Brevet FR2312752A1 — publié le 19761224

La présenta invention concerne des éléments t'échangeurs compacts utilises aussi bien pour la condensation indirecte, par itair ambiant ou tout autre gaz, de vapeurs à basse pression, que le refroidisse des fluides recirculés à travers les diverses "sources froides" d'une installation thermique industrielle. Ces échangeurs sont ordinairement groupes dans un certain nombre de tours atmosphériques à tirage naturel ou ventilation forcée et appelés réfrigérants secs, pour les distinguer des réfrigérants humides dans lesquels les liquides à refroidir sont ais directement en contact avec l'air ambiant. La conception des éléments d'échangeur faisant l'objet de l'invention a notamment pour but, d'une part d'offrir à l'air un passage n'entraînant qu'une faible perte de charge afin que leur utilisation puisse être envisagée dans des tours à tirage naturel de hauteur considérablement réduite, et d'autre part de proportionner les surfaces d'échange respectives, côté air et côté chaud, en raison des coefficients de transmission de chaleur correspondants, afin d'optimiser l'installation en vue de son moindre encombrement et son moindre coût. La présente invention concerne ainsi des éléments d'échangeurs compacts pour échanges thermiques entre un gaz d'une part, et au moins un fluide d'autre part S lesdits éléments sont reaarquables par le fait qu'ils comportent une boîte de forme sensiblement parallélépipédique à l'intérieur de laquelle circule le fluide, ladite botte entant pourvue latéralement de feuilles ondulées formant ailetage, et intérieurewent de moyens tels que chicanes, ailetage appropriés à la circulation convenable du fluide. Lesdits éléments pressentent en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - la disposition relative des feuilles ondules forment ailetage d'une part, et des moyens internes tels que chicanes, ailetage d'autre part, est choisie pour avoir, selon le cas, un fonctionnement à contre courants, à courants paralleles, à courants croises, à courants seoi-croisés, - les éléments cl portent en outre, intérieurement à ladite boîte, des moyens de renforcement pour le contreventement des parois, - lesdites feuilles ondulees sont fractionnées en bandes successives contigues, les ailetages desdites bandes étant décalés, - lesdites feuilles ondulées sont fractionnées en bandes successives dont deux au moins ne sont pas contigues définissant une zone dégarnie, les ailetages desdites bandes étant décalés, - aux tremités desdits éléments correspondant à l'entrée et à la sortie du gaz traversant ledit échangeur, ladite boîte présente des bords à profilage aérodynamique. La présente invention concerne également des blocs d'échangeurs compacts colportant au moins deux éléments contigus, par exemple assemblés suivant des lignes de contact entre les feuilles ondulées se faisant face. Dans la description suivante, qui n'est nullement limitative, les buts et avantages de la présente invention apparaîtront plus concrètement en référence aux figures du dessin annexé où - la figure I représente une vue partielle en perspective d'un élément selon l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale d'un bloc d'éléments tels que celui représenté à la figure I, - la figure 3 représente schématiquement, selon une vue en élévation, un sous-ensemble constitutif d'un échangeur compact avec éléments fractionnés en bandes successives contigues, - la figure 4 est une vue partielle en perspective de la partie haute des éléments représentés à la figure 3, - la figure 5 est une vue partielle en perspective avec éléments fractionnés en bandes successives dont deux ne sont pas contigus, Figure 1, les éléments en question comportent des plaques 1 séparant les fluides entre lesquels s'échange la chaleur, et des feuilles métalliques minces 2,3, ondulées, formant des ailettes latérales reliées intimement aux plaques de telle façon que la transmission de chaleur swopère sans résistance thermique préjudiciable. Côté fluide chaud, ces éléments comportent une boîte 4, de forme sensiblement parallélépipédique, formée à partir desdites plaques 1 réunies aux extrémités selon des bords 5,6. Ladite botte 4 enferme soit le système de chicanes soit le système d'ailettes convenant à l'échange avec un liquide, ou une vapeur se condensant avec un coefficient de transmission thermique plus ou moind grand, ainsi que les pièces éventuellement nécessaires pour réaliser ou compléter le contreventement, la raidissage et la~liaison mécanique des plaques 1. Ces différents systèmes et pièces n'ont pas été représentés dans un but de simplification, leur réalisation et montage étant classiques pour l'homme du métier. Comme cela apparaît sur la figure 2, les éléments que l'on vient de décrire peuvent être groupés en un certain nombre de blocs 7, dont on représente ici une coupe transversale, sous-ensembles constitutifs de l'échangeur. Côté air, les ailetages des éléments voisins, tels que 8, 9 peuvent prendre appui les uns sur les autres, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire de plats de garde avec lesquels une simple liaison mécanique de résistance suffisante est requise, ou encore s1 imbriquer plus ou moins. La disposition relative des feuilles ondulées formant ailetage d'une part, et des moyens internes tels que chicanes, aletage d'autre part, est choisie pour avoir, selon le cas, un fonctionnement à contre courants, à courants parallèles, à courants croisés, à courant semi-croisés. La section transversale des canaux constitués par les plaques d'ailetage peut être soit triangulaire, soit trapézoldala, soit rectangulaire, soit plus généralement conforme à tout tracé répétitif. Le groupement d'éléments en blocs 7 apparaît nettement sur la figure 3. Les tubulures d'entrée et de sortie des bottes sont reliées à des distributeurs 8 pour l'arrivée du liquide chaud (ou de la vapeur), et des collecteurs 9 pour la sortie du liquide refroidi (ou du condensat). Au cas où le calcul de l'échangeur conduirait à prévoir des canaux de longueur par trop supérieure à celle nécessaire à la réalisation d'un régime d'écoulement établi qui, du point de vue de l'échange thermique constitue la zone d'efficacité principale, l'ailetage peut comporter, longitudinalement, autant de discontinuités que nécessaire pour réaliser la disposition optimale. Ainsi, coi- cela apparaît sur la figure 3, et plus nettement encore sur la vue en perspective de la figure 4, lesdites feuilles ondulées sont fractionnées en bandes successives contigues telles que 10, 11, 12, dont les ailetages sont décalés, par esesple d'un desi-pas, pour assurer, d'une bande à la suivante, par renouvellement de la couche limite, la formation d'une autre zone d'écoulement en régime non établi. Des ailetages successifs peuvent atre séparés, définissant ainsi une zone dégarnie, core cela est représenté à la figure 5 où deux bandes successives 13, 14 ne sont pas contigues. Pour toutes les figures, les mouvements des filets de gaz froid à l'entrée sont su boisés par des flèches 15, et les mouvements des filets de gaz chaud à la sortie, après traversée de l'échangeur, par des flèches 16. Par ailleurs, aux extrémités desdits éléments correspondant à l'entrée et à la sortie du gaz traversant ledit échangeur, ladite boîte 4 présente des bords 5, 6, réunissant les parois 1 de façon à constituer des profils aérodynamiques adéquats, tant pour la mise en vitesse progressive de l'air à son entrée dans l'échangeur, que pour assurer à la sortie la récupération optimale du surcroît de pression dynamique disponible dans les canaux. Les blocs d'éléments d'échangeurs compacts tels que représentés schématiquement sur les figures, comportent au moins deux éléments assemblés suivant des lignes de contact, telles que 17, entre les feuilles ondulées se faisant face. I1 va de soi que la présente invention n' est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés à titre illustratif, mais comprend tous les éléments d'échangeurs compacts rentrant dans la conception générale de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Eléments d'échangeurs compacts pour échanges thermiques entre un gaz d'une part, et au moins un fluide d'autre part, caractérisés par le fait qu'ils comportent une boîte (4) de forme sensiblement parallélépipédique à l'intérieur de laquelle circule le fluide, ladite boîte étant pourvue latéralement de feuilles ondulées formant ailetage (2,3), et intérieurement de moyens tels que chicanes, ailetage appropriés à la circulation convenable du fluide. 2/ Eléments d'échangeurs compacts selon la revendication 1, caractérisés par le fait que la disposition relative des feuilles ondulées formant ailetage d'une part, et des moyens internes tels que chicanes, ailetage d'autre part, est choisie pour avoir, selon le cas un fonctionnement à contre courants, à courant s parallèles, à courants croisés, à courants semi-croisés. 3/ Eléments d'échangeurs compacts selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisés par le fait qu'ils comportent en outre, intérieurement à ladite boîte, des moyens de renforcement pour le contreventement des parois. 4/ Eléments d'échangeurs compacts selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisés par le fait que lesdites feuilles ondulees sont fractionnées en bandes successives contigues (10,11,12), les ailetages desdites bandes étant décalés. 5/ Elements d'échangeurs compacts selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisés par le fait que lesdites feuilles ondulées sont fractionnées en bandes successives dont deux au moins (13,14) ne sont pas contiguës définissant une zone dégarnie, les ailetages desdites bandes étant décalés. 6/ Eléments d'échangeurs compacts selon l'une des revendications 1 à 5, carac térisés par le fait qu'aux extrémités desdits éléments correspondant à l'entrée et à la sortie du gaz traversant ledit échangeur, ladite boîte présente des bords (5,6) à profilage aérodynamique. 7/ Blocs d'élements d'échangeurs compacts selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisés par le fait qu'ils comportent au moins deux éléments contigus. 8/ Blocs d'éléments d'échangeurs compacts selon la revendication 7, caractérisés par le fait que lesdits éléments sont au moins en partie assemblés suivant des lignes de contact entre les feuilles ondulées se faisant face.