Brevet FR2473696A1 — publié le 19810717

Echanqeur de chaleur à plaques munies d'ondulations La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant plusieurs plaques sensiblement rectangulaires disposées côte à côte et munies d'ondu- lations ou corrugations de génération de turbulences, lesdites plaques limitant des passages étanches de réception de deux milieux d'échange thermique qui traversent les passages dans des directions d'écoule- ment inclinées l'une par rapport à l'autre. En disposant les ondulations de plaques adjacentes de façon qu'elles soient inclinées les unes par rapport aux autres, on obtient un grand nombre de points d'appui auxquels les crêtes de plaques adjacentes sont en contact.Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, les ondulations ont généralement une configu- ration en arête, ce qui signifie que les lignes de crête et de fond des ondulations sont brisées le long de l'axe longitudinal de la plaque et font le même angle de part et d'autre de cet axe. Dans ce genre de plaques, l'angle ci-dessus mentionné entre les ondulations de plaques adjacentes est obtenu en faisant tourner une plaque sur deux de 1800 dans son plan. L'ondulation symétrique des plaques de ces échangeurs connus se traduit par des propriétés ther- miques identiques de tous les passages d'échange de chaleur, même si on utilise en alternance deux types différents de plaques, c'est-à-dire des plaques ayant des angles d'ondulation différents. Ce qui vient d'être dit s'applique à l'écoulement diagonal, qui signifie que chacun des milieux d'échange de chaleur coule entre des ouvertures disposées à des angles des plaques situées en diagonale. Il est souvent souhaitable de réaliser des passages d'échange de chaleur ayant des propriétés ther- miques différents pour les deux milieux d'échange ther- mique, de façon à atteindre différents résultats -2- d'échange thermique de la façon-la plus efficace possible. Pour atteindre ce résultat, on a proposé par exemple de réaliser une plaque sur deux de l'échangeur de chaleur avec des ondulations qui sont asymétriques par rapport au plan moyen de la plaque, c'est-à-dire que, par exemple, les parties en retrait délimitept un volume plus impor- tant d'un côté de la plaque que de l'autre. Ainsi, on peut réaliser un échangeur de chaleur dans lequel les passages pour les deux fluides ont des volumes différents et, en conséquence, des propriétés thermiques différentes. Mais cette solution connue est désavantageuse en ce que les ondulations ne peuvent pas être prévues convenablement du point de vue de la génération des turbulences et de la résistance à la pression. La présente invention vise à obtenir des proprié- tés thermiques différentes des passages pour les deux milieux d'échange de chaleur, sans réduction de la capacité de création de turbulences ou de la résistance mécanique des ondulations. Dans ce but, l'invention propose un échangeur de chaleur du genre mentionné ci-dessus, carac- térisé notamment en ce que les ondulations s'étendent dans des directions telles qu'elles fassent en moyenne un angle plus important avec la direction d'écoulement de l'un des milieux qu'avec celui de l'autre milieu, de sorte que les passages prévus pour les deux milieux offrent des résistances à l'écoulement différentes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réali- sation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue éclatée en perspective et schématique d'un échangeur de chaleur à plaques classique; - la figure 2, similaire à la figure 1, montre un mode particulier de réalisation de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention; et - les figures 3 à 6 sont des vues en plan schéma- -3- tiques de modes préférés de réalisation de plaques d'échange thermique utilisables dans l'échangeur de chaleur suivant l'invention. L'échangeur de chaleur représenté schématique- ment en figure 1 comprend plusieurs plaques 1 et 2 alternées et est destiné à être serré de façon classique dans un châssis, non représenté pour plus de simplicité. Deux milieux d'échange thermique A et B sont respectivement amenés par des ouvertures 3 et 4 à des passages d'échange thermique formés entre les plaques et évacués de ces passages par d'autres ouvertures 3 et 4, coame indiqué par des lianes en tirets. On voit que les ouver- tures d'entrée et de sortie de chaque milieu sont disposées dans des angles diagonalement opposés des plaques, de sorte que les directions d'écoulement des milieux A et B sont inclinées l'une par rapport à l'autre. Les plaques 1 et 2 sont munies d'ondulations suivant un tracé en arête de poisson, comme indiqué en 6. Les plis des ondulations font le même angle a par rapport à l'axe longitudinal 5 des plaques des deux côtés de cet axe. Pour que les ondulations de deux plaques adjacentes fassent un angle, une plaque sur deux est tournée de 1800 dans son plan. On voit que, dans un échangeur de chaleur constitué de plaques 1 et 2 telles que définies ci-dessus qui sont complètement symétriques par rapport à leur axe longitu- dinal, tous les passages d'échange de chaleur ont des propriétés thermiques identiques. L'échangeur de chaleur suivant l'invention qui est schématisé en figure 2 comprend une série de plaques 11, 12 montrées à grande échelle en fiaure 3. Les milieux d' échange de chaleur A, B sont amenés respectivement aux passages d'échange de chaleur par des ouvertures 13, 14 et évacués de ces passages par d'autres ouvertures 13, 14. Les ouvertures 13 et 14 sont situées dans des angles diagonalement opposés des plaques. Comme sur la figure 1, l'échange de chaleur s'effectue à courants croisés. Les plaques sont munies de garnitures d'étan- chéité 18. Les plaques comportent de plus des ondula-_ tions suivant une disposition en arêtes dont la ligne de changement d'inclinaison coïncide avec l'axe longitu- dinal 15 des plaques. Les plis-d'ondulation schématique- ment indiqués en 16 et 17 font, avec l'axe longitudinal, des angles d'inclinaison b et c, respectivement. L'angle c est nettement plus grand que l'angle b. Sauf en ce qui concerne la disposition de la garniture 18, les plaques 11 et 12 sont identiques, une plaque sur deux étant tournée de 1800 dans son propre plan. Si l'on compare les angles des ondulations avec les directions d'écoulement des milieux A et B dans les passages d'échange de chaleur, on cons- tate que le milieu A rencontre les ondulations sous un angle beaucoup plus grand que le milieu B. Le milieu A qui coule entre les ouvertures 13 a une direction d'écoulement transversale aux ondulations, tandis que la direction d'écoulement du milieu B entre les ouvertures 14 forme un angle relativement faible avec ces ondulations. La résistance à l'écoulement est donc nettement plus élevée pour le milieu A que pour le milieu B et les propriétés thermiques des passages pour les deux milieux sont en conséquence considérablement différentes. Cette différence de propriétés thermiques est obtenue lorsque les angles b et c sont différents. Les figures 4 à 6 montrent des modes supplémen- taires de réalisation de plaques d'échange de chaleur prévues pour être disposées en alternance de la même façon que ci-dessus. Les plaques diffèrent de celles montrées en figure 3 uniquement en ce qui concerne le réseau d'ondulations et en conséquence il sera seul décrit. Les deux plaques 21 et 22 ont des ondulations - identiques, une plaque sur deux étant retournée de 1800. Dans ce cas, les plis d'ondulations 23, 24 présentent une rupture le long d'une ligne26 et forment respectivement des angles d et e avec la ligne 26. La ligne 26 fait à son tour un angle f avec l'axe longitudinal de la plaque. L'effet recherché sur les propriétés thermiques des passages est obtenu à condition que les plis d'oddulation 23, 24 fassent des angles différents avec l'axe longitudinal 25. La figure 5 montre deux plaques 31 et 32 munies d'ondulations 33 et 34 dont les plis s'étendent en ligne droite, formant respectivement des angles g et h avec l'axe longitudinal 35. A condition que ces angles soient différents, les propriétés thermiques des passages d'échange de chaleur seront différentes. Les plaques 41 et 42 montrées en figure 6 sont munies d'ondulations 43, 44 non brisées qui, sur les deux plaques, font un angle j avec l'axe longitudinal 45. Etant donné que cette fois les ondulations sont parallèles et ne se croisent ni ne s'appuient les unes sur les autres, on ménage des points de support entre les plaques de façon connue, en réalisant des crêtes transversales (non représentées) entre les plis d'ondu- lation. On voit facilement qu'un passage entre les ouvertures 46, passage sensiblement parallèle aux ondulations, offre une résistance à l'écoulement consi- dérablement plus faible qu'un passage sensiblement transversal aux ondulations entre les ouvertures 47. Les plaques de la figure 6 ont été représentées avec une forme carrée. Ce format de plaque permet d'obtenir la plus grande différence possible de propriétés ther- miques des passages pour les deux milieux, étant donné que les directions d'écoulement des milieux forment dans ce cas l'angle mutuel le plus élevé possible, c'est- à-dire 900. A l'aide d'une ondulation disposée comme sur la figure 6, l'un des milieux s'écoulera sensible- ment parallèlement aux ondulations, ce qui fournit la plus basse résistance à l'écoulement possible, tandis que l'autre milieu s'écoule sensiblement transversalement aux ondulations, ce qui se traduit par la résistance maximum à l'écoulement. En faisant varier l'angle j, on peut adapter les propriétés thermiques des passages -6- selon ce qui est requis. La différence est la plus élevée lorsque j est égal à 450, comme sur la figure, et se rapproche de 0 lorsque l'angle se rapproche de 0 ou de 900. On peut naturellement utiliser un format carré avec des dessins d'ondulations autres que celui de la figure 6. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. -7- Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant plusieurs plaques sensiblement rectangulaires disposées côte à cote et munies d'ondulations ou corrugations de géné- ration de turbulences, lesdites plaques limitant des passages étanches de réception de deux milieux d'échange thermique qui traversent les passages dans des direc- tions d'écoulement inclinées l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que les ondulations (16,17; 23,24; 33,34; 43,44) s'étendent dans des directions telles qu'elles font en moyenne un angle plus important avec la direction d'écoulement de l'un des milieux qu'avec celui de l'autre milieu, de sorte que les passages prévus pour les deux milieux offrent des résistances à l'écoulement différentes. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques comportent dans leurs angles des ouvertures par lesquelles les milieux sont amenés aux passages d'échange de chaleur et évacués de ces passages, les ouvertures d'entrée et de sortie pour chaque milieu étant situées dans des angles diagonalement opposés des plaques. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques (11,12,21,22) sont munies d'ondulations (16, 17, 23, 24) suivant une configuration en arêtes de poisson et s'étendent de chaque côté d'une ligne de rupture (15,26) avec des angles différents par rapport à l'axe longitudinal (15, 25) des plaques. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne de rupture des ondulations coïncide avec l'axe longitudinal (15) des plaques. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne de rupture (26) des ondulations fait un angle avec l'axe longitudinal des plaques. 6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques ont une forme sensiblement carrée.