Brevet FR2532409A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne un échangeur de chaleur, qui se compose essentiellement de plusieurs tubes parallèles et d'un grand nombre de plaques d'échange de chaleur empilées et disposées transversalement aux tubes, chaque plaque d'échange de chaleur comportant une ou plusieurs rangées de premières ouvertures servant à recevoir les tubes d'échange de chaleur et formées à l'intérieur de passages de traversée, ainsi qu'un motif d'ondulations orienté perpendiculairement à la direction d'écoulement d'un fluide gazeux, et où il est prévu entre les passages de traversées respectifs,dans ledit motif d'ondulations, des secondes ouvertures pour permettre le passage du fluide gazeux. Dans le brevet US 3 796 258, on a déjà décrit un échangeur de chaleur qui se compose essentiellement de plusieurs tubes parallèles et d'un grand nombre de plaques d'échange de chaleur qui sont empilées et disposées perpendiculairement aux tubes. Chaque plaque d'échange de chaleur comporte une ou plusieurs rangées de premières ouvertures formées à l1intérieur de passages de traversée et servant à recevoir les tubes d'échange de chaleur. Chaque plaque d'échange de chaleur comporte un motif d'ondulation orienté perpendiculairement à la direction d'écoulement d'un fluide gazeux et il est prévu à chaque fois entre les passages de traversée, dans ledit motif d'ondulations, des secondes ouvertures pour laisser passer le fluide gazeux. Les passages de traversée comportent des bords en saillie contre lesquels vient s'appliquer la plaque adjacente lors de l'empilage des plaques de l'échangeur de chaleur, La disposition en saillie des bords est nécessaire car autrement les passages des traversée de plaques successives pourraient s'emboiter l'un dans lsautre par glissement et ainsi les espacement entre plaques deviendraient inégaux. La réalisation des bords en saillie se traduit par des travaux supplémentaires. Les secondes ouvertures qui servent au passage du fluide gazeux sont constituées par des trous oblongs réalisés par poinçonnage et orientées parallèlement à l'ondulation de la plaque d'échange de chaleur. Par le poinçonnage des trous oblongs, on diminue considérablement la surface de la plaque. Il en résulte que l'échange de chaleur entre les plaques de l'échangeur de chaleur et le fluide gazeux est limité. L'invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus, dans lequel on obtient une meilleure transmission de la chaleur, l'échangeur présentant un comportement aux pertes de charge relativement favorable et étant d'une fabrication simple. Ce probleme est résolu conformément à la présente invention, dans un échangeur de chaleur du type défin, ci-dessus, en ce que les secondes ouvertures sont agencées sous la forme d'ourles et en ce qu'il est prévu plusieurs organes générateurs de turbulence qui sont répartis sur la surface de la plaque d'échange de chaleur, qui s'étendent dans la même direction que les passages de traversée et qui dépassent légèrement de ceux-ci.Les organes générateurs de turbulence peuvent être réalisés d'une manière simple et sans opération supplémentaire et ils remplissent une double fonction car ils servent d'une part à maintenir l'espacement correspondant lors de l'empilage des plaques d'échange de chaleur et d'autre part à augmenter la turbulence du fluide gazeux. Du fait que les seconds trous sont constitués par des ouïes, la surface des plaques est maintenue intégralement, ce qui se traduit pas une grande transmission de chaleur. Le comportement relativement favorable aux pertes de charge est obtenu par le minimum de déviation de l'écoulement principal de fluide gazeux. Les avantages précités permettent enfin d'obtenir des échangeurs de chaleur plus compacts et d'une fabrication moins coûteuse. De préférence, les organes générateurs de turbulence sont constitués par des languettes en tôle pliée, qui dépassent de la même distance des passages de traversée. De cette manière, les organes générateurs de turbulence peuvent être réalisés facilement avec le même outil que celui qui a formé les plaques d'échange de chaleur et en outre, on évite crue les passages de traversée de plaques successives viennent buter l'un contre l'autre. Pour répartir uniformément les organes générateurs de turbulence sur la surface de la plaque d'échange de chaleur, il est proposé de- disposer ces organes générateurs de turbulence dans un creux et une saillie adjacents au bord de'la plaque d'échange de chaleur et respectivement situés entre les rangées de tubes. Conformément à un mode avantageux de realisation de l'invention, les ouïes sont disposées dans des saillies et/ou des creux du motif d'ondulations, les ouïes étant orientées dans la direction longitudinale dudit motif d'ondulations. Pour réduire autant qu'il est possible la résistance à l'écoulement du fluide gazeux et par conséquent la perte de charge, il est proposé de disposer entre deux ouvertures successives dlune rangée une ou plusieurs ouïes dans chaque onde dudit motif et d'orienter toutes les ouïes dans le même sens ou bien d'orienter deux oules adjacentes en sens inverses.En fonction de l'agencement des rangées de tubes, -il est également possible de disposer les ouïes entre deux ouvertures successives d'une rangée seulement dans chaque seconde onde Selon un-mode avantageux de réalisation de l'invention, le motif d'ondulation est constitué par trois saillies et creux de forme triangulaire qui sont pliés respectivement dans des orien- tations opposées et les ouïtes sont situées sur les arêtes des saillies et des creux qui se correspondent mutuellement. De cette manière, on obtient automatiquement une inclinaison des ouïes par rapport à la direction d'écoulement. En outre, les ouïes sont orientées parallèlement aux lignes de transmission de chaleur, ce qui contribue à l'obtention d'une bonne transmission de chaleur. Pour augmenter la stabilité des plaques d'échange de chaleur, dans la zone du bord, les plaques d'échange de chaleur sont avantageusement pourvues d'une ondulation de bord. Sur le côté longitudinal, l'ondulation de bord est orientée perpendiculairement au motif d'ondulation formé par les saillies et les creux et où sont disposées les ouïes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à'titre d'exemple non limitatif, en référénce aux dessins annexés dans lesquels La Figure l est une vue en plan d'une partie d'une plaque d'échangeur de chaleur Ea Figure 2 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la Figure 1 à échelle agrandie Les Figures 3a -à 3e donnent des représentations stylises différentes d'agencements d'ouïes Zes Figures 4a et 4b sont des représentations des arêtes de coupe d'oules Ea Figure 5 est une vue en plan stylisée d'une plaque d'échange de chaleur comportant un autre motif d'ondulations La Figure 6a est une coupe faite suivant la ligne B-B de la Figure 5 ; et La Figure 6b est une coupe faite suivant la ligne C-C de la Figure 5. Sur la Figure 1, on a représenté une plaque d'échangeur de chaleur l comportant un grand nombre d'ouvertures 2 réparties régulièrement, les ouvertures 2 étant. ménagées à l'intérieur de passages de traversée 3. La plaque d'échange de chaleur 1 est choisie de manière que des saillies 4 et des creux 5 s'étendent dans la direction longitudinale de la plaque l. Les ouvertures 2 sont répar ties dans des rangées décalées les unes par rapport aux autres, les centres des ouvertures 2 étant respectivement situés sur l'axe d'une saillie 4. Entre deux rangées adjacentes d'ouvertures 2, il est prévu à chaque fois une saillie 4 dans la zone de laquelle sont disposés une rangée d'organes générateurs de turbulence 6, qui sont constitués par des languettes en tôle pliée. Dans la zone de,bord de la plaque l, il est prévu des organes générateurs de turbulence 6' dans un creux 5s, auquel cas à chaque fois deux organes générateurs de turbulence 6i sont disposés entre deux ouvertures successives 2 d'une rangée. Indépendamment du creux 5' adjacent au bord, il est prévu dans chaque creux, entre deux ouvertures successives 2 une oule 7 dont l'arête de découpagé est orientée dans la direction longitudinale du creux 5. On a désigné par le terme 11ouïes" les parties allongées en tôle qui sont pliées à partir de l'onde de la plaque 1 et qui forment ainsi les secondes ouvertures.Le bord de la craque 1 est pourvu d'une ondulation 8 qui est orientée perpendiculairement au motif d'ondulations constitué par les saillies 4 et les creux 5. Sur la Figure 2, on a représenté en coupe la plaque dgechangeur de chaleur 1, cette coupe étant faite suivant la ligne A-A de la Figure 1. Cette vue met en évidence le motif d'ondulations créé par les saillies 4 et les creux 5. L'ondulation de bord 8 est à chaque fois prévue sur le bord correspondant. Dans la zone de chaque seconde saillie 4 se trouve le centre des ouvertures 2 qui sont ménagées à l'intérieur des passages de traversée 3, les ouvertures présentant un rayon qui s'étend jusqu'au creux immédiatement adjacent 5. Dans la zone des creux 5 adjacents aux bords, il est prévu des organes générateurs de turbulence 6', les languettes pliées s'étendant dans la même direction que les passages de traversée 3. Dans la zone des saillies 4 qui sont disposées entre les rangees de tubes se trouvent les organes généra- teurs de turbulence qui s'étendent dans la même direction que les organes générateurs de turbulence 6'. Les creux 5 placés dans la zone médiane de la plaque d'échange de chaleur comportent des ouïtes 7 qui sont orientées en direction du milieu de plaque Les organes générateurs de turbulence 6, 6' sont dimensionnês de manière à dépasser légèrement les passages de traversée de sorte que le volume intercalaire existant entre deux plaques adjacentes 1 de l'échangeur de chaleur est défini par la hauteur des organes générateurs de turbulence 6, 6'. Sur les Figures 3a à 3e, on a représenté schématiquement différents agencements d'ouïes dans des plaques d'échangeur de chaleur ayant des ondulations identiques La Figure 3a représente un mode de réalisation dans lequel une ouïe 7 est prévue pour chaque ondulation et toutes les oules 7 de la plaque l sont orientées dans la même direction. La Figure 3b représente un agencement comportant une ouïe 7 par onde, auquel cas à chaque fois deux oules adjacentes 7 sont orientées dans des directions opposées. Sur la Figure 3c, seulement chaque seconde onde est pourvue d'ouïes 7, auguel cas à chaque fois la seconde onde comporte quatre ouïes 7. La Figure 3d montre un agencement comportant quatre ouïes 7 pour chaque onde, les ouïes 7 étant disposées à chaque fois sur les sommets 4 et dans les creux 5. Sur la Figure 3e, on a montré un agencement comportant deux ouïes 7 pour chaque onde, les ouïes 7 étant disposées dans la zone de transition entre les sommets 4 et les creux 5. Sur la Figure 4a, il est prévu une ouïe 7 comportant une arête de découpage orientée parallèlement à l'ondulation et surla Figure 4b on a représenté une ouïe 7 comportant-une-arete de découpage incurvée. Surla Figure 5, on a représenté une plaque d'échangeur de chaleur 1 dans laquelle lemotif dlondula- tion est'formé par des saillies 10 et des creux 11 de forme triangulaire qui sont placés dans des orientations opposées. A côté de chaque saillie 10 et de chaque creux 11, il est prévu une ouverture 2 qui est ménagée à l'intérieur d'un passage de traversée 3 de manière à recevoir tube dsé- change de chaleur. Entre chaque saillie 10 et chaque creux 11, il est prévu deux ouïes 7 qui sont ainsi situées sur les lignes de transmission de- chaleur entre les tubes de l'échangeur de chaleur. On obtient ainsi un ensemble mixte d'ouïes 7 orientées perpendiculairement a la direction d'écoulement du fluide gazeux et d'oules 7 orientées en oblique par rapport à cette direction. Dans les rangées extérieures de tubes, il est prévu à chaque fois entre deux ouvertures successives 2, deux organes générateurs de turbulence 6. Sur le bord de la plaque d'échangeur de chaleur 1 il est prévu une ondulation de bord 8. La Figure 6a est une coupe faite suivant la ligne B-B delta Figure 5. Les références numériques utilisées concordent avec celles de la Figure 5. Sur la Figure 6b, on a représenté une coupe faite suivant la ligne C-C de la Figure 5, la ligne de coupe traversant une ouverture 2 de la rangée médiane de tubes. REVENDICATIONS l.- Echangeur de chaleur se composant essentiellement de plusieurs tubes parallèles et d'un grand nombre de plaques d'échange de chaleur empilées et dispo- sées transversalement aux tubes, chaque plaque d'échange de chaleur comportant une ou plusieurs rangées de premières ouvertures servant à recevoir les-tubes d'échange de chaleur et formées à l'intérieur de passages de traversée, ainsi gu'un motif d'ondulations orienté perpendiculairement à la direction d'écoulement d'un fluide gazeux, et où il est prévu entre les passages de traversée respectifs, dans ledit motif d'ondulations, des secondes ouvertures pour permettre le passage du fluide gazeux, caractérisé en ce que les secondes ouvertures sont agencées sous la forme d'ouïes (7) et en ce qu'il est prévu plusieurs organes générateurs de turbulence (6, 6') qui sont répartis sur la surface de la plaque d'échange de chaleur, qui s'étendent dans la même direction que les passages de traversée (3) et qui dépassent,légerement de ceux-ci. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les organes générateurs de turbulence (6, 6') sont constitués pardes languettes ou tôle pliée et dépassent des passages de traversée (3) de la même distance. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendica tion-2, caractérisé en ce qu'il est prévu des organes générateurs de turbulence (6') dans des creux (5') adjacents aux bord de la plaque d''échange de chaleur (1) et en ce qu'il est prévu des organes générateurs de turbulence (6) sur des saillies (4) disposées entre les rangées de tubes. 4.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouïes (7) sont disposées sur des saillies (4) et/ou dans des creux (5) du motif d'ondulations et sont orientées dans la direction longitudinale des ondes dudit motif. 5.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu entre à chaque fois deux ouvertures successives (2) d'une rangée une ou plusieurs ouïes (7) par onde et en ce que toutes les ouïes (7) sont orientées dans le même sens ou bien deux ouïes adjacentes (7) sont orientées en sens inverses. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ouïtes (7) sont disposées entre deux premières ouvertures successives (2) d'une rangée seulement dans chaque seconde onde. 7.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que les ouïes (7) sont disposées dans l-a zone de transition entre des saillies (4) et des creux (5). 8.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 - 3, caractérisé en ce que le motif d'ondulations est constitué par des creux (11) et des saillies (10) de forme triangulaire qui sont disposés dans-des orientations opposes et en ce que les ouïes (7) sont placées sur les arêtes, placées en regard l'une de l'autre, des saillies (10) et des creux (11). 9.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 4- 1 8, caractérisé en -ce que les ourses (7) comportent des arêtes de découpage (9) qui sont orientées parallèlement aux ondulations dudit motif ou bien qui sont incurvées. 10.- Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caracterise en ce que la plaque d'échangeur de chaleur (i) est pourvue d'une ondulation de bord (8).