Brevet FR2533021A1 — publié le 19840316

Echangeur de chaleur à plaques La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaques emboitées serrées les unes contre les autres et formant deux à deux des canaux parallèles de circulation des fluides. On connait déjà des échangeurs de ce genre à plaques groups superposées en t81e métallique emboutie, avec circulation en contrecourant des fluides en échange de chaleur, qui sont utilisés notamment dans les industries alimentaires, où l'on tire parti de leur facilité de démontage pour le nettoyage.Lorsque lton veut cependant traiter des liquides corrosifs, il convient de recourir, soit à un métal résistant à la corrosion, tel que le titane, matériau tres coûteux, soit à une matière plastique à charge conductrice, dont le coefficient de conductibilité thermique est notablement plus faible que celui des métaux usuels. I1 devient alors nécessaire de disposer les trajets des fluides en échange de chaleur, non plus en parallèle mais en série, pour compenser la diminution du coefficient d'échange. On a déjà proposé à cet effet des plaques à canaux parallèles comportant à l'une de leurs extrémités un orifice d'introduction et à l'autre un orifice d'évacuation du fluide circulant.Du fait de la circulation en série, on ne peut toutefois avoir des plaques identiques, car les orifices d'admission et d'évacuation entre deux plaques doivent être alternativement décalés, ce qui peut entrainer des erreurs au montage, entrainant le bouchage de certains orifices d'admission entre plaques. Par ailleurs, du fait du décalage des orifices, alternativement à droite et à gauche du plan médian perpendiculaire aux plaques, la répartition du débit dans les canaux des plaques n'est pas régulière, ceux plus proches des orifices d'introduction et d'évacuation étant mieux irrigués. Le coefficient d'rechange moyen est diminué par rapport à celui de plaques dont le débit de fluide serait également réparti entre tous les canaux.En outre, la perte de charge à travers ltéchangeur est relativement élevée, du fait des faibles sections de passage au niveau des orifices d'admission et d'évacuation. Enfin, les canaux des plaques étant parallèles, il convient de les fabriquer et les monter avec des tolérances rigoureuses lorsqu'elles sont en matière plastique, sinon on risquerait de poinçonner le matériau de certaines plaques. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de procurer un changeur de chaleur dont toutes les plaques soient identiques, et où la répartition du debit des fluides se fasse galement entre les canaux parallèles. Elle a encore pour but de procurer un échangeur de chaleur dont le montage soit aisé et qui assure une perte de charge faible et un coefficient d'échange satisfaisant, même avec un matériau de plaques de coefficient de conduct-bilité thermique relativement faible, tel qu'une matière plastique chargée d'une poudre de matériau conducteur. L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que ses plaques sont carres et identiques les unes aux autres, la direction des canaux sur l'une de leurs faces étant à 900 de cette direction sur l'autre face, et en ce que chaque plaque est décalée angulairement à 900 par rapport à la suivante, de façon à assurer une circulation croisée des fluides en échange de chaleur. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractérisé tiques suivantes - Les plaques sont en matériau plastique à charge bonne conductrice de la chaleur. - Chaque plaque est munie sur ses bords de l'une de ses faces d'un bourrelet, la face opposée de son pourtour étant lisse, ltétanchéité de l'échangeur étant assurée par pression du bourrelet d'une plaque contre la face lisse de la plaque adjacente. - Les orifices d'admission de l'un des fluides sur une face d'une plaque et d'évacuation de ce fluide de la face opposée de celle-ci occupent sensiblement toute la longueur d'un côté de la plaque. I1 est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un échangeur de chaleur en matière plastique chargé de noir de carbone selon l'invention. La figure 1 représente en plan une face d'une plaque. La figure 2 représente une coupe partielle selon l'axe II-II de la figure 1. La figure 3 représente en vue agrandie (détail III de la figure 1) un coin d'une plaque. La figure 4 représente en coupe par un plan vertical un empilage de quatre plaques. La figure 5 représente en perspective en vue éclatée quatre plaques d'un échangeur et la circulation des fluides dans celles-ci. Dans les figures 1 à 3, la plaque carrée comporte des canaux parallèles 1 alimentés par le haut par les orifices individuels 2. Les canaux sont séparés par des cloisons de section droite trapézoPdale 3. Elle est munie sur son rebord gauche d'orifices de passage 4, en nombre égal à celui des orifices 2, permettant le passage.d'un fluide provenant de l'arrière de la plaque et destiné à circuler au contact des deux autres plaques suivantes, comme on le verra en référence à la figure 5. Son rebord droit 5 est par contre fermé. Un bourrelet 6 sur le pourtour des canaux et des orifices de passage assure l'étanchéité par écrasement contre la face plane en regard de la plaque suivante.Des bossages 7 sur les extrémités des cloisons contribuent à assurer la régularité de ltécartement des plaques. Les figures 4 et 5 représentent la circulation des fluides entre des plaques adjacentes. Le premier fluide pénétrant par les orifices du haut de la plaque 11, circule dans ses canaux 15 du haut vers le bas, puis traverse la plaque 12 par les orifices 4 et ressort du bas vers le haut dans les canaux 17 de la plaque 13 (flèche 19 -de la figure 5). Le second fluide circule perpendiculairement au plan de la figure de l'avant vers l'arrière de celle-ci, dans les canaux 16 de la plaque 12, traverse la plaque 13 par des orifices, non représentés en figure 3, puis revient dans les canaux 18 de la plaque 14 en circulant de l'arrière vers l'avant de la figure (flèche 20 de la figure 5). Le matériau des plaques est avantageusement constitué d'une matrice polymère de polyéthylène à haute densité réticulé et de copolymère éthylène-propylène, chargée d'au moins 50% de noir de carbone, qui a fait l'objet des demandes de brevet français nO 2 459 815 du 26 juin 1979 et nO 81 10615 du 27 mai 1981 de la Demanderesse. L'échangeur de chaleur de l'invention convient en particulier pour le traitement d'eaux corrosives, notamment d'eaux d'origine géothermique, en vue de chauffage d'immeubles ou de la production d'eau chaude -sanitaire. REVENDICATIONS 1/ Echangeur de chaleur à plaques emboitées serrées les unes contre les autres et formant deux à deux entre elles des canaux parallèles de circulation des fluides, caractérisé en ce que les plaques sont carrées et identiques les unes aux autres, la direction des canaux sur l'une de leurs faces étant à 900 de cette direction sur l'autre face, et en ce que chaque plaque est décalée angulairement de 900 par rapport à la suivante, de façon à assurer une circulation croisée des fluides en échange de chaleur. 2/ Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques sont en matériau plastique à charge bonne conductrice de la chaleur. 3/ Echangeur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque plaque est munie sur ses bords de l'une de ses faces d'un bourrelet, la face opposée de son pourtour étant lisse, l'étanchéité de l'échangeur étant assurée par pression du bourrelet d'une plaque contre la face lisse de la plaque adjacente. 4/ Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les orifices d'admission de l'un des fluides sur une face d'une plaque et d'évacuation de ce fluide de la face opposée de celle-ci occupent sensiblement toute la longueur d'un côté de la plaque.