Brevet FR2426879A1 — publié le 19791221

L'invention concerne une structure d'échangeur de chaleur entre deux fluides En particulier, mais non limitativement, l'invention s'applique pour des récupérateurs échangeurs de chaleur sur l'échappement de turbines de petites puissance et à pour but de réaliser de tels échangeurs de façon économique et très simple. L'invention a donc pour objet une structure d'échangeur de chaleur entre deux fluides comprenant des canaux tubulaires dont la surface externe est munie d'ailettes de conduction thermique caractérisée en ce qu'elle est obtenu par un assemblage par emboîtement d'une multiplicité de plaques comprenant chacune des portions élémentaires de tubes d'axes perpendiculaires à la surface de la plaque, la forme des portions élémentaires des tubes étant choisie de façon à permettre leur emboîtement dans les portions élémentaires de tubes d'une plaque précédente et suivante. Lesdites plaques sont avantageusement obtenues à partir de tôles qui sont découpées et embouties. Une telle fabrication est donc très économique. On peut également réaliser de telles plaques en verre par formage à chaud ou en matière plastique. Si cela est nécessaire, et afin d'assurer l'espacement et l'appui mutuel des plaques les unes contre les autres, ltopération d'emboutissage ou de formage réalise également, outre les portions de tubes élémentaires, des bossages. Avantageusement, lesdites portions de tubes élémentaire ont une forme tronconique. Selon une autre réalisation de l'invention lesdites portions de tubes élémentaires sont cylindriques et constituées d'une première partie, la plus éloignée de la plaque, à un premier diamètre et d'une seconde partie, la plus proche de la plaque, à un second diamètre supérieur à celui de la première partie permettant ainsi l'embottement des plaques les unes dans les autres. Un tel assemblage réalisé par simple pression des plaques les une contre les autres est suffisant si on peut tolérer un certain mélange des deux fluides ; dans le cas contraire, on peut braser les portions de tubes embouties les unes dans les autres par trempé dans une brasure à basse température ou encore au four avec brasure à haute température. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation de l'invention faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel Les figure I et 2 montrent deux modèles de plaques en tôle emboutie selon l'invention pour la réalisation d'une structure d'échangeur de chaleur. Les figures 3, 4 et 5 montrent schématiquement en plan trois différentes plaques entrant dans la réalisation d'un échangeur de chaleur. La figure 6 montre un échangeur de chaleur utilisant les plaques des figures 3, 4 et 5. La figure 7 montre schématiquement en plan une plaque de structure d'échangeur de chaleur selon l'invention en forme de couronne circulaire. La figure 8 montre un échangeur de chaleur utilisant des plaques conformes à celle représentée figure 7. En se reportant à la figure 1, on voit deux plaques de tôle 1 et 2 identiques qui ont été découpées et embouties pour leur donner la forme réalisée sur la figure. Des portions élémentaires de tubes 3 ayant été emboutis sur chaque plaque. Ces portions de tubes ont une forme telle quelles permettent l'emboitement d'une multitude de plaques les unes dans les autres. Dans le cas de la figure 1, cela est réalisé par le fait que chaque portion de tube comprend une première partie cylindrique 4, la plus éloignée de la partie plane 5 de la plaque, d'un certain diamètre et une seconde partie cylindrique 6, la plus proche de la partie plane 5 de la plaque, à un diamètre supérieur au diamètre de la première partie.Dans la figure 2, ltemboîtement est réalisé en donnant aux portions élémentaires de tubes 3 une forme tronconique. Un tel assemblage de plaques permet ainsi de réaliser une structure d'échangeur de chaleur entre un premier fluide, par exemple un fluide froid et comprimé destiné à être réchauffé avant d'entre dirigé vers une chambre de combustion d'une turbine, le premier fluide passant à l'intérieur des tubes 3 dans le sens des flèches 7 et un second fluide chaud et à faible pression, par exemple les gaz d'éehappement de la turbine, passant entre les plaques selon les flèches 8. La pression et le sens de circulation du fluide sous pression circulant à l'intérieur des tubes 3 tendent à assurer l'étanchéité des plaques entre elles et si un certain mélange des deux fluides est tolérable, l'assemblage par simple préssion est suffissant. Cependant dans le cas contraire, on peut braser les portions de tubes embouties les unes sur les autres par trempé dans une brasure à basse température ou encore au four avec une brasure à haute température. Si cela est nécessaire pour assurer l'espacement des plaques les unes entre les autres et leur permettre un bon appui, on peut emboutir en mye temps que les portions de tubes 3 des bossages 9 de distancement comme cela est représenté sur la figure 2. Les figures 3, 4, et 5 montrent une série de trois plaques réalisées conformément à celles representées sur la figure 1 ou la figure 2 et servant à la réalisation d'un échangeur de chaleur tel que celui représenté sur la figure 6. Dans cette figure, l'échangeur comprend un corps cylindrique 10 fermé à ses deux extrémités par des brides de fermeture il et 12 qui comportent une ouverture d'entrée 13 et une ouverture de sortie 14 pour le passage de l'un des fluides, par exemple le fluide comprimé et froid d'alimentation d'une turbine circulant à l'intérieur des tubes. De mimez le corps cylindrique 10 comporte une ouverture d'entrée 15 et une ouverture de sortie 16 pour le fluide chaud et à basse pression par exemple les gaz d'échappement d'une turbine circulant entre les plaques à contre courant par rapport au fluide circulant dans les tubes. Le corps cylindrique 10 est garni des plaques servant à la structure de l'échangeur.Les plaques d'extrémités 17 sont constituées par des plaques complètes circulaires telles que celle représentée figure 3. Les plaques de chicane 19 sont constituées par des plaques conforme à celle représentée figure 5 et les plaques intermédiaires 20 sont conformes à celle représentée figure 4. Les plaques représentées figure 3, 4, et 5 sont embouties sur la même presse avec le même outillage, il en résulte un coût très peu élevé d'un tel échangeur. La figure 8 représente un autre échangeur de chaleur réalisé avec des plaques en forme de couronne circulaire conformément à celle représentée figure 7. Cette plaque en forme de couronne circulaire comprend par exemple des amorces de tube 3 de forme tronconique et des bossage de distancement 9. Dans cet échangeur, un premier fluide, le fluide froid sous pression, entre par une ouverture 21 traverse l'échangeur en circulant dans les tubes dans le sens des flèches 22 et sort par une sortie axiale 23, tandis que le fluide chaud à basse pression circule entre les plaques dans le sens des flèches 24 en entrant par une entrée 25 et sortant par une sortie 26. REVENDICATIONS 1/ Structure d'échangeur de chaleur entre deux fluides comprenant des canaux tubulaires dont la surface externe est munie dtailettes de conduction thermique caractérisée en ce qu'elle est obtenue par un assemblage, par emboitement d'une multiplieité de plaques comprenant chacune des portions élémentaires de tubes d'axes perpendiculaires à la surface de la plaque, la forme des portions élémentaires de tubes étant choisie de façon à permettre leur embottement dans les portions élémentaires de tubes d'une plaque précédente et suivante. 2/ Structure d'échangeur selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdites plaques sont des plaques de tales découpées et embouties. 3/ Structure d'échangeur selon la revendication t caractérisée en ce que lesdites plaques sont en verre et obtenues par formage à chaud. 4/ Structure d'échangeur selon la revendication I caractérisée en ce que lesdites plaques sont en matière plastique. 5/ Structure d'échangeur selon l'une des revendications 2, 3 ou 4 caractérisée en ce que lesdites portions de tubes ont une forme tronconique. 6/ Structure d'échangeur selon l'une des revendications 2, 3 ou 4 caractérisée en ce que lesdites portions de tubes sont cylindriques chaque portion de tube comportant une première partie, la plus éloignée de la plaque, à un premier diamètre et la seconde partie, la plus proche de la plaque, à un second diamètre supérieur à celui de la première partie. 7/ Structure d'échangeur selon l'une des revendications 5-ou 6 caractérisée en ce que lesdites plaques comportent des bossages assurant leur espacement et leur appui mutuel. 8/ Echangeur de chaleur comportant des surfaces d'echanges selon l'une des revendications précédente.