Brevet FR2315674A1 — publié le 19770121

L'invention concerne les échangeurs de chaleur du type comprenant une pile de plaques séparant chacune un mince passage de fluide primaire d'un mince passage de fluide secondaire, la pile présentant deux faces opposées comportant chacune deux surfaces terminales adjacentes dans lesquelles débouchent respectivement les passages de fluide primaire et les passages de fluide secondaire. Les échangeurs de ce type sont d'un montage particulièrement facile et peuvent être réalisés très économiquement. Ils sont utilisables notamment pour récupérer une partie de la chaleur de l'air à renouveler d'un local, par exemple un atelier, afin de réchauffer l'air de ventilation, ou pour récupérer une partie de la chaleur de Flair sortant d'un four afin de réchauffer l'air qui y entre. Cependant, l'efficacité de l'échangeur est d'autant plus élevée que les écoulements des fluides dans les passages sont colinéaires. La largeur de ceux-ci est donc limitée, et comme on ne peut pas augmenter indéfiniment la hauteur de la pile, le débit de l'échangeur est limité lui aussi. La présente invention permet d'augmenter ce débit en juxtaposant plusieurs piles de plaques, grâce à un collecteur canalisant les fluides entrant dans les passages des diverses piles et en sortant. Selon l'invention, les flux primaire et secondaire sont canalisés respectivement, à l'entrée et à la sortie de chaque extrémité de l'échangeur fornée par les faces juxtaposées des piles, dans deux conduits parallèles aux plaques et débouchant dans un collecteur comprenant, en regard de chaque pile, une cloison longitudinale sensiblement perpendiculaire aux plaques et aboutissant à la ligne de séparation des deux surfaces terminales adjacentes et, de part et d'autre de cette cloison longitudinale, une paroi transversale coupant respectivement la communication entre une desdites surfaces terminales et un desdits conduits, et entre l'autre surface terminale et l'autre conduit. Selon une importante particularité de l'invention, les cloisons longitudinales ont une forme générale triangulaire dont un c8té est pourvu d'un bord rabattu à angle droit qui s'appuie sur une cloison voisine pour former une des parois transversales, ce bord rabattu étant lui-ême pourvu d'un onglet qui est rabattu parallèlement aux plaques et sur lequel viendra se fixer une paroi de séparation des deux conduit s. La descrition qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien c-omprkenire l'invention et l'art de la réaliser, toutes particularités qui ressortent tant des figures que du texte rentrant, bien entendu, dans le cadre de ladite invention. La figure 1 est une vue en perspective éclatée de deux plaques destinées à être empilées avec d'autres plaques pour former un échangeur de chaleur. La figure 2 est une vue partielle en perpective schématique illustrant le principe de l'invention. La figure 3 représente schématiquement un échangeur de chaleur conforme à l'invention, vu en coupe selon la ligne III-III de la figure 5. La figure 4 est une vue en élévation selon la flèche IV de la figure 3. ha figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V des figures 3 et 40 La figure 6 est une vue en perspeQtive avec arra chement de l'échangeur des figures 3 à 5. La figure 7 est une vue en perspective illustrant le montage de l'échangeur. On voit sur la figure 1 deux plaques métalliques 1, 2 en forme d'hexagone allongés, c'est-à-dire cor;orenant deux longs côtés opposés 3,4, reliés à chacune de leurs extrémités par deux contés plus courts 5, 6 et ?, 8 respectivement. Chacun des longs côtés 3, 4 de chacune des plaques 1, 2 est pourvu d'un bord 9, 10, rabattu à angle droit vers le haut. Un des petits côtés 5 de la plaque i et le petit c3té opposé 7 sont également pourvus de bords 11, 13 rabattus à angle droit vers le haut, tandis que ce sont les deux autres petits côtés 6, 8 de la plaque 2 qui sont pourvus de bords rabattus vers le haut 12, 14. Quand on superpose (figure 2) une pluralité de plaques alternativement du type de la plaque 1 et du type de la plaque 2, de façon Rue chawnerepose sur les bords rabattus de celle qui est située immédiatement en-dessous, on forme une pile 15 de plaques séparant chacune un premier passage 16, pouvant être parcouru par exemple par un fluide primaire figuré schématiquement par la flèche 17, d'un second passage 18 pouvant etre parcouru, par exemple à contre-courant, par un fluide secondaire figuré schématiquement par les flèches 19, pour mettre les deux fluides en relation d'échange de chaleur. Chacune des deux faces opposées 20 et 21 de l'échangeur de chaleur ainsi constitué comprend deux surfaces terminales adjacentes 22, 23 et 24, 25.Les passages 16 débouchent dans les surfaces terninales 22 et 24, qui sont formées respectiven-ent par la superposition des cossés 6 et 8, et les passages 18 débouchent dans les surfaces terminales 23 et 25, qui sont formées respectivement par la superposition des c8tés 5 et 7. Une partie seulement de la pile 15 est représentée sur la figure 2. Cependant, on ne peut pas augmenter indéfiniment sa hauteur, sans quoi l'échan- geur atteindrait rapidement une hauteur inacceptable. Pour augmenter le débit du fluide pouvant Btre traité dans l'échangeur, on juxtapose plusieurs piles telles que 15a et 15b.On utilise, pour le passage du fluide primaire 17 du coté des faces 20 des piles, la surface terminale 22 de la pile 15 (passages 16) et la surface terminale adjacente 23a de la pile 15a (passages 18a), et ainsi de suite,et pour le passage du fluide secondaire 19 la surface terminale 22a de la pile 15a (passages 16a) et la surface terminale adjacente 23b de la pile 1t (passages 18du, et ainsi de suite Il faut donc former, du côté de ces faces 20 de 11 échangeur, une pluralité de tranches verticales (ctest-à.-dire perpendiculaires aux plaques 1 et 2) d'écoulements de fluides alternativement primaire et secondaire. Il en sera évidemment de même du ctté des faces 21 de l'échan- geur, le fluide primaire entré par les surfaces terminales 22 et 23a sortant par les surfaces terminales 24 et 25a pour former une tranche verticale d'écoulement de fluide primaire, et ainsi de suite Pour canaliser les écoulements de fluides primaire et secondaire du côté de la face 20, on dispose contre chacune des lignes 26, 26a, 26b formées par l'intersection des surfaces terminales 22-23, 22a-23a, 22b-23b une cloison longitudinale 27, 27a, 27b verticale, c' est-à-dire perpendiculaire aux plaques 1, 2.Ce cloisons ont une forme générale triangulaire, en ce sens que le bord de chacune d'elles qui est oosé à celui qui est appliqué contre la ligne 2G 2Ga, 2Gb foie deux côtés s28, 29 qui se coupent à mi-hauteur des pile. L'angle que forme les côtés 28 et 29 est avantageusement, d point de vue des pertes de charge, compris entre 50 et 1U, l'optimum théorique. se trouvant à 600 mais des considérations d'encombrement pouvant conduire à clioisir un angle plus élevé Le cgté 28 de la cloison 27 est pourvu d'un bord 30 rabattu à angle droit devant la surface terminale 23, le coté 29 de la cloison 27a est pourvu d'un bord 30a rabattu à angle droit devant les surfaces terminales 22 et 23a, et ainsi de suite Les bords 30, 30a, 30b sont eux mêmes pourvus, à leur extrémité adjacente à l'intersection des cotés tels que 28 et 29, d'onglets 31, 31a, 31b, Qui sont rabattus horizon talent à angle obtus et sur lesquels s'appuie une séparation horizontale 32 parallèle aux plaques 1, 2. La largeur des bords rabattus 30a et 30b est égale à la largeur des plaques 1, 2, de sorte qu'ils forment des parois transversales qui masquent respectivement la moitié supérieure des surfaces terminales 22, 23a et la moitié inférieurs des surfaces ter -minales 22a, 23b. La tranche d'écoulement de fluide primaire entrant dans l'échangeur par les surfaces terminales 22, 23a est donc canalisée dans 1'espace compris entre les cloisons 27 et 27a, séparé par le paroi 30a de l'espace situé au-dessus de la séparation 32, et communiquant avec l'espace situé audessous de cette séparation. Àu contraire, la tranche d'écoulement de fluide secondaire sortant de l'échangeur par les surfaces terminales 22a, 23b est canalisée dans l'espace compris entre les cloisons 27a et 27b, séparé par la paroi30b de l'espace situé au-dessous de la séparation 32 et communiquant avec l'espace situé au-dessus de cette séparation.Le fluide primaire 17 et le fluide secondaire 19 circulent donc respectivement au-dessous et au-dessus de la séparation 32 Les figures 3 à 5 représentent schématiquement un échangeur de chaleur comprenant quatre piles de plaques 15, 15a, 15b, 15c, construit sur le principe décrit en regard de la figure 2 La dernière cloison 27c est pourvue, sur son côté 29c, d'un bord 30c rabattu à angle droit contre la cloison voisine 27b comme décrit en regard de la figure 3 et, sur son autre côté 28c, d'un dernier bord 33 rabattu à angle droit en sens opposé.Ce dernier bord rabattu 33 et le premier 30 ont une largeur égale à la demi-lar;eur des plaques 1, 2 et sont respectivement en contact avec les parois latérales 34, 35, d'une enveloppe 36 contenant l'échangeur et divisée en amont de celui-ci, par la séparation 32, en un conduit de fluide primaire 37 et un conduit de fluide secondaire 38 situés respectivement en-dessous et en-dessus de cette séparation 32. La face 21 de l'échangeur est équipée dlun dispositif de canalisation semblable à celui de la face 20 et dont les éléments sont désignés par les mêmes chiffres de référence, affectés du signe "prime" (voir figures 3 et 5). es positions des parois transversales sont inversées, c'est-à-dire que c'est la noitié supérieure de la surface terminale 24 qui est masquée par une paroi transversale 30' rabattue à angle droit de la cloison 27', que la moitié inférieure des surfaces terminales 25 et 24a est masquée par une paroi transversale non vue rabattue à angle droit de la cloison 27'a, que la moitié supérieure des surfaces terminales 25a et 24b est masquée par la paroi 30'b rabattue à angle droit de la cloison 27'b , et ainsi de suite. Le fluide prinaire 17 s'écoule de droite à gauche (sur les figures 2, 3 et 5). Il arrive par le conduit 37 et se divise en deux flux qui pénètrent respectivement dans le volume 39 compris entre les cloisons 27 et 27a et dans le volume 40 compris entre les cloisons 27b et 27c(figure 3)0 Chacun de ces deux flux se divise à son tour pour pénétrer dans l'échangeur par les deux surfaces terminales en regard; plus préeisément, le flux primaire du volume 39 entre, d'une part, dans les passages 16 de la pile 15 qui débouchent dans la surface terminale 22 et, d'autre part, dans les passages 18e de la pile 15a qui débouchent dans la surface terminale 23a, et ainsi de suite Be fluide primaire sortant des passages 16 par la face 24 de la pile 15 se rassemble dans le volume 41 compris entre la cloison 27' et la paroi.latérale 35 et passe de là dans le'conduit 37' (figure 5 ;; le fluide primaire sortant des passages 18a par la surface terminale 25e de la pile 15a se rassemble, avec celui qui sort des passages 16b par la surface terminale 24 de la pile 15b, dans le volume 42 compris entre les cloisons 27'a et 27'b et passe de là dans le conduit 37', et ainsi de suite, Le fluide secondaire suit un circuit inverse, arrivant par le conduit 38' dans les deux volumes 43 et 44 compris respectivernent entre les cloisons 27' et 27'a et entre les cloisons 27'b et 27'c; il traverse l'échangeur et en sort par les volumes 45, 46 et le conduit 38 Sur les figures 1 à 5, l'écartement des plaques 1, 2 a été exagéré à dessein pour bien faire apparaître la circulation des fluides primaire et secondaire dans les conduits tels que 16 et 18. La figure 6 est une vue en perspective avec arrachement, représentant un échangeur de chaleur dont la structure a été décrite en regard des figures 3 à 5. La figure 7 illustre une étape du montage de l1êchan- geur de la figure 6. On iixe å la paroi inférieure de l'enve- loppe 36, à l'emplacement que doit occuper la ligne d1inter- section 26 des surfaces terminales 22, 23 de la pile 155 un élément de liaison fait de deux profils 47, 48 comportant chacun deux ailes 49, 50 inclinées l'une sur l'autre à angle obtus, les deux ailes 49 étant disposées dans les plans qu'occuperont respectivement les surfaces terminales 22, 23, et les deux ailes 50 étant parallèles au plan bissectur de ces deux surfaces et espacées d'une distance cale à l'épais- seur de la cloison 27 On fixe de la même façon u élément de liaison identique 47', 48' (figura 3) à l'emplecement que doit occuper la ligne d'intersection 26' des surfaces terminales 24, 25.On engage alors de haut en bas, entre ces deux éléments de liaison, des plaques 1 et 2 qu'on fait glisser tiers le Das pour forger la pile 15 (figure 7). On procède de même pour les autres piles, puis on net e place le cloisons telles que 27 et 27' en les engageant entre les ailes 50 adjacentes des éléments tels que 47 et 47' et oei met an place et soude aux parois extérieures 34 et 35 la paroi supéfleura de l'enveloppe 36 On peut ensuite fixer les éléments de liaison tels que 47 et 48 à cette paroi supérieure (non représentée sur la figure7) Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Le nombre de piles de plaques formant l'échangeur de chaleur n'est évidemment pas limité à quatre. REEDICIOIS 1. Echangeur de chaleur du type comprenant plusieurs piles de plaques åu=-taposées séparant chacune un passage de fluide primaire d'un passage de fluide secondaire, chaque pile présentant deux faces opposées comportant chacune deux surfaces terminales adjacentes dans lesquelles débouchent respectivement les passages de fluide primaire et secondaire, les flux primaire et secondaire étant canalisés respectivements à 11 entrée et à la sortie de l'échangeur formé par les faces juxtaposées des piles, dans deux conduits parallèles aux plaques et débouchant dans ut collecteur, caractérisé en ce que ledit collecteur comprend en regard de chaque pile en combinaison une cloison longitudinale sensiblement perpendiculaire aux plaques et aboutissant à la ligne de séparation des deux surfaces terminales adjacentes et, de part et d'autre de cette cloison longitudinale, des parois transversales coupant respectivement la com3nunication entre une desdites surfaces terminales et un desdits conduits, et entre l'autre surface terminale et l'autre conduit. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons longitudinales ont une forme générale triangulaire comportant à l'opposé des piles, deux cotés qui se coupent à mi-hauteur des piles et dont un est pourvu d'un bord rabattu à angle droit qui s'appuie contre une cloison voisine pour former une des parois transversales. 3. Eeh-angeur selon la revendication 2; caractérisé en ce que les cotés se coupent en formant un angle compris entre 50 et 1200. 4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle est égal à environ 600, 5. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce bord rabattu est lui-meme pourvu d'un onglet qui est rabattu parallèlement aux plaques et sur lequel est fixée une paroi de séparation des deux conduits. 6. Echangeur selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par des éléments de liaison faits de profilés qui se fixent à une paroi d'une enveloppe destinée à contenir les piles et les conduits, et entre lesquels on engage et -fait glisser les plaques pour former les piles, avant mise en place de la paroi opposée de ladite enveloppe, les cloisons longitudinales étant engagées entre lesdits éléments de part et d'autre des piles;