Brevet FR2046797A1 — publié le 19710312

la présente invention concerne des échangeurs de chaleur régénérateurs et, plus particulièrement, l'invention vise la masse régénératrice de ces echangeurs de chaleur. Les échangeurs de chaleur régénérateurs 5 du type rotatif sont couramment utilisés comme préchauffeurs d'air dans des installations de chaudières.et, dans la plupart des cas, la masse.régénératrice du préchauffeur est constituée de" plaques - profilées portées par un corps régénérateur annulaire et agencées en sorte de former des canaux pour les fluides d'échange de cha-.10 leur, ces canaux s'étendant entre les extrémités axialement op-posées du corps. Il existe deux types principaux de préchauffeurs d'air rotatife,l'un comportant une masse régénératrice rotative . et des conduits stationnaires pour les fluides d'échange de chaleur, l'autre comportant une masse régénératrice stationnaire et 15 des conduits rotatifs pour les fluides. Déjà dans un stade avancé du développement de l'échangeur de chaleur régénérateur de type rotatif, on a constaté qu'il était nécessaire d'utiliser des plaques profilées pour augmenter le transfert de chaleur entre les fluides et les 20 plaques à un niveau acceptable0 Mnsi, dans les dix dernières années, on a proposé plusieurs formes de plaques. Dans les échangeurs de chaleur régénérateurs modernes, la masse régénératrice est très fréquemment constituée de plaques qui présentent des ondulations s'étendant en oblique relativement à la direction prln-25 cipalé des éèoulements de fluides à travers la masse et les plaques sont par ailleurs dotées d'encoches parallèles à cette direction d'écoulement principale et jouont le rôle d'entretoises entre les plaques voisines® Ces plaques ondulées et encoché©3 alternent avec des plaques planes ou non ondulées pour former des ca-30 naux pour les écoulements de fluides auxquels est, communiquée une certaine turbulence sous l'effet des ondulations<> Dans le s préchauffeurs d'air du type régé-nérateur , l'air et les gaz de carneau passe à contre-courant à travers la masse régénératrice. Par suite, la température de la 35 masse devient bien supérieure à l'extrémité d'entrée des gaz et de sortie de l'air qu'à l'extrémité de sortie des gaz et d'entrée de l'air. Au cours du fonctionnement, il est naturellement souhaitable d'extraire autant de chaleur que possible des gaz. Cependant, si la température des gaz devient inférieure au point de 40 rosée, une humidité corrosive se dépose sur les surfaces des pla 70 21972 2 2046797 que3,entraînant une destruction rapide du métal en feuille, ^s'il ne résiste pas en lui-même à la corrosion'ou s'il n'est pas protégé à 1'encontre de la corrosion. On a prouvé que la corrosion pouvait se 5 produire ici et là à l'extrémité froide de la masse régénératrice^ même si la température des gaz dans le conduit de sortie ne tombait jamais au-dessous du point de rosée. Il a été prouvé que cette corrosion locale est due à une répartition inégale des écoulements de fluide dans les canaux séparés ou dans les groupes de 10 canaux. Si, par exemple, en raison des ondulations obliques, IJé-coulement de gaz tend à se concentrer sur un côté du canal, l'écoulement d'air tendra de manière correspondante à se concentrer sur l'autre côté du canal. Cela entraîne . une répartition inégale de la température dans l'écoulement de gaz quittant le canal si 15 bien que la température, sur tan côté, est supérieure au point de rosée, tandis qu'elle est inférieure de l'autre côté, mais néanmoins f la température moyenne de l'écoulement peut se situer bien au-dessus du point de rosée. Un objet de l'invention vise un paquet de 20 plaques de transfert de chaleur pour échangeurs de chaleur régénérateurs, qui est constitué de plaques de profil identique: . Un autre objet de l'invention vise un paquet de plaques dans lequel la température des parties des plaques qui définissent lin canal est sensiblement constante le long 25 du périmètre de la section transversale du canal au moins à l'extrémité froide de la masse régénératrice. Pour atteindre ces objectifs ainsi que d'autres objectifs chaque plaque du paquet selon l'invention est ondulée de manière générale sur sa surface entière, les ondula- ' . 30 tiens formant un angle avec la direction principale d'écoulement du fluide à travers le paquet, et elle présente par ailleurs des encoches doubles qui sont parallèles aux ondulations et sont espacées d'une distance correspondant à la largeur combinée de plusieurs ondulations et font saillie symétriquement des deux côtés 35 . de., la plaque, la hauteuE des encoches au-dessus, du plan moyen de la plaque étant supérieure à celle des ondulations, et les plaques étant agencées en sorte; .que les .ondulations et les encoches d'une plaque soient en travers des ondulations et'des encoches des plaques voisines, de telle manière que les plaques soient en contact l'une 70 21972 2046797 avec l'autre uniquement en des'points espâcés le long des crêtes des encoches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description 5 qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins oi-annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en plan cL' une plaque de transfert de chaleur pour un paquet selon l'invention; 10 - la figure 2 est une vue d'extrémité de la plaque selon la ligne IE-Ude la figure 1; en - la figure 3 est une vue/"coupe transversale selon la ligne m=3IIde la figure 1;et - la figure 4 est une vue en perspective 15 de deux plaques de transfert de chaleur superposées, illustrant le système de canaux d'un paquet de plaques, selon l'invention. Dans les dessins, une plaque de transfert de chaleur est désignée de manière générale par la notation de référence 10. La plaque comporte des ondulations 12 sur sa sur-20 face entière, qui s'étendent en oblique relativement aux directions principales d'écoulement des fluides à travers le paquet de plaques, cette direction étant indiquée par la double flèche A dans la figure 1. La plaque 10 comporte par ailleurs des 25 encoches doubles 14 uniformément espacées, qui sont parallèles aux ondulations 12 et espacées l'une de l'autre d'une distance correspondant à la largeur combinée de plusieurs ondulations. Les encoches font saillie symétriquement des deux côtés de la plaque et la hauteur de ces encoches au-dessus du plan moyen B 30 de la plaque (figure 3) est supérieure à celle des ondulations. Gomme montré dans la figure 3, les crêtes des encoches 14 sont aplaties en 16 pour tenir compte du contact superficiel entre les crêtes des encoches de plaques voisines du paquet. Les parois intermédiaires 18 des encoches 14 peuvent être 35 sensiblement perpendiculaires au plan moyen B de la plaque en sorte de s'opposer plus efficacement à la pression de contact entre les plaques d'un paquet. Cependant, pour faciliter la fabrication des plaques, les parois 18 peuvent avoir une inclinaison de 70 à 80° sans réduire de manière appréciable la résistance et la t 40 rigidité de la plaque„ 21972 4 2046797 La figure 4 illustre le système de canaux formé par les plaques dans le paquet ou faisceau de plaques fini . Chaque paquet contient un grand nombre de plaques superposées, mais dans la figure 4,seules deux plaques 10 sont illustrées. 5 Toutes les plaques d'un paquet ont le même profil, mais les plaques sont disposées en sortetque les ondulations et les encoches d'une plaque croisent les ondulations et encoches des plaques voisines. De cette manière, les plaques sont en contact l'une avec l'autre uniquement en'des points espacés 10 le long des crêtes des encoches. • Pour faciliter la compréhension de l'invention, on peut supposer que les deux plaques représentées dans la figure 4 sont séparées par une plaque plane subdivisant l'espace entre les plaques profilées en deux parties, chacune d'entre-15 elles formant un système de canaux parallèles rectilignes et les deux systèmes se croisant l'un l'autre j les écoulemènts de fluide dans les canaux ne sont pas gênés les uns par les autres. Cependant, dans le paquet de plaques selon l'invention, il n'y a pas de telles plaques planes et, de ce fait, les écoulements dans 20 les deux systèmes de canaux interfèrent l'un avec l'autre si bien que les écoulements s'emmêlent l'un à l'autre,tourbillonnant èt introduisant une certaine turbulence, si bien que les couches limites sont réduites et que le transfert de chaleur est accru. Dans la forme de réalisation préférée re-25 . présentée dans la figure 4,les ondulations et encoches de plaques voisines s'étendent symétriquement en oblique dans des directions opposées relativement à la direction principale de l'écoulement de fluide indiquée par la double flèche A. Par suite, un écoulement de fluide passant à travers le paquet de plaques est dévié " 30 latéralement de manière alternée dans les deux directions sensiblement selon le même degré, si bien qu'il n'a pas tendance à se concentrer sur l'un ou l'autre côté du paquet.Par suite, l'écoulement qui quitte le paquet est sensiblement uniforme sur toute sa surface en coupe transversale. 35 Dans la forme de réalisation illustrée, les ondulations et les encoches forment un àngle avec la direction principale d'écoulement des fluides de 30°, mais selon les besoins spécifiques, dafis chaque cas séparé, l'angle peut avoir une valeur quelconque comprise entre 20 et 50°. La.différence entre 40 les hauteurs des encoches et des ondulations au-dessus du plan 70.21972 D , 2046797 moyen B de la plaque peuvent se monter à environ 1,0 à 1,8 mm, de préférence, à 1,25 mm environ. La hauteur des ondulations au-dessus du plan moyen peut être de l'ordre de 1,0 à 2,0 mm et de bons résultats ont été obtenus avec des plaques constituées de 5 métal en feuille d'une épaisseur de 0,5 mm, dans lesquelles la hauteur des ondulations était de 1,25 mm. L'espacement des ondulations peut être de 12 à 20 mm et se situer, par exemple, à 15 mm, l'espacement des encoches pouvant atteindre une valeur de 50 à 100mm. 10 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif et au procédé que l'on vient de décrire uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 70 21972 s 2046797 RBVBK.DICAtI0.H8 1.™ Paquet de plaqués de transfert de cha leur pour échangeurs de chaleur régénérateurs, comprenant des plaques profilées superposées formant des canaux pour les flui-5 des d'échange de chaleur s"étendant entre deux surfaces terminales opposées du paquet, ce paquet étant caractérisé en ce que chaque plaque est ondulée de manière générale sur sa surface entière, les ondulations fornant un angle avec la direction principale d1 écoulement des fluides à travers le paquet, et elle 10 présente par ailleurs des encoches doubles qui sont parallèles aux ondulations et sont espacées d'une distance correspondant à la largeur combinée de plusieurs ondulations et font saillie symétriquement des deux côtés de la plaque, la hauteur des encoches au-dessus du plan moyen de la plaque étant supérieure 15 à celle des ondulations, et les plaques étant agencées en sorte que les ondulations et les encoches d'une plaque soient en travers des ondulations et des encoches des plaques voisines, de telle manière que les plaques soient en contact l'une avec l'autre uniquement en des points espacés le long des crêtes des 20 encoche s o 2o- Paquet de plaques selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que les crêtes des encoches de chaque plaque sont aplaties pour tenir compte du contact superficiel entre les crêtes, 25 3o- Paquet de plaques selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle entre les ondulations et la direction principale d'écoulement des fluides est de l'ordre de 20 à 50°. 4„- Paquet de plaques selon l'une quelcon- ' 30 que des revendications précédentes, caractérisé en ce que toute les plaques ont le même' profil» 5.- Paquet de plaques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ondulations et les encoches de plaques voisines s'étendent symétri- 35 quement en oblique dans "des directions opposées relativement à la direction principale de l'écoulement de fluide. 6.- Paquet de plaques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la différence entre les hauteurs-de s encoches et des ondulations au- 70 21972 / 2046797 dessus du plan moyen de la plaque est de l'ordre d'environ 1,0 à 1,8 mm, de préférence, de 1,25 mm environ. 7.- Paquet de plaques suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la hauteur des ondulations au-dessus du 5 plan moyen de la plaque est de l'ordre de 1,0 à 2,0 mm environ. 8.- Paquet de plaques suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espacement des ondulations est de l'ordre de 12 à 20 mm environ. 9.- Paquet de plaques suivant 1'une quelconque 10 des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espacement des encoches est de l'ordre de 50 à 100 mm environ.