Brevet FR2267532A1 — publié le 19751107

I1 existe de nombreux types d'échangeurs de températures ou dans deux enceintes étanches circulent deux fluides a températures différentes et qui par l'échange thermique réalisé dans i 'échangeur parviennent plus ou moins a égaliser les températures de sortie des deux fluides. C1est a dire que le fluide le plus chaud cède au fluide le plus froid au maximum 50fez de la fifférence des températures d'entrée des deux fluides. Pour obtenir un rendement supérieur, il a été réalisé notamment par le Brevet LEIOUP 7II6P3 de faire alterner des étages conducteurs avec des blocs isolants de sorte que les fluides passant a contre courant dans les enceintes se trouvent successivement en contact avec les différents étages et que la température de sortie du fluide secondaire tend a se rapprocher de la température d' entrée du fluide primaire et vice versa. Théoriquement le procédé est valable et pratiquement les résultats sont nettement supérieurs a ceux obtenus dans les échangeurs ordinaires. Riais au point de vue fabrication il s'agit en fait d'une succession d' échangeurs dans deux enceintes et tant pour le prix de revient que pour les résultats maximum il était souhaitable de trouver une formule de réalisat;on plus efficace et plus avantageuse a construire Pour cela il était nécessaire de reconsidérer les surfaces de contact et les surfaces de transfer ainsi qu'il est indiqué ci-après et dont le procédé réalisé fait l'objet de la présente invention. Dans les échangeurs primitifs fig I il existe une enceinte I ou passe le fluide primaire Figi et une enceinte 2 ou passe le fluide secondaire F 2. Ces fluides peuvent passer soit de fanon parallèle ou a contre courant suivant les cas. les deux enceintes sont séparées par la paroi commune 3 qui est par une face la surface de contact avec le fluide I et par l'autre face la surface de contact avec le fluide 2 et dont la totalité représente également la surface de transfer des calories d'un fluide a l'autre. Ensuite pour obtenir un meilleur rendement il a été construit des échangeurs ou la surface de contact avec leS fluides a été considérablement augmentée par l'adjonction d'ailettes 4 À et 4 B a l'intérieur de chaque enceinte de sorte que la surface de contact est IO-I()o-I0UO fois ou plus suerieure a la surface de transfer fig. 2. Pour les échangeurs sans étage c'est la meilleure solution. À titre d'exemple figure 3 nous présentons une plaque conductrive 5 traversant la séparation commune 3 ayant 50 cm de long IO cm de large et 2 mm d' épaisseur. Cette plaque dont la moitié 5 À se trouve dans le fluide y I est en contact avec ce fluide par une surface de 25x IO x 2 = 500 centimètres carrés,puis son aitre moitié 5 B est en contact avec le fluide F 2 également par une surface de 500 cm2 Mais quand on calcul la surface de transfer de cette plaque entre les deux fluides on stapperçoit qu'elle est seulement de 10 x 0,2 = 2 centimètres.carrés c 'est a dire 500 fois plus faible que la surface de contact avec chaque fluide. Le problème consistait a revenir au système d'échange direct a travers toute la surface des plaques conductrices de facon que la surface de contact avec chaque fluide soit égale a la surface de transfer. C'est a dire ou'il fallait inventer une nouvelle formule pour disposer d'un maximum de surface de transfer dans un miruum de volume. C'est l'objet de la présente invention qui consiste a fournir un maximum d'efftcacité au recyclage par étages isolés par le fait oue chaque surface de contact est en même temps une surtace transfer direct. l'invention consiste a faire passer les calories a travers des surfaces de transfer forment séparation entre les deux fluides tout en étageant ces surfaces de transfer avec des parties isolantes pour arriver a recycler le plus possible de calories du fluide primaire dans le fluide secondaire. Comme dans ce cas il n' existe plus d'ailettes supplémentaires pour amplifier les surfaces de contact,la présente invention se compose pour chaque étage d'une série d'enceintes parralèles dans lesquels sont alternés les fluides primaires et secondaires. De cette façon le rendement théorique du recycleur peut approcher IC0D avec in nombre d'étages suffisants. Il est de N c'est a dire que théoriquement il est N + I de 90% avec 9 étages 95 % avec 19 étages etc... ce qui fait le double du rendement obtenu avec les échangeurs a étage unique. Cela signifie que le recycleur ne se contente plus comme l'échangeur de partager la différence entre les températures d'entrée des deux fluides pour obtenir des températures de sortie sensiblement égales c'est a dite 50 > de récupération. Nais qu'après avoir passé ce stade d'échange a 50P il continue de recycler les calories résiduelles restant dans le fluide primaire et vice versa de sorte que la température de sortie de chaque fluide devient progressivement égale a la température d'entrée de l'autre fluide. 11 en résulte une très importante économie de combustiblest'!áns toutes les opérations de production que d'utilisation d'energies thermiques. l'invention consiste a réalisé des étages compartimentés permettant d'utiliser le maximum de surface de transfer entre les deux. fluides a traiter. Chaque compartiment de chaque étage ou passe du fluide primaire se trouvant placé entre deux compartiments contenant du fluide secondaire et vice versa. L'invention peut se réaliser de différentes façons tout en respectant son procédé de base qui consiste a pratiquer les écnanges thermiques a travers un maximum de surfaces de transfer tout en effectuant le passage des différents fluides a travers des étages sucessifs parfaitement isolés thermiquement les uns des autres.et avec une totale étanchéité entre les deux fluides. I1 est cité a titre d'exemple indicatif et nullement limitatif un mode de réalisation de l'invention qui offre un maximum de surface de tranfer tout en conservant le procédé des étages a action progressive et ayant la faculté de couvrir toute la gamme des capacités d'échanges désirée sans aucun probleme de transfer ou autre. Le nombre d'étages doit être choisi pour couvrir largement le rendement voulu. Les surfaces d'échange et de transfer étant calculées au mieux suivant les fluides, les températures et les débits a traiter il est a considérer aue pour augmenter le débit d'un appareil il convient d'augmenter le nombre des compartiments de chaque étage. 'est apres avoir établi le rapport optimum entre les surfaces de transfer de chaque étage et les débits a traiter,que,pour obtenir le rendement maximum le nombre d'étages peut être augmenté. Dans la description donnée ci-après a titre indicatif et nullement limitatif,il est présenté fig. 4 le bloc actif d'un appareil a six étages dont chaque étage comporte I5 compartints réalisés au moyen de I6 plaques composites comportant chacune 6 plaques conductrice séparees les unes des autres par cinq éléments isolants. Le détail de la plaque composite 10 est donné au premier plan de cette fig. 4 ou l'on peut voir que chaque plaque conductrice 10 À-IO B-I0 C- 10 X- 10 E- et 10 F est isolée des autres par les éléments isolants II À II B IIC II D et II E de cette façon le fluide F I qui passe d'un côté de cette plaque composite récupère sucessivement les calories du fluide F 2 qui passe a contre courant sur 1' autre face de cette plaque composite de transfert. Comme FIG 4 les compartiments formds entre chacune des I6 plaques composite reçoivent le fluide primaire F P dans les compartiients impairs I-3-5-7-9 I3 et que le fluide secondaire =F S passe a contre courant dans les compartiments pairs 2-4-6-8-10-12-14 il en résulte que chaque fluide passe entre des plaques composites qui par une face est en contact avec le fluide primaire et par l'autre face avec le fluide secondaire. Chaque compartiment ou passe le fluide primaire est en contact avec 2 compartiments ou passe le fluide secondaire et vice versa. Tous les compartiments de I a I5 se trouvant au niveau de 10 B forment l'étage B. Tous les compartiments de I a I5 se trouvant au niveau e 10 C forment l'étage C et ainsi de suite. Les étages IO A et 10 F a chaque bout de l'appareil ont de préférence une forme triangulaire et sont reliés les uns aux autres de façon a fermer le passage d'un fluide sur une face afin de séparer rigoureusement les deux fluides tant a l'entrée qu'à la sortie. tbur cet exemple de fabrication il est utilisé I6 plaques composite de 6 étages chacune qui sont assemblées en bloc avec des entretoises maintenant la distance désirée d'une plaque a l'autre de façon a réserver un passage ou couloir suffisant au fluide qui passe entre les deux plaques. Chaque fluide étant laminé en tranches multiples pour se répartir dans les différents couloirs qui lui sont assignés se trouve a faible épaisseur en contact avec des surfaces de transfert qui par leur autre face sont en contact avec l'autre fluide. Ce laminage dans les importantes surfaces de transfert agissent progressivement d'un étage a l'autre permet le maximum de récupération avec un minimum de de turbulence qui ne produit qu'un faible freinage. FIG I échangeur a paroi commune 3 qui est a la fois surface de contact avec les fluides F I et P 2 et surface de transfert des calories d'un fluide a 11 autre. FIG 2 messe échangeur avec barre de transfert et ailettes 4 A et 4 B de contact avec les fluides F I et F 2 donnant une surface de contact beaucoup plus grande. FIG. 3 m4me échangeur avec plaque de contact permettant de comprendre la différence entre les surfaces de contact et les surfaces de transfert. (en laissant intentionnellement a part la plaque de transfert centrale ) le plaque 5 traverse la paroi 3 et par sa partie 5 A de 25 cm xIO prend contact avec le fluide F 1 par sa surface de 500 cm2 puis par sa partie 5 B prend contact avec le fluide F 2 par son autre surface de 500 cm2 alors qu'a travers la paroi3 sa surface de transfert des calories n'est que de deux centimètres carrés. la FIG 4 représente au premier plan une plaque composite comportant quatre plaques d'échange IO B-It C - 10 D - IO F et transfert rectangulaires plus deux plaques triangulaires d'ettréI2ktés déparées 10 À et IO F. par six éléments isolants IIL-II B II C-II pet II E. Cette fig 4 représente également l'ensemble du bloc actif du recycleur dans un exemple de réalisation ou l'ensemble de 16 plaques composites vue a leur extremité permet de comprendre la disposition des 6 étages comportant chacun I5 compartiments ou les fluides passent côte à côte a contre courant,le fluide primaire se Iii laminant dans les compartiments impairs 1-3-5-7-9-11-13-I5 pendant que le fluide secondaire passe de la même façon dans l'autre sens dans les compartiments pairs 2-4-6-8-10-12-14.Les étages d'extrémité ferment sur une face les compartiments pairs et sur l'autre face les compartiments impairs de façon a séparer les 2 fluides tant a l'entrée qu'a la sortie ca il est primordial au'aucun mélange ne se produise Chaque étage de la plaque composite est constituée de préférence d'une plaque conductrice plane ou formée a la demande en tout métal ou matière conductrice appropriée avec un minimum d'épaisseur dans chaque cas ou il n' existe aucune différence de pression entre les fluides. Mais dans le cadre de la présente invention il est prévu d'adapter le nouveau procédé de transfert et d'étages a toutes utilisatons désirables quelques soient les températures,les pressions ,égales ou inégales ,les débits etc.;.etc C' est pourquoi dans l'application de l'invention il est prévu l'usage de toutes surfaces conductrices et élémen- > s isolants appropriés a l'usage destiné au recycleur tout en restant dans le cadre de la présente invention. Par exemple pour les éléments conducteurs il peut être utiliser des profilés,des plaques ondulées,des éléments pleins ou creux de toutes formes appropriées. Pour les isolants c'est la même chose suivant l'usage on peut se servir d'une simple colle isolante,de rudhs,de profilés souples ou rigides ,de matières souf flées,injecMes, expensées etc... etc.... Pour les liquides notamment dans le cadre de l'invention il est prévu d'utiliser des états taillés dans des tronçons de tubes assemblés par des bagues isolantes de façon a former des tubes composites comportant le nombre d'étages voulus. Avec les tubes de différents diamètres comportant le même nombre d'étages,les fluides passeront entre les différents diamètres de tubes dont chaque élément est utilisé pour le contact avec chaque fluide et le transfert des calories, exactement comme cela se passe dans les couloirs plats. Pour un même appareil les éléments et détails de fabrication pourront etre différents suivant que cette fabrication se ruera sur le plan industriel ou artisanal. Les possibilités d'applications industrielles de l'invention sont multiples et s'imposent dans la majorité des cas ou il est fait usage d'une action thermique pour produire ou utiliser de l'éngergie. Dans toutes les centrales thermiques cuelque soit le combustible,solide,liquide, gazeux nucléaire etc Dans tous les problemes de distillation,traitements thermicues,chaul'àge, climatisation etc...etc.... il est d'autant plus appréciable cue son action est doutle,cay non seulement il réutilise les calories du fluide primaire ur les incorporer dans le fluide secondaire mais cette action donne pour second résultat de rejeter le fluide utilisé a sa température d'entrée ce oui dans de ombreux cas supprime les appareils de refroidissement.. L'appareil selon l'invention est un élé--;ent primordial pou lutter contre la crise énergétique et ses répercutions financières. REVENDICATIONS 1. Récupérateur thermique comportant au moins un bloc thermo-echangeur du type a structure feuilletée qui comporte une pluralité d'éléments d'échange thermique formés de plaques paralleles et rapprochées definissant entre elles des passages lamellaires pairs et impairs, les passages impairs étant parcourus par un premier fluide, tandis que les passages pairs sont parcourus par un second fluide devant subir un échange thermique avec Te premier fluide, caractérisé par le fait que les passages lamellaires sont tous orientes dans une même direction, les passages impairs etant parcourus dans un sens par le premier fluide et les passages pairs étant parcourus en sens oppose par le second fluide. 2. Récupérateur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments d'échange thermique, réalisés en forme de plaques, sont constitués chacun par un élé- ment thermiquement conducteur, notamment par une plaque métallique, qui est chaque fois isolée des eléments voisins. 3. Récupérateur thermique selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les éléments en forme de plaque. dans chaque bloc thermo-echangeur sont constitues par une pluralité de plaquettes thermiquement conductrices, constituant chacune un étage d'echange, qui sont juxtaposées et séparées les unes des autres par des parties thermiquement isolantes qui sont disposees transversalement a la direction de circulation des fluides. 4. Récuperateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérise par le fait qu'il a la forme générale d'un caisson contenant le bloc lamellaire d'échange thermique, deux parois opposées dudit caisson comportant chacune une ouverture d'entrée pour un fluide et une ouverture de sortie pour l'autre fluide, lesdits fluides étant canalisés a leur entrée et a leur sortie des canaux lamellaires d'échange thermique par un élément séparateur qui subdivise chacune des faces frontales opposées du bloc thermo-echangeur en deux zones qui correspondent, I'une a l'entrée d'un fluide et l'autre à la sortie de l'autre fluide, les sections des canaux lamellaires qui apparaissent dans chaque zone etant obturées alternativement en quinconce, de part et d'autre de la ligne de subdivision des faces frontales du blo thermo-échangeur, par des blocs obturateurs isolants 5. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément séparateur est constitué par une tôle située dans un plan sensiblement orthogonal aux éléments d'echange thermique en forme de plaques. ladite tôle etant reliée de maniere étanche, d'une part, aux plaques précitées du bloc thermo-echangeur et, d'autre part, a la paroi frontale correspondante du caisson renfermant le bloc thermo- échangeur, la jonction avec ladite paroi se faisant entre l'ouverture d'entree prévue pour un fluide et l'ouverture de Sortie prévue pour l'autre fluide sur l'extrémité frontale considéree du caisson du récupérateur. 6. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise par le fait que les différentes plaques sont isoles les unes des autres par des joints placés le long de leurs arêtes longitudinales. 7. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le-fait que les joints peuvent être réalisés en toute matiere isolante appropriée, par exemple en matière plastique, en caoutchouc résistant a la chaleur ou en matériaux analogues. 8. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé par le fait que les blocs obturateurs isolants peuvent, en ce qui les concerne, être réalisés de maniere identique aux joints marginaux situés sur les bords longitudinaux des plaques et même venir de matière avec lesdits joints 9. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que comme élément séparateur, subdivisant en deux zones chaque face frontale du bloc thermo-échangeur, on utilise une tôle venant se loger de manière ajustée dans des encoches pratiquées à l'extrémité frontale des plaques du bloc thermo-échangeur. 10. Récupérateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'un matériau isolant est- interposé entre les faces Bilatérales et frontales du bloc thermo-echangeur, d'une part, et les parois internes du caisson le recevant, d'autre part. 11. Recuperateur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérise par le fait que les plaque d'extremite du bloc échangeur a plaques composites ou les extrémi- tés frontales des plaques unitaires, sont réalisées triangulaires.