Brevet FR2523287A1 — publié le 19830916

La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur de type liquide/gaz à plaques en particulier pour la récupération de la chaleur latente et de condensation des fumées de combustion de tout appareil générateur de chaleur. Pour constituer un échangeur de chaleur liquide/gaz, en particulier pour la construction d'un récupérateur de chaleur sur le circuit des fumées d'un appareil générateur de chaleur, on utilise habituellement des échangeurs comportant des tubes d'échange habituellement ailetés placés sur le circuit de passage des fumées. Pour améliorer les coefficients d'échange, le circuit de passage des fumées comporte en général des chicanes qui allongent le trajet de circulation des gaz qui baignent les tubes. De tels appareils sont relativement coûteux car délicats à fabriquer. La réalisation des tubes d'échange et leur montage en série et parallèle posent des problèmes d'étanchéité et également de pertes de charge relativement importants. En outre, l'efficacité d'échange pour un volume donné d'échangeur n'est pas excellente. L'invention a pour objet, plus particulièrement dans le domaine spécifique de la récupération de la chaleur latente et de condensation des fumées produites par un appareil générateur de chaleur, de prévoir un échangeur de chaleur d'un type nouveau à plaques et non à tubes. Les échangeurs de type à plaques sont bien connus mais réservés aux échanges liquide/liquide ou liquide/ vapeur. En effet, ce type d'échangeur est a priori mal adapté à un échange gaz/liquide, étant donné que le coefficient d'échange thermique entre le gaz et une plaque, par exemple métallique, est nettement moins bon que le coefficient d'échange thermique entre cette même plaque et un liquide, tel par exemple que de l'eau. Cependant, conformément à l'invention, on a découvert que dans le domaine spécifique concerné, et à condition d'utiliser des plaques d'échange convenablement adaptées, on obtenait d'excellents résultats et simultanément de grandes économies de production de ce type d'appareil. Conformément à l'invention, on utilise ainsi un échangeur de chaleur de type liquide/gaz à plaques qui se caractérise en ce qu'il comprend, placée sur le trajet de circulation des fumées, une boite formant carter dans laquelle sont empilées les unes contre les autres des plaques d'échange dont certaines au moins sont groupées en paires de plaques adjacentes et ménagent entre ellesun volume de circulation étanche pour le liquide d'échange, par exemple de l'eau, lesdites plaques présentant leur surface sensiblement parallèlement à la direction de circulation des fumées dans ladite boute. Avantageusement, la botte comporte à son entrée et/ou à sa sortie une grille de réglage de la perte de charge des fumées dans ladite boîte d'échange de chaleur. Avec une telle organisation de la construction, on constate que l'on peut obtenir des échangeurs tres compacts bon marché et comportant des rendements de récupération supérieurs à celui des échangeurs classiques tubulaires. Selon un mode de réalisation, les plaques d'échange sont constituées par des plaques, en elles-mêmes connues, pour échangeur de chaleur liquide/liquide ou liquide/vapeur et les plaques sont groupées alternativement par paires, canalisant respectivement le liquide d'échange en étant assemblées de la façon habituelle pour délimiter des volumes étanches de circulation du liquide, et par paires canalisant les fumées en étant assemblées de façon inverse au montage habituel en laissant entre elles un volume de fuite important pour le passage des fumées. De façon surprenante, on constate qu'en utilisant de cette manière nouvelle des éléments classiques, on obtient un appareil nouveau formant échangeur de chaleur liquide/gaz très efficace. Selon une construction particulièrement économique, on utilisera pour constituer l'échangeur des plaques d'échange assemblées par paires de plaques en matériau plastique moulées rainurées, ménageant entre elles un volume étanche de circulation pour le liquide. Les plaques seront assemblées par empilage et le circuit des fumées baignera le volume extérieur aux paires de plaques adjacentes en empruntant les volumes laissés libres entre rainures de paires de plaques adjacentes. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels -.la figure 1 montre, vue en plan, une plaque d'échangeur classique liquide/liquide - la figure 2 montre de façon schématique le principe de montage des plaques d'échange d'un échangeur constitué des plaques illustrées à la figure 1 - la figure 3 montre en vue perspective éclatée le montage en batterie de plaques d'échange par exemple du type illustré aux figures 1 et 2 pour constituer un échangeur selon l'invention - la figure 4 montre à plus grande échelle un détail de la tranche des plaques constituant l'échangeur, ce détail étant pris au niveau de la région entourée IV dans la figure 3 - la figure 5 montre, vue à plat avec arrachement, une paire de plaques d'échange assemblées pouvant être utilisées selon une variante - la figure 6 montre, vu de côté, comment sont empilées les paires de plaques montrées à la figure 5 pour constituer un échangeur. On se reportera tout d'abord aux figures 1 et 2. Comme illustré à ces figures, on constitue un échangeur de chaleur au moyen de paires de plaques convenablement rainurées et empilées. Ainsi, à la figure 1, on aperçoit une plaque (1) comportant des rainures en creux (2) et un joint d'étanchéité (3). Deux telles plaques sont superposées pour constituer une paire telle que (4,5,6,7,8) /figure 2/ ménageant entre deux plaques appariées un volume de circulation étanche pour le liquide d'échange. Dans la construction connue illustrée, chaque plaque comprend en outre quatre orifices (9,10,11,12) en ses quatre angles. Deux des orifices situés sur une diagonale opposée, soit (9,12) dans l'exemple illustré à la figure 1, sont formés à l'intérieur du périmètre du joint d'étanchéité (3). De cette façon, il est possible d'alimenter le volume intérieur compris entre deux plaques appariées en assurant l'alimentation en (9) et le soutirage en (12). En alternant le sens de montage des plaques, il est ainsi possible d'alimenter une série de plaques (4,6,8) en un fluide d'échange et l'autre série de plaques (5,7) en un autre fluide d'échange, et d'assurer simultanément une circulation sensiblement en sens inverse comme illustrée par les flèches à la figure 2 pour les deux familles de plaques. Lorsque l'échangeur est assemblé, les paires de plaques portent les unes contre les autres, de sorte qu'on obtient un échangeur efficace liquide/liquide du type à contre-courant et alimentation en parallèle des plaques appartenant à la même famille. On se reportera maintenant aux figures 3 et 4 qui illustrent un mode de mise en oeuvre de l'invention permettant de réaliser à partir des plaques d'échangeur standard pour échangeur liquide/liquide un échangeur liquide/gaz. Conformément à l'invention, et comme illustré à la figure 3, on place sur le trajet de circulation des fumées matérialisé par la flèche (13) un empilage (14) de plaques d'échange, par exemple du type illustré aux figures 1 et 2. Dans cet empilage, on rencontre alternativement des plaques d'échange groupées en paires de plaques adjacentes ménageant entre elles un volume de circulation étanche pour le liquide d'échange, par exemple de l'eau, ces plaques étant assemblées et groupées comme illustré à la figure 2. D'autre part, entre de telles plaques, on dispose des paires de plaques assemblées de façon inverse au montage habituel qui laissent entre elles un volume de fuite important pour le passage des fumées. Ce montage est plus clairement illustré à la figure 4 où l'on a repéré en (15,16) les tranches de deux paires de plaques adjacentes par exemple identiques aux paires (5,6) de la figure 2. Dans chaque volume étanche de ces paires de plaques circule (de préférence à contre-courant) l'eau de refroidissement des fumées. Les volumes d'eau d'échange sont compris respectivement entre les plans (17,18) pour la paire (15) et (19,20) pour la paire (16). Conformément à l'invention, entre ces paires est disposée une autre paire de plaques d'échange (21,22) assemblées de façon inverse sans joint d'étanchéité entre elles. De cette manière, on ménage un volume compris entre les plans (23,24) de passage pour les fumées comportant de très nombreuses chicanes permettant d'obtenir un bon échange thermique gaz/liquide. Pour constituer l'échangeur, il suffit de serrer convenablement un tel empilage de plaques, alternativement de passage d'eau et de passage de fumées entre deux cloisons (figure 3) d'extrémité de l'empilage (25,26), le tout pouvant être assemblé par des tirants (27). Des joues latérales(28) viennent fermer sur le côté la section de passage des fumées. Selon une caractéristique importante de l'invention, on prévoit à l'entrée et/ou avantageusement à la sortie de la "boitet' (29) d'échange une grille de réglage (30) de la perte de charge des fumées, permettant de régler convenablement le temps de passage des fumées à travers l'échangeur. On notera que dans une telle construction qui utilise de préférence des plaques métalliques, la chaleur est transmise essentiellement par conduction-des plaques telles que (21,22) qui recueillent la chaleur latente et de condensation des fumées aux plaques adjacentes telles que (31,32) qui sont en échange thermique avec le fluide de refroidissement. Selon la variante de réalisation illustrée aux figures S et 6, on peut faire l'économie des plaques telles que (21,22) et obtenir directement l'échange thermique gaz/liquide au contact des paires de plaques dans lesquelles circule le liquide d'échange. A cet effet, chaque couple ou paire de plaques tel que (33) comprend deux plaques rainurées (34,35) avantageusement identiques montées tête-bêche de façon que les rainures des plaques soient dirigées sur une face dans un sens et sur l'autre face dans l'autre sens. Les plaques sont avantageusement de forme sensiblement rectangulaire et sont réunies de façon étanche sur leur périphérie. On peut utiliser pour leur construction une matière plastique moulée, l'étanchéité du montage étant obtenue par thermosoudage ou collage. En chaque angle de chaque paire de plaques telle que (33) est formé un embout qui traverse la paire de plaques de part en part. Sur chaque plaque, deux embouts tels que (36,39) disposés sur une diagonale présentent un orifice de communication (41,40) avec le volume intérieur (42) de la paire concernée (33). Les deux autres embouts (37,38) ne comportent pas d'orifice de communication. De cette façon, lorsqu'on assemble les cellules élémentaires (33,33',etc) /figure 6/ en empilant-les plaques en inversant leur face d'une plaque à la suivante, on obtient directement un système d'alimentation en parallèle de deux séries de plaques empilées travaillant à contre-courant comme schématisé à la figure 2. L'espace (43) laissé libre entre deux paires de plaques assemblées (33,33') constitue le passage de circulation pour le volume des fumées. Cet espace est réglable en fonction de la hauteur dont les embouts (36-39) dépassent au-dessus des rainures des plaques. L'espace rainuré permet un bon échange de chaleur avec les fumées. L'ensemble des plaques peut être monté dans une bol te selon un empilage semblable à celui décrit à la figure 3. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur de type liquide/gaz à plaques en particulier pour la récupération de la chaleur latente et de condensation des fumées de combustion de tout appareil générateur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend, placée sur le trajet (13) de circulation des fumées, une botte formant carter dans laquelle sont empilées les unes contre les autres des plaques d'échange dont certaines au moins groupies en paires de plaques adjacentes (4-8,33) ménagent entre elles un volume de circulation étanche pour le liquide d'échange, par exemple de l'eau, lesdites plaques présentant leur surface sensiblement parallèlement à la direction de circulation des fumées dans ladite botte. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à son entrée et/ou à sa sortie, ladite botte comporte une grille de réglage (30) de la perte de charge des fumées dans ladite botte d'échange de chaleur. 3. Echangeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques d'échange sont constituées par des plaques (1) en elles-mêmes connues pour échangeur de chaleur liquide/liquide ou liquide/vapeur et les plaques sont groupées alternativement par paires (15,16) canalisant respectivement le liquide d'échange en étant assemblées de la façon habituelle pour délimiter des volumes étanches de circulation du liquide, et par paires (21,22) canalisant les fumées en étant assemblées de façon inverse au montage habituel en laissant entre elles un volume de fuite important pour le passage des fumées. 4. Plaques d'échange pour échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisées en ce qu'elles sont assemblées par paires de plaques (33) avantageusement constituées en matériau plastique moulées rainurées ménageant entre elles un volume étanche (42) de circulation pour le liquide. 5. Plaques selon la revendication 4, caractérisées en ce que lesdites paires de plaques assemblées (33) présentent une forme générale sensiblement rectangulaire comportant un orifice d'admission (40) du liquide à un angle et un orifice de sortie (41) du liquide à l'angle opposé. 6. Plaques selon la revendication 5, caractérisées en ce que lesdites paires de plaques (33) comportent quatre embouts (36,37,38,39) sensiblement aux quatre angles de la plaque, deux embouts (36,39) d'une diagonale communiquant avec les orifices d'admission (40) et de sortie (41) mentionnés du liquide, les deux autres embouts (37,38) ne communiquant pas avec le volume intérieur de la paire de plaques considérée.