Brevet FR2496861A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaque plus particulièrement destiné, à titre d'exemple, à vaporiser un fluide thermodynamique. On connais des échangeurs de chaleur à plaques, généralement con titués par des plaques métalliques planes parallèles, groupées par paires pour constituer autant de canaux débouchant à chaque extrémité dans un COE partiment distributeur ou collecteur. L'un des fluides de l'échangeur est mis en circulation dans ces canaux, tandis que l'autre circule autour des canaux. De tels échangeurs à plaques présentent l'avantage d'une importante surface d'échange, et par conséquent une efficacité thermique intéressante. Mais il est fréquent, dans l'exploitation industrielle de telc échangeurs, que ltun des fluides soit de l'eau directement prélevée dans un lac, une rivière, ou même éventuellement en mer, c1 est à dire un fluide chargé d'impuretés et utilisé en circuit ouvert sur l'échangeur. Dans ces conditions il se produit toujours des dépôts sur les plaques, extérieurement aux canaux puisquten général c'est plutôt le fluide dont on dispose alors sans limitation de débit que l'on fait circuler autour des canaux. L'accumulation des dépôts réduit les échanges thermiques, si bien qu'il est nécessaire de procéder le plus souvent possible au nettoyage des plaques. Ceci est particulièrement difficile dans les échangeurs usuels à plaques, l'espace libre entre canaux pouvant notre que de l'ordre de 5 mn ; ceci ne permet pas le passage d'outils usuels de grattage qui devraient agir sur des surfaces importantes constituées par les surfaces extérieures des canaux. La présente invention concerne un échangeur qui, tout en conservant les qualités d'échanges thermiques usuels d'un échangeur à plaques, pe met un nettoyage facile des compartiments parcourus par un fluide chargé d'impuretés. L'invention concerne donc un échangeur de chaleur à plaques entre deux fluides, dans lequel lfun des fluides circule dans des canaux, formés chacun par deux plaques parallèles et débouchant d'une part dans un compartiment distributeur et d'autre part dans un compartiment collecteur, le deuxième fluide circulant autour des canaux et à l'intérieur d'une enceinte enfermant au moins la partie des plaques externe aux compartiments distribu. teur et collecteur. Selon l'invention chaque canal est formé par deux plaques ondulées au même profil et maintenues équidistantes, chaque canal étant maintenu au contact des canaux adjacents avec un décalage d'une demi-onde, de fanon à créer entre deux canaux une succession de zones ouvertes au pàssa- ge du deuxième fluide, séparées par des lignes parallèles de contact entre plaques. Selon une forme préférentielle de réalisation, les crêtes et les creux du profil dtondulation des plaques sont à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation, de telle sorte que les zones de passage du deuxième fluide permettent le passage d'un objet sphérique ou cylindrique de diamètre égal à la distance maximale entre plaques en regard de deux canaux adjacents. Egalement selon une forme préférentielle de réalisation, les ce- naux ondulés ont une forme générale rectangulaire dont la grande dimension est parallèle aux lignes de crêtes ; chaque canal débouche à chaque extrémité dans le compartiment distributeur ou collecteur par au moins un bec latéral traversant la paroi de enceinte contenant le deuxième fluide. L'invention sera mieux comprise en se référant à-un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexes. La figure 1 est une vue générale extérieure, avec coupes partielles, d'un échangeur réalisé selon l'inventions et fonctionnant en évapora La figure 2 est une vue perspective simplifiée, avec coupes partielles, de la zone de raccordement des canaux avec un compartiment collecteur.~ La figure 3 est une coupe à plus grande échelle selon III-III de la figure 1. En se référant à l'ensemble des figures, on verra que Iséchangeur destiné à vaporiser un fluide thermodynamique est constitué par un caisson parallèlèpipédique 1, muni à sa partie supérieure d'une arrivée 2 du fluide primaire chaud qui ressort en 3 à la partie inférieure, après avoir traversé l'appareil de haut en bas selon les flèches 4, et cède une partie de sa chaleur pour vaporiser le fluide secondaire. Conformément à l'invention, les tôles constituant les canaux de passage du fluide secondaire sont ondulées et assemblées par paires comme on le voit plus en détail sur la figure 3. Ainsi deux tôles 5 et 6, ondulées au meme profil sont maintenues équidistantes par des entretoises discontinues qui peuvent être des portions de fils 7, soudées d'abord à inter val les réguliers le long de lignes de crêtes ou de creux d'une tale, et sur lesquelles on vient ensuite souder la seconde tôle, par exemple à la molette. Les entretoises discontinues ne gênent pas la circulation du flu de liquide ou gazeux selon les flèches 8 dans le canal 9 formé entre les tales. Un autre moyen de réaliser l'entretoisement de deux plaques con juguées 5 et 6 peut aussi consister à créer, le long de lignes de crêtes ou de creux, des bossages emboutis discontinus tels que 11, représentés sur une autre partie de la figure 3. Lorsque les tôles sont rapprochées les parties des bossages en regard et au contact sont soudées à la molett On pourrait encore envisager, comme représenté également sur la figure 3, de ne réaliser les bossages 13 que sur une seule tôle, ayant alors une prx fondeur égale à l'écartement désiré pour les canaux 9, et les crêtes des bossages sont alors soudées à la tôle conjuguée restée lisee. Les tales ainsi assemblées en plaques creuses 15 au moyen des entretoises, et de soudures continues étanches 16 aux extrémités et latté ralement, sont ensuite juxtaposées avec décalage d'une demi-onde, chaque plaque étant mise en contact élastique avec les plaques adjacentes par leurs lignes de crêtes. L'ensemble constitue ainsi une succession de canaux verticaux 18 en quinconces, dans lequel passe le fluide primaire. Si, comme sur la figure 3, le profil d'ondulation des tales 5 et 6 comporte des crêtes et des creux à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation, on voit que les canaux verticaux 18 ont eux-mêmes ur section presque circulaire, ou du moins dans laquelle peut s'inscrire une section circulaire 19 de diamètre égal à la distance maximale entre plaque en regard. Les plaques 15, de forme générale rectangulaire, comportent à ch que angle un bec transversal 20 utilisé pour leur maintien en position dan le caisson 1. A la partie supérieure les deux becs 20 des plaques sont ser tis dans la paroi 21 du caisson 1 et débouchent à l'extérieur de celui-ci. A la partie inférieure, seul ici sur la figure 1 le bec 20 gauche travers la paroi du caisson, tandis que le bec droit est borgne et soudé à la paro intérieure du caisson. Les zones où les becs latéraux des plaques débouchent à ltexté- rieur du caisson 1 sont coiffées par des caissons semi-cylindriques 23 et qui constituent ainsi des compartiments respectivement distributeur 25 et collecteurs 26, chacun raccordé aux circuits extérieurs par les tubulures d'entrée et de sortie 27 et 28. Appliqué à la vaporisation de fluides thermodynamiques spéciaux tels que des chlorofluorocarbones ou fluorocarbones, et par exemple des produits vendus sous la Marque Commerciale "FREON" par la Société DUPONT de NEMOURS utilisés dans des installations de récupération d'énergie à basse température, avec arrivée de liquide dans le compartiment 25 et sortie de la vapeur à la partie supérieure par les compartiments 26, l'échan- geur ainsi réalisé présente l'avantage d'un circuit de faible volume à l'intérieur desplaques, ce qui est appréciable lorsqu'il s'agit d'un flui-de onéreux. L'encrassement interne des plaques n'est pas à craindre lorsqu'il s'agit d'un fluide circulant en circuit fermé dans l'installation productrice d'énergie. Le circuit du fluide chaud, qui dans ce cas peut être de l'eau de rivière, peut se faire à grand débit dans les canaux 18 dont le nettoyage sera facile à tout moment, en particulier au moyen de billes utilisées de façon usuelle pour le nettoyage de l'intérieur de tubes pour des échangeurs à tubes de types connus. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation décrit à titre d'exesple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, et bien que ceci présente certains avantages, il n'est pas strictement nécessaire que la section des canaux 18 comporte des parties circulaires. L'utilisation de plaques ondulées, meme avec un profil sans parties circulaires, suffit pour créer des canaux de dimensions suffisantes pour que leur nettoyage soit facile, les outils de nettoyage devant alors avoir une forme adaptée à celle de la section des canaux 18. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur à plaques, entre deux fluides, dans lequel l'un des fluides circule dans des canaux formés chacun par deux plaques parallèles et débouchant d'une part dans un compartiment distributeur et d'autre part dans un compartiment collecteur, le deuxième fluide circulant autour des canaux et à l'intérieur d'une enceinte enfermant au moins la parties plaques externe aux compartiments distributeur et collecteur, caractérisé par ledit que chaque canal est formé par deux plaques ondulée au même profil, et maintenues équidistantes, chaque canal étant maintenu ai contact des canaux adjacents avec un décalage d'une demi-onde de façon à créer entre deux canaux une succession de zones ouvertes au passage du deu xième fluide, séparées par des lignes parallèles de contact entre plaques. 2,- Echangeur selon revendication 1, caractérisé par le fait que les crêtes et les creux du profil d'ondulation des plaques sont à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation de telle sorte que les zones de passage du deuxième fluide permettent le passage d'un objet sphérique ou cylindrique de diamètre égal à la distance maximale entre-plaques en regard de deux canaux adjacents. 3.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les plaques ondulées formant un canal sont main tenues équidistantes par des portions de barrettes disposées et soudées à intervalles réguleras entre les deux plaques le long de lignes de crêtes de celles-ci. 4.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les plaques ondulées formant un canal sont main tenues équidistantes par la formation de bossages emboutis discontinus sur l'une au moins des deux plaques, et dirigés vers l'autre, formés à intervalles réguliers le long de lignes de crêtes, les sommets des bossages emboutis étant soudés l'un à l'autre ou à l'autre plaque. 5.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les canaux ondulés ont une forme génie rale rectangulaire dont la grande dimension est parallèle aux lignes de crêtes, chaque canal débouchant à chaque extrémité dans le compartiment distributeur ou collecteur par au moins un bec latéral traversant la paroi de l'enceinte contenant le deuxième fluide.