Brevet FR2442419A1 — publié le 19800620

L'invention se rapporte à un élément d'échange direct et/ou indirect de chaleur entre fluides, en particulier de refroidissement d'eau à l'air, comprenant plusieurs surfaces d'échange parallèles, conformées en corps de contact en forme de plaques et comprenant plusieurs canaux parallèles d'échange indirect de chaleur. Les éléments d'échange de chaleur du type tel que spécifié sont bien connus. Ils s'utilisent par exemple dans les tours de refroidissement de l'eau à l'air, l'échange de chaleur ayant lieu soit directement entre l'eau et l'air pour le refroidissement par évaporation, soit par transfert de chaleur par convection avec échange indirect de chaleur. Dans le premier cas, l'eau coule en pluie sur la surface des corps de contact, tandis que l'air circule à contrecourant ou à courants croisés avec l'eau entre les corps de contact parallèles. Dans l'autre cas, l'eau passe dans les canaux parallèles des corps de contact, tandis que l'air balaye le cbté extérieur de ces canaux. Les corps de contact connus sont utilisés non seulement soit dans les tours de refroidissement dites à voie humide pour l'échange direct de chaleur, soit dans les tours de refroidissement dites à voie sèche pour l'échange indirect de chaleur, mais sont aussi utilisés dans les tours de refroidissement dites combinées à voie humide et à voie sèche et dans lesquelles certaines des surfaces d'échange opèrent exclusivement par voie sèche et certaines, exclusivement par voie humide ou encore toutes opèrent soit par voie sèche soit, en cas de nécessité, par voie humide, ou certaines opèrent de ces deux manières.L'élément conforme å l'invention convient pour étre utilisé soit pour l'échan- ge direct, soit aussi pour l'échange indirect de chaleur, aussi bien en mode opératoire exclusivement par voie sèche qu'en mode opératoire exclusivement par voie humide ou aussi en mode opératoire combiné par voie sèche et par voie humide. Les éléments connus destinés à constituer des corps de contact en forme de plaques de surfaces d'échange de chaleur sont réalisés soit en métal, soit en matière plastique. Alors que les tubes d'échange de chaleur peuvent être munis de manière simple de nervures ou ailettes transversales destinées à augmenter la surface d'échange, les corps de contact en forme de plaques impliquent des procédés de fabrication relativement comateux, indépendamment du fait qu'ils sont en métal ou en matière plastique. L'invention a pour objet un élément d'échange direct et/ou indirect de chaleur entre fluides, comprenant de multiples surfaces d'échange parallèles, conformées en corps de contact en forme de plaques, comprenant des canaux parallèles d'échange indirect de chaleur, pouvant être réalisées de manière simple et bon marché et pouvant être assemblées de manière à constituer des éléments rapportés de garnissage de tours de refroidissement. Selon une particularité essentielle de l'élément d'échange de chaleur selon l'invention, chaque corps de contact est formé d'une plaque double entretoisée à parois simples, extrudée en une pièce de matière plastique et comprenant des canaux de section rectangulaire, ainsi que des nervures ou ailettes déviatrices (destinées a créer des tourbillonnements) qui sont parallèles aux canaux et réalisées sur les deux surfaces extérieures et plusieurs de ces corps de contact sont reliés à au moins un collecteur de fluide au moins sur un côté extrême ouvert. Les corps de contact formés de plaques doubles entretoisées à parois minces,extrudéesen une pièce de matière plastique et utilisables pour l'échange direct et/ou indirect de chaleur peuvent se fabriquer de manière particulièrement simple et bon marché en série et peuvent avoir toutes les cotes voulues.Les canaux de section rectangulaire et les nervures déviatrices, parallèles aux canaux et réalisées surles deux surfaces extérieures confèrent aux plaquer doubles entretoisées une structure extrêmement avantageuse aussi bien pour l'échange direct que l'échange indirect de chaleur, cette structure satisfaisant à tous les critères de résistance mécanique imposés aux plaques doubles entretoisées, malgré qu'il soit possible de la produire de manière simple, cette structure satisfaisant par ailleurs aussi bien à toutes les conditions découlant des principes de la thermodynamique.Les entretoises situées entre les deux surfaces extérieures de la plaque double non seulement forment les canaux de section rectangulaire qui ont donc une forme favorable du point de vue de la dynamique des fluides, mais de plus confèrent la rigidité nécessaire à cette plaque double malgré qu'elle comprenne des parois minces. Cette rigidité est encore accrue par les nervures ou ailettes déviatrices qui sont parallèles aux canaux et réalisées sur les deux surfaces extérieures et qui font en sorte que le fluide circulant entre les différentes plaques doubles entretoisées, en particulier l'air, ne forme pas un courant laminaire appliqué contre la surface extérieure des plaques doubles, mais forme à certaines distances une circulation turbulente produite par ces nervures déviatrices et améliorant le transfert de chaleur.Finalement, plusieurs de ces plaques doubles entretoisées qui sont ouvertes sur les deux côtés extrêmes peuvent être assemblées au moyen d'au moins un collecteur de fluide placé contre l'un des cotés extrê- mes ouvert de façon que l'un des fluides prenant part à l'échange de chaleur circule dans les canaux de manière spécifique déterminée. La plaque double entretoisée à parois minces convient donc à la réalisation de surfaces d'échange de chaleur à différents profils de circulation et différents modes de branchement. Selon une autre particularité avantageuse de l'inven- tion, les nervures déviatrices sont décalées latéralement par rapport aux entretoises qui forment les canaux de manière non seulement à améliorer le raidissement qu'elles produisent, mais aussi de manière à éviter les accumulations néfastes de matière à la fabrication de cette plaque double. Selon un mode de réalisation avantageux, les nervures ou ailettes déviatrices sont disposées au milieu entre les entretoises. Selon un mode d'assemblage extrêmement simple de plusieurs plaques doubles entretoisées en un élément d'échange de chaleur, des baguettes constituant des tasseaux continus relient plusieurs de ces plaques au moins sur un côté extrême ouvert. Les baguettes formant des tasseaux continus assemblent ainsi les plaques doubles entretoisées voisines de manière étanche et empechent par exemple l'eau entrant dans les canaux d'humidifier aussi les côtés extérieurs des plaques. En variante de réalisation de l'invention, plusieurs plaques doubles entretoisées sont reliées sur les côtés extrêmes ouverts par des chambres collectrices fermées. Ce mode de réalisation convient en particulier à l'échange indirect de chaleur avec de l'eau s' écoulant en circuit fermé, l'eau coulant en parallèle dans plusieurs plaques doubles juxtaposées. Lorsque l'eau doit circuler dans plusieurs plaques doubles entretoisées qui sont juxtaposées et branchées en série, des chambres de renvoi peuvent conformément à l'invention relier alternativement les cotés extrêmes ouverts des plaques doubles voisines. La circulation a toujours lieu en parallèle dans tous les canaux des différentes plaques doubles entretoisées voisines qui sont reliées de la manière décrite ci-dessus. Lorsqu'il faut aussi que les différents canaux de chaque plaque double entretoisée soit branchés en série dans le sens de la circulation du fluide, un couvre-joint obture conformément à l'invention les deux surfaces extrêmes de chaque plaque double et une entretoise sur deux seulement se prolonge jusqu'au couvre-joint auquel elle est reliée de manière étanche et ainsi tous les canaux de la plaque double sont branchés en série lorsque chacun des canaux situés à l'extérieur est branché au moyen d'une tubulure de raccord à des tuyaux collecteurs qui alimentent de pré férence plusieurs de ces plaques doubles en fluide devant être refroidi Selon un mode de réalisation avantageux, conforme à l'invention, l'épaisseur de paroi de la plaque double entretoisée est d'environ 1 mm et le rapport de la longueur des côtés des canaux en coupe transversale est d'environ 1 : 4. Finalement, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, une nervure ou ailette déviatrice est disposée au milieu de chaque canal sur les deux côtés extérieurs de la plaque double entretoisée. Suivant une autre particularité avantageuse de l'invention, le rapport de la hauteur des nervures déviatrices à la distance qui les sépare est compris dans une plage allant de 1 : 20 à 1 : 50 et il est de préférence d'environ 1 : 30, cette disposition créant les meilleures conditions pour la dynamique des fluides sans porter atteinte à la simplicité de la fabrication des plaques doubles qui sont de préférence extrudées en chlorure de polyvinyle. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une plaque double entretoisée - la figure 2 est une vue en perspective d'un élément d'échange de chaleur réalisé à l'aide de plaques doubles entretoisées telles que représentées sur la figure 1 - la figure 3 est une coupe transversale partielle d'une variante d'assemblage de plusieurs plaques doubles entretoisées en un élément d'échange de chaleur ; - la figure 4 est une coupe transversale partielle d'une autre variante d'assemblage de plaques doubles entretoisées en un élément d'échange de chaleur ; et - la figure 5 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une plaque double entretoisée selon la figure 1 qui est utilisée en élément d'échange de chaleur. La plaque double entretoisée 1 représentée à titre d'exemple'comprend deux parois latérales 2 placées à distance'l'une de l'autre et réunies au moyen d'entretoises 3 de manière à former des canaux 4 de section rectangulaire. Les parois latérales comportent sur la surface ex térieure des nervures déviatrices 5 qui sont parallèles les unes aux autres et aux canaux 4. Ces nervures sont situées entre les entretoises 3 dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1. Le mode de réalisation décrit de la plaque double entretoisée 1 permet à cette dernière d'être extrudée en une pièce de matière plastique, de préférence chlorure de polyvinyle, en particulier avec des parois d'épaisseur relativement faible, de préférence d'environ 1 mm. Les entretoises 3 placées entre les parois latérales 2 confèrent à la plaque double 1 une résistance mécanique suffisante malgré la faible épaisseur des parois. Le rapport de la longueur des côtés est d'environ 1 : 4 et la distance séparant les entretoises 3 correspond approximativement à quatre fois leur largeur de manière a conférer à ces canaux une section qui est favorable à la dynamique des fluides. Les nervures déviatrices 5 de la surface extérieure des parois latérales 2 étant destinées non seulement à élever la stabilité de ces parois, mais aussi à modifier la circulation du fluide balayant ces surfaces extérieures, le rapport de la hauteur de ces nervures ou ailettes 5 à la distance qui les sépare est compris dans une plage allant de 1 : 20 à 1 : 50. Le rapport le plus avantageux est de 1 : 30. Les plaques doubles entretoisées 1 ne sont représentées que schématiquement sur les figures 2 à 5 qui illustrent quatre possibilités de la mise en oeuvre. En particulier, les nervures déviatrices 5 des parois latérales 2 sont supprimées sur ces figures par souci de clarté des dessins. Dans le mode de réalisation de la figure 2, des baguettes 6 formant des tasseaux continus relient le côté extrême supérieur ouvert de plusieurs plaques doubles entretoisées 1. Des blocs 7 constituant des tasseaux sont des tinés maintenir aussi l'extrémité inférieure des plaques doubles parallèles 1 à distance prédéterminée. L'élément représenté sur la figure 2 convient en particulier à 1'é- change de chaleur entre de l'eau qui pénètre par le'haut dans les canaux 4 de la plaque double 1 et de l'air qui circule dans les espaces séparant les plaques doubles 1 transversalement par rapport à la direction d'écoulement de l'eau. Les baguettes 6 formant des tasseaux sur le côté supérieur extrême ouvert des plaques doubles 1 interdisent à l'eau d'atteindre la surface extérieure de ces dernières. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 3, des chambres collectrices fermées 8 relient les deux côtés extrêmes ouverts de plusieurs plaques doubles entretoisées 1. La figure 3 ne représente que la partie supérieure de ces plaques 1. La chambre collectrice inférieure 8 est conrormée de la même manière que celle qui est représentée. Les orifices de raccord 8a des chambres collectrices 8 peuvent être épaulés d'une part de manière à former une transition régulière avec les surfaces internes de la plaque double 1 et,d'autre part constituer une butée pour le bord extrême de cette plaque double 1 afin de fixer cette dernière en place par rapport à la chambre collectrice 8 lors de sa mise en place dans l'orifice de raccord 8a. Alors que la circulation a lieu en parallèle dans les plaques doubles entretoisées 1 montées en parallèle dans les modes de réalisation des éléments d'échange de chaleur des figures 2 et 3, la figure 4 représente un mode d'assemblage possible de plaques doubles voisines 1 de ma nière qu'elles soient branchées en série dans le sens de circulation du fluide. Les côtés extrêmes ouverts des plaques voisines 1 sont reliées à cette fin en alternance par des chambres de renvoi 9. Ces chambres de renvoi 9 comprennent également une pièce intercalaire 9a de manière à mettre les plaques doubles voisines 1 à distance prédéterminée et à les maintenir à cette distance. Dans le dernier exemple de réalisation de l'élément d'échange de chaleur selon la figure 5, les différents canaux 4 d'une plaque double entretoisée 1 sont branchés en série dans le sens de la circulation du fluide. En effet, les côtés extremes initialement ouverts de la plaque double 1 sont obturés par un couvre-joint 10 et une entretoise 3 sur deux seulement se prolonae jusqutàce couvre-joint 10, tandis que. l'entretoise 3a qui est située entre les deux précédentes se termine a distance du couvre-joint 10. A cette fin, un petit morceau d'une entretoise 3 sur deux peut par exemple etre enlevé sur chaque coté extrême ouvert. Cette disposition réalise un branchement en série des canaux 4 de la plaque double 1 de la manière indiquée clairement par des flèches sur la figure 5. La plaque double entretoisée 1 réalisée de cette manière peut être branchée par les canaux 4 situés à l'extérieur à des tuyaux collecteurs 12 au moyen de tubulures de raccord 11. I1 est possible dans ce cas de raccorder plusieurs plaques doubles 1 disposées parallèlement à ces tuyaux collecteurs 12 afin de permettre de former un élément échangeur de chaleur à l'aide de plusieurs plaques doubles entretoisées 1 du mode de réalisation représenté sur la figure 5. R E V E N D I C A T I O N S 1. Elément d'échange direct et/ou indirect de cha- leur entre fluides, en particulier de refroidissement d'eau à l'air, comprenant plusieurs surfaces d'échange de chaleur disposées parallèlement, conformées en corps de contact en forme de plaques et comprenant des canaux parallèles pour l'échange indirect de chaleur, élément caractérisé en ce que chaque corps de contact est formé d'une plaque double entretoisée (1) à parois minces, extrudée en une pièce de matière plastique et comprenant des canaux (4) de section rectangulaire ainsi que des nervures ou ailettes déviatrices (5) qui sont parallèles auxdits canaux (4) et réalisées sur les deux surfaces extérieures et plusieurs de ces corps de contact sont reliés à au moins un collecteur de fluide au moins sur un côté extrême ouvert. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures ou ailettes déviatrices (5) sont décalées latéralement par rapport aux entretoises (3) qui forment lesdits canaux (4). 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que les nervures ou ailettes déviatrices (5) sont disposées au milieu entre les entretoises (3). 4. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des baguettes (6) formant des tasseaux continus relient plusieurs plaques doubles entretoisées (1) au moins sur un côté extrême ouvert. 5. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des chambres collectrices fermées (8) relient les côtés extrêmes ouverts de plusieurs plaques doubles entretoisées (1). 6. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une chambre de renvoi (9) relie en alternance les côtés extrêmes ouverts de plaques doubles entretoisées voisines (1). 7. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un couvre-joint (10) obture les deux surfaces extrêmes de chaque plaque double entretoisée (1), une entretoise sur deux seulement (3) se prolonge jusqu'à ce couvre-joint (10) auquel elle est reliée de manière étanche et chaque canal extérieur (4) de chaque plaque double entretoisée (1) est branché au moyen d'une tubulure de raccord (11) a un tuyau collecteur (12) qui est commun à plusieurs de ces plaques doubles (1). 8. Elémént selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi de la plaque double entretoisée (1) est d'environ 1 mm et le rapport de la longueur des côtés des canaux est d'environ 1 : 4 en coupe transversale. 9 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une nervure ou ailette déviatrice (5) est disposée au milieu de chaque canal (4) sur les deux côtés extérieurs de la plaque double entretoisée (1). 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur des nervures ou ailettes déviatrices (5) à la distance qui les sépare est compris dans une plage allant de 1 : 20 à 1 : 50 et il est avantageusement de 1 : 30. 11. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plaque double entretoisée (I) est en chlorure de polyvinyle.