Brevet FR2323119A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne un échangeur de chaleur comportant des éléments réglables en position, en fonction des quantités de fluides en circulation ou des pertes de charge subies par deux fluides sur les faces opposées d'un plateau. Parmi les échangeurs classiques déjà connus, et du type comportant des plateaux, il en est un, caractéristique, dans lequel des joints annulaires d'étanchéité entourent des orifices distributeurs pratiqués dans les plateaux, et reliant alternativement des chambres intermédiaires formées entre des plateaux superposés. Dans le cas par exemple de plateaux rectangulaires, lesdits orifices distributeurs d'entrée et de sortie des chambres respectives se trouvent dans des angles opposés, de façon que le fluide s'écoule diagonalement à travers la chambre. Les surfaces des plateaux sont généralement ondulées, ou de construction analogue, de façon à augmenter la surface d'échange calorifique ou à rendre l'ensemble des plateaux plus rigide, ce qui est indispensable en raison des pressions exercées par les fluides.Lorsque les quantités des fluides en circulation sont inégales, l'un des deux fluides doit être partiellement court-circuité par une dérivation, ce qui a par ailleurs comme inconvénient une diminution de l'efficacité de l'échange. Un objet de l'invention est de réaliser un échangeur de chaleur dans lequel les trajets parcourus par les deux fluides peuvent être rendus inégaux,les fluides circulant à contre-courant l'un par rapport à l'autre. Il est ainsi possible de rendre maximale la chaleur échangée,pour une perte de charge donnée. Suivant l'invention,ce résultat est obtenu par une distribution convenable des trajets effectifs des deux fluides, réalisée grâce à des court-circuits internes partiels,sous forme d'ouvertures pour le passage des fluides. Pour la mise en pratique de ce principe, les fluides circulent suivant des trajets en spirale, du centre d'un plateau vers la périphérie ou inversement, et de préférence à contre-courant l'un de l'autre. Le rapport entre le débit des fluides et la perte de charge est réglé en augmentant ou en diminuant la longueur totale fictive du trajet parcouru par le fluide, c'est-à-dire, en fait, en augmentant ou en diminuant le "pas" de la spirale parcourue par le fluide. Ceci est obtenu dans la pratique grâce à des court-circuits partiels entre les spires successives d'un canal en spirale,créant ainsi des "shunts" entre deux spires adjacentes. Par une construction des plateaux telle que les orifices de passage correspondants puissent être différents en nombre et en surface entre les deux faces du plateau, l'optimisation recherchée, définie plus haut, peut être obtenue. Un échangeur de chaleur remplissant les objets de l'invention est caractérisé en ce que les plateaux, obtenus par exemple par estampage, présentent sur l'une de leurs faces des dépressions auxquelles correspondent des saillies sur l'autre face, les déformations correspondantes ayant le profil de cames spirales, entre les spires desquelles se trouvent des gouttières pour la circulation des fluides, les spires en question étant raccordées entre elles et les ex trémités des gouttières communiquant avec des ouvertures de liaison perpendiculaires aux plans des plateaux, tandis que les saillies se faisant face sur deux plateaux voisins sont en contact les unes avec les autres de façon à former les parois latérales des gouttières de circulation des fluides. Une mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrite, sous la forme d'échangeurs de chaleur représentés par les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue horizontale d'un plateau formant un élément d'un échangeur la figure 2 représente "en éclaté" une série de plateaux super- posés la figure 3 est une vue en coupe, suivant la ligne A-A de la figure 1, de deux plateaux adjacentes la figure 4 est une coupe, perpendiculairement à la section A-A la figure 4a est une vue en coupe suivant la ligne B-B de la figure 3, et perpendiculaire à la ligne A-A la figure 4b est une vue semblable à celle de la figure 4a, mais avec les plateaux dans une position angulaire différente la figure 4c est également analogue à la figure 4a, mais avec des plateaux dans une troisième position angulaire la figure 5 représente, suivant une coupe B-B, plusieurs plateaux adjacents, et disposés les uns par rapport aux autres suivant plusieurs positions angulaires différentes. La forme de mise en oeuvre de l'invention qui va maintenant être décrite comprend comme éléments principaux des plateaux suivant la figure 1, fabriqués en un matériau neutre conducteur de la chaleur, par exemple en feuilles d'acier inoxydable. Ces plateaux suivant la figure 1 sont obtenus par estampage, et présentent une série de profils concentriques 1 ou "cames" formées par des saillies 2 et des dépressions 3 sur la surface de la feuille métallique, qui est plane entre les cames de manière à former ainsi une série de gouttières concentriques ou circulent les fluides. L'ensemble des gouttières forme une spirale à pas alterné d'un plateau au suivant, c'est-àdire que l'écoulement dans la gouttière est alternativement centifuge et centripète, grâce à des ouvertures 4 et à des cloisons 5 placées près desdites ouvertures, qui mettent en communication deux cames concentriques adjacentes.Chaque plateau porte au centre deux trous 6 et 7, et à la périphérie deux autres trous 8 et 9. Les trous 6 et 8 forment l'entrée et la sortie d'une gouttière en spirale sur une face du plateau, et les trous 7 et 9 l'entrée et la sortie d'une gouttière correspondante sur l'autre face du plateau. Sur la figure I, la gouttière sur la face supérieure du plateau est indiquée par des flèches en traits pleins, et la gouttière sur la face inférieure par des flèches en pointillé. Des fentes ou'dépressions 10 se trouvent près des ouvertures 4dans les cames. Leur rôle est de former des passages entre deux gouttières voisines, permettant la réalisation'de plusieurs types de spirales avec un seul modèle de plateau. Lorsque les plateaux sont empilés de façon que les fentes de deux plateaux adjacents soient en regard, un passage Il est ainsi créé. L'aire de ce passage peut être réglée en déplaçant l'un des plateaux par rapport à l'autre. Le passage pour le fuide peut être totalement fermé si la gente de l'un des plateaux est bouchée par la came de l'autre plateau.Sur la figure 4a, une section tangentielle B-B présente deux passages ll à pleine ouverture.Sur la figure 4b, le plateau inférieur a, par rapport à la figure 4a, tourné d'un angle correspondant à l'écart entre les deux fentes lOa et lOb. Par conséquent, deux fentes, une dans chaque plateau, sont obstruées, mais les deux autres forment un passage Il. Sur la figure 4c, le plateau inférieur a été tourné d'un angle correspondant à la moitié de la distance entre les fentes 10, toutes les fentes étant ainsi bouchées. Des variantes en grand nombre sont possibles, par exemple avec des fentes en nombre différent sur les deux faces du plateau, des fentes de surface différen- te, etc. On peut prévoir qu'il y aura des passages pour l'un des fluides, comme sur la figure 4a, et aucun passage pour l'autre fluide, comme sur la fqure 4c. La figure 5 représente une partie d'un empilage dans lequel ce type de- déplacement angulaire est appliqué, la sectionB-B étant étendue à plusieurs plateaux de l'empilage. On peut avantageusement, par exemple dans le cas d'un échangeur à eau chaude, prévoir un ou plusieurs passages supplémentaires de liaison 12 sur l'arrivée ou le départ de l'eau primaire de retour, par exemple d'un radiateur échangeur de chaleur. Ces passages supplémentaires divisent ainsi les plateaux en une portion- de "préchauffage" et une portion de "post-chauffage". Les plateaux peuvent, de façon connue, comporter sur les gout tières de circulation des cloisons perpendiculaires 13 assurant la rigidité de l'ensemble, de façon que des pressions différentes puissent être appliquées aux deux faces du plateau. Des joints d'étanchéité 14 à la périphérie des plateaux et autour des ouvertures de liaison assurent l'étanchéité entre les plateaux. La forme de mise en oeuvre de l'échangeur de chaleur représentée et décrite n'est qu'un exemple de réalisation de l'invention. D' autres combinaisons sont naturellement possibles, dans lesquelles il y a dans chaque section B-B, pour l'un des fluides, deux passages de court-circuitage, un seul passage, ou aucun, et pour l'autre fluide, aucun passage, un seul ou deux. Il est également possible, au lieu d'introduire un supplément de fluide par les passages sup plémentaires 12, d'utiliser ces passages pour l'évacuation du fluide. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur du type à plateaux comprenant des plateaux conducteurs de la chaleur empilés en superposition, caractérisé en ce que ces plateaux, obtenus par estampage, portent sur leur surface des profils de cames (1) en spirales, formant sur ladite surface des dépressions et des saillies, de façon que les dépressions sur l'une des faces du plateau correspondent à des saillies sur 1' autre face, des gouttières pour la circulation des fluides étant formées entre lesdites cames, dont les spires sont raccordées entre elles, les extrémités des gouttières communiquant avec des ouvertures de liaison (6,8) perpendiculaires aux plans des plateaux, et les saillies (2) se faisanttface sur deux plateaux voisins étant en contact les unes avec les autres de façon à former les parois latéra- les des gouttières de circulation des fluides. 2. Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cames ont, sur chaque face d'un plateau, la forme de crêtes circulaires concentriques, dont les tours successifs sont reliés entre eux par des cloisons 5, voisines d'ouvertures (4). 3. Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé enle que des passages (11) pour un fluide mettent en communication deux gouttières de circulation séparées par au moins l'une des saillies, ces passages étant constitués par des sai gnées ou des fentes (10) dans les cloisons d'un premier plateau et par des saignées ou fentes correspondantes dans les cloisons d'un second plateau, lesdites saignées ou fentes des deux plateaux étant amenées en colncidence partielle ou totale sur les deux plateaux en empilage. 4. Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 3, caractérisé encre que la surface libre dudit passage (11) est réglée par un déplacement angulaire de l'un des plateaux par rapport à 1' autre. 5. Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un fluide participant à l'échange de chaleur est amené aux gouttières de circulation sur l'une des faces dudit plateau, un second fluide étant amené aux gouttières de l'autre face du même plateau, en contre-courant avec le premier fluide. 6. Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les dépressions et les saillies sur une même face du plateau portent des saignées ou des fentes. 7.Echangeur de chaleur à plateaux suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les dépressions sur ladite face du plateau forment des saillies sur la face opposée, ces saillies venant en contact avec des saillies correspondantes d'un plateau voisin, et l'ensemble des deux jeux de saillies formant les canaux d'écoulement entre lesquels des saignées ou fentes en coincidence forment un autre système de passages de communication.