Brevet FR2214094A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes, notamment à plusieurs passages. L'expression twéchangeur de chaleur à plaques et ailettes" utilisée dans le présent mémoire désigne un échangeur comportant plusieurs éléments d'échange de chaleur ayant des organes délimitant des passages et sous fournie de-plaques disposées en regard et à distance de manière que ces organes délimitent-des passages entre des plaques, pour la circulation de fluides d'échange de chaleur, les passages comprenant au moins deux jeux de passages destinés à deux fluides, les plaques séparant les passages des deux jeux et constituant la-matière essentielle de transfert de chaleur entre les fluides.Les ailettes, habituellement en matière ondulée, sont placées entre les plaques et associées à elles de manière qu'elles favorisent le maintien à distance des plaques et renforcent la structure, tout en guidant llécoulement des fluides et en formant une matière secondaire de transfert de chaleur, accroissant le transfert par la matière primaire. De préférence, les ailettes sont du type interrompu, rendant minimale la transmission de chaleur dans la matière de l'ailette dans les directions dont une composante est parallèle à la direction d'écoulement du fluide. Pour que les caractéristiques d'échange de chaleur soient élevées, ctest-à-dire pour que le rendement d'échange soit élevé pour un volume donné d'échangeur, on doit souvent faire appel à des échangeurs à plusieurs passages. il s'agit d'échangeurs dans lesquels, dans l'ure des jeux au moins, chaque passage est séparé en deux ou plusieurs parties de manière qué le fluide s'écoule dans ltéchangeur suivant deux ou plusieurs circuits ou parties de passage, chaque circuit correspondant à chaque partie de passage. Avec vletelle construction, le fluide passant par ces passages stécoule dtune partie à l'autre par des collecteurs intermédiaires, et chaule partie de chaque passages séparée des parties adjacentes par des cloisons de circuit placées-entre les plaques. Les circuits sont reliés parles collecteurs de manière que le ou les fluides circulant dans les circuits passent d'un circuit a' autre en direction opposée à la direction d'écoulement du ou des autres fluides. Bien que de tels échangeurs aient des caractéristiques améliorées, ltavantage de leur utilisation peut être compensé dans une certaine mesure par le phénomène de conduction de chaleur dans la matière elle-msme, si bien que la chaleur est transférée d'un circuit à l'autre par les cloisons de séparation. L'invention concerne un échangeur à plaques et ailettes à plusieurs passages, dans lequel cet inconvénient est minimal. Plus précisément, l'invention concerne un échangeur à plaques et ailettes, à plusieurs circulations, comprenant plusieurs organes délimitant des passages et ayant la forme de plaques qui délimitent entre elles au moins deux jeux de passages destinés à ltécoulement d'au moins deux fluides d'échange, les passages d'un jeu au moins comprenant plusieurs circuits, les circuits adjacents étant reliés par des collecteurs intermédiaires assurant la circulation du fluide d'un circuit à un autre, des espaces délimités entre les circuits des passages étant séparés des circuits par des organes délimitant des passages, les deux plaques externes étant continues mais les autres plaques étant discontinues d'un circuit à l'autre, si bien que les passages d'un autre ou de l'autre jeu sont reliés par les espaces. Dans un mode de réalisation, les organes qui délimitent les passages peuvent comprendre des plaques et des barres d'entretoises, deux barres, une pour chaque circuit, étant disposées de manière que ledit espace soit compris -entre elles. Dans une variante, chaque circuit de chaque passage du jeu concerné peut comprendre un organe délimitant des passages et formé en ttle métallique repliée, deux parties parallèles et planes, disposées en regard de l'or- gane de pliage formant des plaques qui sont associées par une partie de l'organe au niveau du pli qui forme aussi l'en- tretoise entre deux plaques. Il est préférable que le pli de chaque organe soit disposé du ctté-du circuit adjacent a l!espace de manière que, dans cette position, il n'y ait pas de fuite entre les entretoises et. les plaques car elles sont solidaires.De l'autre côté de chaque circuit, une entretoise séparée peut autre associée de façon étanche aux plaques, de manière normale pour le montage des plaques et des entretoises. Cependant, chaque organe de pliage peut comprendre deux plis placés de part et d'autre du circuit associé de manière que la partie de l'organe placée au niveau de chaque pli forme une entretoise entre les parties parallèles. Les bords de la tôle métallique qut sont adjacents après pliage sont associés de manière étanche eut forment un tube fermé. Dans un mode de réalisation préféré, une matière isolante est placée entre des collecteurs adjacents de l'échangeur, comme dans le cas où les collecteurs d'entrée et de sortie sont disposés du m & e côté et l'un près de l'autre dans ltéchangeur.-On constate qu'une matière isolante en caoutchouc telle que- "Silcoset 1-51" donne satisfaction, entre les collecteurs d'échangeurs à plusieurs passages., utilisés pour le refroidissement de l'air de conditionnement des aéronefs, l'air- étant trop chaud lorsqu'il provient des moteurs. Evidemment, le choix de la matière isolante dépend des conditions d'utilisation, et la matière choisie doit rester inerte lorsqu'elle est au contact des fluides avec lesquels elle vient en contact dans l'échangeur. Lorsque les conditions de température sont relativement sévères, une autre matière isolante qui convient est à base dtamiante, telle que la matière 'Durestos". Dtautres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 -est une élévation dans le sens de la flèche I de la figure 2, montrant une extrémité de l'échangeur après suppression des collecteurs - la figure 2 est une coupe de l'échangeur de la figure 1, suivant la ligne II--II de la figure 1 - la figure 5 est une coupe de l'échangeur suivant la ligne III-III de la figure ; - la figure 4 est analogue à la figure 3 et cor- respbnd a une variante de ltinvention ; et - la figure 5 est analogue à la figure 3 et représente une autre variante de l'invention. Sur les dessins, l'échangeur représenté est du typeà plusieurs passages et comprend un jeu de passages 1 entremblé à un autre jeu. de passages 2, les passages 1 étant placés d1une extrémité à l'autre de l'échangeur et étant destinés à la circulation d'air de refroidissement. Des barres 3 d'entretoises sont placées dans les passages 1, sur les côtés des passages, et des éléments secondaires d'échange, sous forme de plaques ondulées 4, sont disposés entre des plaques 5 qui délimitent tous les passages. Comme représenté sur la figure 2, les passages 2 sont destinés à plusieurs circulations ou passages, chaque passage ayant une première partie 6 ou circuit communiquant avec un second circuit 7 par un collecteur intermédiaire qui est fixé à un flasque 8 d'un c8té de l'échangeur. Des collecteurs d'entrée et de sortie de fluide destine à passer dans les passages 2, sont fixés aux flasques 9 et 10 sur le côté de l'échangeur éloigné du flasque 8. De manière classique, les circuits 6 et 7 comportent aussi des éléments ondulés d'échange secondaire il dont des parties sont représentées sur la figure 2.Les deux plaques externes 5a entourant les passages 1 sont continues et, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les plaques 5 qui délimitent les passages 2 ne sont pas continues, de manière qu'elles ne passent pas d'un circuit à l'autre dans chacun des passages 2. Comme représenté sur la figure 2, des plaques 5 séparées sont disposées de part et d'autre des passages 2, chaque plaque 5 délimitant seulement un circuit de chaque passage si bien que, comme représenté sur la figure 2, une plaque est disposée totalement le long du circuit 6 alors que l'autre est disposée totalement le long du circuit 7. Les deux plaques, comme représenté sur la figure 2, sont séparées au niveau de leur bord adjacent de manière qu'elles forment un espace 12 empêchant la conduction de chaleur du fluide du circuit 6 au circuit 7, à travers les plaques 5. Chaque passage 6, 7 est délimité par des entretoises 13 placées entre les plaques adjacen-tes. Les deux entretoises 13 adjacentes l'uià l'autre au niveau de l'espace 12 sont maintenues à distance comme représenté sur la figure 2 et sont disposées aux bords des plaques de manière à séparer les circuits de l'espace. Selon une autre caractéristique de-l'invention, l'échangeur comprend aussi un dispositif isolant placé entre les collecteurs intermédiaires adjacents d'un côté de l'échangeur. Dans ce cas particulier, les flasques 9 et 10 sont sépares par une matière isolante en caoutchouc, par exemple "Silcoset 151", portant. la préférence 14 et logée dans des gorges des flasques de manière à être diposée sur toute la longueur des flasques. Le logement de la matière isolante dans les gorge est étanche, si bien que le fluide ne peut pas s'échapper de l'échangeur. A l'autre extrémité de l'espace 12, celui-ca.est fermé par une barre 15. A cet emplacement particulier, on constate qu'il n'est pas nécessaire qu'une matière isolante empeche-la conduction de chaleur au niveau d'un passage vers le suivant, car la température du fluide sortant du circuit 6 et pénétrant dans le collecteur intermédiaire est sensiblement la meme que celle du fluide qui pénètre dans le circuit 7. - Lors de l'utilisation de l'échangeur, le fluide de refroidissement passant dans les passages 1 pénètre aussi dans les espaces 12 Lorsque le fluide chaud pénètre et circule dans les circuits 6 depuis le collecteur d'entrée, vers le collecteur intermédiaire, la chaleur du fluide ne passe pas dans le circuit 7 à travers la matière de l'échan- geur, car les plaques 5 sont maintemles à distance, comme décrit précédemment, le long des deux circuits. De plus, la matière isolante 14 empêche aussi le passage de la chaleur du flasque 9 au flasque 10.En réalité, la présence du fluide de refroidissement dans les espaces 12 réduit encore le passage de chaleur du circuit 6 au circuit 7, car chaleur qui pourrait passer par la barre du circuit 6 et dans l'espace 12 passe immédiatement dans le fluide de refroidissement dans l'espace. La connexion directe est m-f- nivale en conséquence entre les circuits de chaque passage 2, si bien que la température du fluide sortant dans le collecteur de sortie, à partir du circuit 7, est aus-si faible que possible car l'élévation de la température par transfert du circuit 6 au circuit 7 est évitée au maximum. Ainsi, la température du fluide sortant du circuit 7 dans le collecteur de sortie est nettement inférieure à celle qu'on obtient avec des échangeurs classiques à plaques et ailettes et à plusieurs passages, comportant des plaques continues qui ne comportent pas d'espaces 12, et dans lesquelles les circuits de chaque passage sont simplement séparés par une barre d'entretoise qui permet la conduction de chaleur. Le rendement de l'échangeur est accrt par la matière isolante 14 qui empêche la conduction de chaleur du flasque 9 au flasque 10. Dans la construction décrite, les éléments ondulés 4 et 11 sont de préférence de type interrompu, ctest-à-dire qu'ils comprennent des trous qui les traversent. Dans une variante, ils peuvent zetre continus. Dans une variante de l'invention non représentée, les plaques sont disposées transversalement d'un circuit au suivant des passages d'un jeu et des trous sont disposés dans les plaques entre les circuits. Il est préférable que ces trous soient placés au moins dans les zones dans lesquelles la différence de températures est la plus élevée, c'est-à-dire dans les zones.où les deux collecteurs sont proches l'unde l'autre. Dans une autre variante, représentée sur la figure 4, les passages ne sont pas formés par des entretoises et des plaques séparées comme décrit. Dans le cas de la figure 4, chaque circuit 6 et 7 est délimité par une feuille métallique repliée de manière qu'elle forme un organe 16 ayant deux parties parallèles et planes en regard, formant des plaques 17 raccordées par une partie 18 au niveau du pli qui forme aussi l'entretoise entre deux plaques.Comme représenté sur la figure 4, chaque partie 18 est placée d'un côté du circuit associé, si bien que les parties 18 de chaque passage 2 sont disposées en regard l'une de l'autre et sont séparées de manière à délimiter entre elles l'espace 12. Les organes 16 délimitent aussi en-tre eux les autres passages 1, qui, comme dans le mode de réalisation précédent,- sont reliés les uns aux autres par les espaces 12. Dans une autre variante représentée sur la figure 5, une feuille métallique forme un organe 19 pour chaque circuit des passages 2. Chaque organe 19a deux parties parallèles planes en regard, formant des plaques 20 qui sont raccordées par une partie 21 du pli, près d'un espace -12. De l'autre côté de chaque circuit 6 et 7, une extrémité priée de l'organe 19 associé forme une partie supplémentaire 22 au niveau du pli formant une autre barre d'entretoise entre les plaques 20. Les extrémités- 23 de l'organe après pliage, placées l'une près de-l'autre, sont raccordées par brasure, de manière que les extrémités soient associées de façon étanche et forment un tube penné pour le circuit associé du passage 2. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre -d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à plaques et ailettes a plusieurs passages, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes délimitant des passages et ayant la forme de plaques délimitant entre elles au moins dieux jeux de passages destinés à l'écoulement d'au moins deux fluides d'échange de chaleur, les passages de l'un des jeux au moins étant des passages à plusieurs circuits, des circuits adjacents étant reliés par des collecteurs intermédiaires permettant l'écoulement du fluide d'un circuit à l'autre, des espaces délimités entre les circuits des passages deux jeu étant séparés des circuits par des organes délimitant des passages, les deux plaques externes étant continues mais les autres étant discontinues d'un circuit à l'autre, si bien que les passages d'un autre ou de l'autre jeu sont reliés par les espaces. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes délimitant des passages qui séparent les circuits des espaces sont des barres d'entretoises, placées entre les plaques, deux entretoises distantes étant associées à chaque passage dtun jeu, une entretoise pour un circuit et l'autre pour l'autre, les entretoises distantes -délimitant un espace entre elles. 3. Echangeur selon la revendication 1-, caractérisé en ce que chaque circuit de chaque passage du premier jeu comprend un organe délimitant un passage qui est une feuille métallique formant un organe replié qui a deux parties planes parallèles en regard formant des plaques qui sont raccordées par une partie placée au niveau du pli qui forme aussi une entretoise pour deux plaques. 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce-que le pli de chaque organe replié- est adjacent à un espace placé entre des circuits et délimite -en partie un tel espace. 5. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque circuit de chaque passage du premier jeu comprend un organe délimitant un passage. qui est une feuille métallique formant un organe -replié ayant deux parties paral lèles planes en regard constituant des plaques, deux plis étant disposés dans l'organe de part et d'autre du circuit, une partie de chaque organe au niveau de chaque pli formant une entretoise entre deux plaques, les extrémités de l'or- gane étant associées de façon étanche de manière qu'elles forment un tube fermé.