en continu de panneaux « roll-bond » de type mono-face à partir de deux tôles en aluminium ou alliages d'aluminium.
Un autre mode de réalisation d'évaporateurs correspond à ce qu'il est convenu d'appeler « échangeur à tôle et tube ».
Très schématiquement, selon cette réalisation, le fluide frigorigène circule dans un tube en serpentin, fixé par collage, soudage ou sertissage, sur une plaque ou tôle support, qui permet la transmission du froid vers l' armoire frigorifique. Problème posé
Les panneaux en aluminium de l'état de la technique posent différents types de problèmes : Les « échangeurs à tôle et tube » présentent l'inconvénient d'un rendement thermique relativement faible et donc d'une performance réduite se traduisant par une plus forte consommation d'énergie de l'appareil, en particulier lorsqu'ils sont utilisés comme évaporateurs de réfrigérateurs ou congélateurs. Cette faiblesse est liée notamment à la qualité non optimale du contact tube-plaque du fait en particulier de l'interface entre ces deux éléments distincts.
Par ailleurs, leur durée de vie est limitée du fait essentiellement de l'assemblage tube/plaque.
Les panneaux en aluminium à circuit de canaux intégré, généralement connus sous le nom de « roll-bond » ou « Z-bond », du fait de l'intégration même du circuit dans le matériau constituant, dans le modèle précédent, la plaque, présentent un rendement thermique et une performance nettement supérieurs.
Toutefois ce niveau de performance est acquis aux dépends d'un coût généralement plus élevé, même si les écarts varient selon les cas particuliers d'utilisation. Ceci limite bien sûr sa pénétration sur le marché en question mais aussi sa conquête de nouveaux marchés dans le domaine plus général des échangeurs thermiques.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de panneaux du type « roll-bond » ou « Z-bond » pour échangeurs thermiques à un coût inférieur à celui des « échangeurs à tôle et tube », sans perte notable en termes de rendement thermique et performance, par rapport à la solution la plus performante que constituent les panneaux des types « roll-bond » ou « Z-bond ».
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré de canaux destinés à la circulation d'un fluide caloporteur, comportant les étapes suivantes : - Préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, par exemple par brossage, et dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit,
Soit liaison par co-laminage des tôles l'une sur l'autre et découpe de la bande ainsi obtenue en plaques,
Soit liaison par pressage à chaud l'une sur l'autre des tôles prédécoupées en plaques,
Gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées, par voie hydraulique ou pneumatique, caractérisé en ce que :
- Lesdites plaques ainsi obtenues comportent au moins deux circuits intégrés et indépendants, s'imbriquant l'un dans l'autre, et en ce que :
On découpe lesdites plaques, par exemple par poinçonnage ou découpage laser, de façon à obtenir des panneaux indépendants, typiquement symétriques ou identiques, présentant des espaces libres correspondant sur chacun à l'ancien emplacement de l'autre panneau séparé,
- On applique une feuille support , par exemple en alliage d'aluminium, encollée sur au moins une de ses faces, ou feuille autocollante, sur une face au moins de chacun des panneaux indépendants obtenus, ladite feuille s'étendant en partie au moins au-delà de leur périmètre et comblant au moins en partie lesdits espaces libres, de façon à reconstituer un panneau de surface continue.
Ledit poinçonnage est réalisé généralement en même temps que l'opération de poinçonnage habituelle selon les procédés « roll-bond » ou « Z-bond » de l'art antérieur.
De manière surprenante, et comme cela sera illustré dans les exemples, la demanderesse a constaté une très bonne performance thermique des panneaux selon l'invention, alors que leur coût est réduit à un niveau inférieur à celui des évaporateurs « à tôle et tube ». Ce résultat permet d'envisager une pénétration plus importante des panneaux selon l'invention sur le marché des évaporateurs, mais aussi sur d'autres marchés. Avantageusement, la feuille support est réalisée en matériau à conductivité thermique élevée.
On appelle matériau à conductivité thermique élevée un matériau à conductivité thermique sensiblement égale ou supérieure à celle desdits panneaux, c'est à dire typiquement en alliage d'aluminium ou de cuivre.
Préférentiellement, la feuille support comble lesdits espaces libres, sans évidement entre les divers canaux des circuits intégrés.
Description des figures
La figure 1 représente à gauche la plaque comportant deux circuits intégrés (1) et (2) indépendants, s'imbriquant l'un dans l'autre, séparés à droite en deux panneaux (A) et (B) indépendants présentant des espaces libres (6) correspondant sur chacun à l'ancien emplacement de l'autre panneau séparé. La figure 2 représente un exemple de réalisation appliquée à un panneau du type « roll-bond » à une face déformée et une face plane du type connu sous l'appellation « OSF » (« One Side Fiat »), une feuille (5) en alliage d'aluminium encollée étant appliquée sur la face plane, comblant les espaces libres (6) et s 'étendant au-delà du périmètre (4) du panneau final. Le circuit intégré de canaux (3) est organisé selon la configuration dite « à quatre boucles et un bouilleur ».
La figure 3 représente un autre exemple de réalisation toujours appliqué à un panneau du type « roll-bond » à une face déformée et une face plane, une feuille (5) en alliage d'aluminium encollée étant appliquée sur la face plane, comblant les espaces libres (6) et s' étendant au-delà du périmètre (4) du panneau final. Le circuit intégré de canaux (3) est organisé selon la configuration dite « à une boucle et un bouilleur ».
Description de l'invention
Le procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré de canaux destinés à la circulation d'un fluide caloporteur, fréquemment frigorigène, à partir de plaques réalisées selon le procédé généralement connu sous le nom de « roll-bond » ou « Z-bond », selon l'invention, comporte les étapes suivantes : - Préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, typiquement par brossage, et dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit,
Soit, typiquement dans le cas de la variante « roll-bond », liaison par co- laminage des tôles l'une sur l'autre, la liaison ne s'effectuant pas dans les zones réservées, et découpe de la bande ainsi obtenue en plaques, Soit, typiquement dans le cas de la variante « Z-bond », liaison avec les mêmes réserves que dans le cas précédent, par pressage à chaud l'une sur l'autre des tôles prédécoupées en plaques, en interposant éventuellement une feuille métallique (typiquement en alliage de zinc) pour améliorer ladite liaison,
Gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées, par voie hydraulique ou pneumatique, créant ainsi les circuits intégrés.
Toutefois, il se caractérise par rapport aux procédés de l'art antérieur en ce que : - Les plaques ainsi obtenues comportent au moins deux circuits intégrés indépendants (1) et (2), s'imbriquant l'un dans l'autre,
On découpe lesdites plaques à l'issue des étapes pré-citées, par exemple par poinçonnage ou par découpe laser, pour obtenir au moins deux panneaux (A) et (B) indépendants, typiquement symétriques ou identiques, présentant des espaces libres (6) correspondant sur chacun à l'ancien emplacement de l'autre panneau séparé ; cette découpe est typiquement réalisée de façon simultanée avec l'opération, habituelle selon les procédés de l'art antérieur, de poinçonnage. On applique une feuille (5) support en matériau à conductivité thermique élevée, typiquement en alliage d'aluminium ayant une ou deux de ses faces encollées, ou feuille autocollante, couramment disponible dans le commerce et d'une épaisseur typique de 10 à 200 μm, sur une face au moins, et généralement une seule, de chacun des panneaux, s 'étendant en partie au moins au-delà de leur périmètre (4) et comblant lesdits espaces libres, de façon à reconstituer un panneau de surface continue, typiquement rectangulaire, sans évidement entre les divers canaux des circuits intégrés. On appelle matériau à conductivité thermique élevée un matériau à conductivité thermique sensiblement égale ou supérieure à celle desdits panneaux, c'est à dire typiquement en alliage d'aluminium ou de cuivre.
Le contact entre la feuille adhésive et le panneau est très bon, contrairement au cas des échangeurs du type « à tôle et tube », assurant de ce fait un bon transfert thermique, sans dégradation notable par rapport à celui des panneaux « roll-bond » ou « Z-bond » de l'art antérieur. Il en va de même pour ce qui concerne l'espace comblé par la feuille adhésive en matériau à conductivité thermique élevée et en particulier en alliage d'aluminium ; celle-ci assure une bonne continuité thermique, garante d'une bonne performance de l'ensemble.
Qui plus est, une surface d'échange supplémentaire peut être obtenue en étendant le périmètre de la feuille (5) dudit matériau au delà du périmètre global (4) du panneau initial, et ce, grâce à la faible épaisseur de la feuille, en conservant, par rapport à un panneau « roll-bond » ou « Z-bond » de l'art antérieur, un gain global très sensible sur la quantité de métal et donc sur le poids, mais aussi sur le coût de fabrication unitaire.
Pour ce qui concerne ce dernier point, outre la plus faible quantité de métal mise en œuvre par panneau selon l'invention, d'autres paramètres agissent de façon tout à fait favorable.
Dans le cas du procédé « roll-bond », la vitesse de laminage de la bande de largeur plus importante, du fait de la présence de deux panneaux imbriqués dans ladite largeur, est sensiblement inchangée et de ce fait le temps de laminage par panneau est réduit presque de moitié ; le gain de coût relatif à cette opération est de ce fait de l'ordre de 40 %.
Il en va de même dans le cas du procédé « Z-bond » pour l'opération de pressage à chaud qui concerne aussi deux panneaux.
Le même raisonnement s'applique pour l'opération de gonflage des circuits intégrés et pour l'opération de poinçonnage au cours de laquelle sont réalisés les reliefs sur les panneaux (pastilles du bouilleur, découpe d'angles, etc...).
Le surcoût lié à l'intégration de l'opération de découpe des panneaux dans cette même étape de poinçonnage est négligeable par rapport au gain réalisé. D'autres gains annexes sont également réalisés du fait que les opérations portent en même temps sur une plaque comportant deux panneaux.
C'est le cas de toutes les opérations de manutention des plaques jusqu'à la découpe finale ; mais aussi, la capacité de production ou productivité des machines des divers postes est également presque doublée et leur durée de vie en nombre de panneaux réalisés est de la même façon très sensiblement augmentée.
Enfin, le coût de transport des panneaux est également réduit du fait de leur poids réduit, typiquement de l'ordre de 30 %. Un bilan typique, comme le montreront les exemples, est un gain de coût de 25 % par rapport à un panneau du type « roll-bond » de l'art antérieur, avec un rendement thermique quasiment inchangé (perte de l'ordre de 1 %). Un panneau selon l'invention présente donc un coût inférieur à celui des panneaux du type « à tôle et tube » et une performance nettement supérieure, quasiment égale aux meilleurs standards obtenus avec les panneaux du type « roll-bond » de l'art antérieur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le panneau de départ, du type connu sous l'appellation « OSF », comporte une face déformée par gonflage et une face plane.
La feuille autocollante est alors encollée sur une seule face et appliquée sur la face plane du panneau. Il peut alors notamment être positionné dans le compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur.
Dans un autre mode de réalisation préférée, le panneau comporte également une face déformée par gonflage et une face plane, et la feuille autocollante, encollée sur ses deux faces, est appliquée sur la face plane du panneau. Cette dernière peut ainsi être facilement collée sur l'arrière du compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur, zone revêtue ensuite de mousse isolante.
Selon une autre variante de l'invention, le panneau de départ, du type connu sous l'appellation « biface », comporte deux faces déformées par gonflage. La feuille autocollante est encollée sur une seule face et appliquée sur l'une quelconque des deux faces du panneau qui peut notamment être installé dans le compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur. Dans un autre mode de réalisation, le panneau comporte également deux faces déformées par gonflage, et la feuille autocollante, encollée sur ses deux faces, est appliquée sur l'une quelconque des deux faces du panneau. Celle-ci peut notamment être collée typiquement à l'intérieur du compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur.
Selon une variante avantageuse de l'invention, la face du panneau non revêtue de la feuille autocollante conductrice est recouverte d'une feuille de matière plastique tendue sur ladite face et solidaire de la feuille autocollante, avec laquelle elle est en contact à travers les espaces libres pré-cités et la surface s 'étendant au-delà du périmètre des panneaux initiaux tels qu'à l'issue de l'opération de poinçonnage.
Cette protection supplémentaire est plus particulièrement avantageuse dans le cas des panneaux à une face déformée par gonflage et une face plane collée par l'intermédiaire de la feuille autocollante sur le compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur. La feuille supplémentaire permet notamment, lors du dépôt ultérieur sur la face non collée au compartiment, de mousse polymère isolante, pratique relativement courante, d'éviter toute pénétration de ladite mousse entre la feuille autocollante et le panneau par les espaces libres ou le pourtour du panneau initial. Elle assure par ailleurs une protection supplémentaire contre une éventuelle corrosion. Les panneaux en aluminium à circuit intégré obtenus par le procédé selon l'invention peuvent être utilisés de façon non restrictive comme échangeurs de chaleur, et plus particulièrement comme circuits de refroidissement de réfrigérateurs ou congélateurs, encore dénommés évaporateurs. Dans ce dernier cas, une disposition particulièrement avantageuse consiste à utiliser un panneau comportant une face déformée par gonflage et une face plane collée, par l'intermédiaire de la feuille autocollante à double face, sur le compartiment d'un réfrigérateur ou congélateur.
Enfin, selon un dernier mode de réalisation de ces panneaux, une face peut comprendre un revêtement sélectif, à absorbance élevée dans le spectre solaire, et à émittance faible dans l'infrarouge à 1000C, de manière à former à former un panneau dit "absorbeur solaire". Ils peuvent alors être utilisés comme capteurs d'énergie solaire et plus particulièrement comme échangeurs de chaleurs dans des installations de chauffage par énergie solaire.
Exemples
Exemple 1 : Une première réalisation est représentée en figure 2 ; ce panneau selon l'invention est obtenu à partir de panneaux initiaux, ou panneaux de départ, du type « roll-bond », comportant une face déformée par gonflage et une face plane, connus sous l'appellation « OSF ».
Les tôles le constituant ont une épaisseur de 1,2 mm ; l'alliage utilisé pour la face déformée est du type 1050 selon la nomenclature de l' « Aluminum Association »; et pour la face plane du type 8006.
Comme visible sur la figure 2, le panneau comporte quatre boucles et un bouilleur d'une hauteur de 50 mm.
La largeur du canal (3) du circuit est de 13 mm.
Le fluide caloporteur frigorigène utilisable pour ce type de panneau est de l'iso butane connu dans la profession sous la désignation R 600.
Une feuille (5) en alliage d'aluminium encollée sur ses deux faces (feuille autocollante biface) d'une épaisseur de 100 μm, disponible dans le commerce, est utilisée, pour combler les espaces (6) et s'étend au delà du pourtour extérieur du panneau obtenu à l'issue du poinçonnage.
Exemple 2 : le panneau selon la figure 3 est obtenu selon le même mode de fabrication que ci-dessus ; ce panneau possède une boucle et un bouilleur d'une hauteur de 50 mm ; le canal a toujours une largeur de 13 mm.
Résultats :
Ils sont récapitulés dans le tableau 1 ci-dessous en comparaison avec un évaporateur de référence du type « roll-bond » réalisé selon l'art antérieur avec la même configuration, c'est à dire comportant une face déformée par gonflage et une face plane, les mêmes épaisseurs de tôles constituées des mêmes alliages et de dimensions correspondant au panneau selon l'invention obtenu après découpe par poinçonnage, mais sans évidement.
Figure imgf000013_0001
Tableau 1
Ces résultats correspondent à une utilisation des panneaux selon l'invention, ainsi que du panneau de référence, comme évaporateur de réfrigérateur.
Les coûts ont été calculés selon la même méthode dans tous les cas ; ils intègrent les coûts liés à la matière et les coûts de transformation jusqu'à l'obtention du produit fini prêt pour l' emballage et l' expédition.
Les gains de poids indiqués correspondent également, dans tous les cas, aux produits finis.
En ce qui concerne la consommation énergétique, elle correspond à la méthode de mesure suivante : La cuve en matière plastique d'un réfrigérateur simple dit « cooler », de classe énergétique A, d'un volume interne de 250 litres, est découpée pour permettre la substitution de l' évaporateur.
Des dispositifs de raccordement rapide, avec le capillaire pour l'alimentation en liquide d'une part, et avec le tube d'aspiration pour le gaz d'autre part, sont mis en place.
L'évaporateur d'origine est remplacé par l' évaporateur selon l'invention ou par l' évaporateur de référence. Après avoir replacé la cuve plastique et isolé l'ensemble, il est aisé de déterminer, dans les conditions standards du test selon la norme NF-EN 153, la consommation de l'appareil muni de l'évaporateur correspondant.
Le tableau 1 montre clairement sur ce point une quasi-équivalence entre les évaporateurs selon l'invention et l'évaporateur de référence.
Par contre, le gain de poids est sensible, mais surtout le gain de coût est important ; De l'ordre de 25 % dans le cas du panneau à quatre boucles selon l'invention, il permet de le ramener, dans ce cas, à un niveau inférieur à celui d'un évaporateur à « tôle et tube » ; de l'ordre de 15 % dans le cas du panneau à une boucle, il se situe à un niveau équivalent.
Ainsi l'objectif fixé, exprimé par le problème posé, de fournir un procédé de fabrication de panneaux échangeurs thermiques à circuit intégré à partir de plaques réalisées selon le procédé du type « roll-bond » ou « Z-bond », à un coût semblable ou inférieur à celui des « échangeurs à tôle et tube », sans perte notable en termes de rendement thermique et performance, peut être considéré comme atteint.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication de panneaux en aluminium à circuit intégré de canaux destinés à la circulation d'un fluide caloporteur, comportant les étapes suivantes :
- Préparation de surface de deux tôles en alliage d'aluminium, par exemple par brossage, et dépôt sur l'une des tôles d'une encre anti-soudure dans des zones réservées correspondant au dessin du circuit,
Soit liaison par co-laminage des tôles l'une sur l'autre et découpe de la bande ainsi obtenue en plaques,
Soit liaison par pressage à chaud l'une sur l'autre des tôles prédécoupées en plaques,
Gonflage des canaux correspondant aux zones non soudées, par voie hydraulique ou pneumatique, caractérisé en ce que :
- Lesdites plaques ainsi obtenues comportent au moins deux circuits intégrés (1) et (2) indépendants, s'imbriquant l'un dans l'autre, et en ce que :
On découpe lesdites plaques, par exemple par poinçonnage ou découpage laser, de façon à obtenir des panneaux indépendants (A) et (B), typiquement symétriques ou identiques, présentant des espaces libres (6) correspondant sur chacun à l'ancien emplacement de l'autre panneau séparé,
On applique une feuille support (5), par exemple en alliage d'aluminium, encollée sur au moins une de ses faces, ou feuille autocollante, sur une face au moins de chacun des panneaux indépendants obtenus, ladite feuille s 'étendant en partie au moins au-delà de leur périmètre (4) et comblant au moins en partie lesdits espaces libres, de façon à reconstituer un panneau de surface continue.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille support (5) est réalisée en matériau à conductivité thermique élevée.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la feuille support (5) comble lesdits espaces libres, sans évidement entre les divers canaux des circuits intégrés.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- le panneau comporte une face déformée par gonflage et une face plane,
- la feuille autocollante est encollée sur une seule face et appliquée sur la face plane du panneau.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- le panneau comporte une face déformée par gonflage et une face plane,
- la feuille autocollante est encollée sur ses deux faces et appliquée sur la face plane du panneau.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- le panneau comporte deux faces déformées par gonflage,
- la feuille autocollante est encollée sur une seule face et appliquée sur l'une quelconque des deux faces du panneau.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- le panneau comporte deux faces déformées par gonflage,
- la feuille autocollante est encollée sur ses deux faces et appliquée sur l'une quelconque des deux faces du panneau.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la face du panneau non revêtue de la feuille autocollante est recouverte d'une feuille de matière plastique tendue sur ladite face et solidaire de la feuille autocollante, à travers les espaces laissés libres ainsi que la surface s' étendant au-delà du périmètre des panneaux tels qu'à l'issue de ladite découpe.
9. Utilisation de panneaux en aluminium à circuit intégré obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comme échangeurs de chaleur.
10. Utilisation de panneaux en aluminium à circuit intégré selon la revendication 9 comme circuits de refroidissement de réfrigérateurs ou congélateurs.
11. Utilisation de panneaux en aluminium à circuit intégré selon la revendication 5 comme circuits de refroidissement, ou évaporateurs, collés par l'intermédiaire de leur face plane autocollante sur un compartiment de réfrigérateur ou congélateur.
12. Panneau obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel une face dudit panneau comprend un revêtement sélectif, à absorbance élevée dans le spectre solaire, et à émittance faible dans l'infrarouge à 100°C.
13. Utilisation de panneaux en aluminium selon la revendication 12 comme panneaux de captation d'énergie solaire.
14. Utilisation de panneaux en aluminium selon la revendication 13 comme échangeurs de chaleurs dans des installations de chauffage par énergie solaire.
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