Brevet FR2547905A1 — publié le 19841228

I1 est connu d'effectuer les échanges de chaleur entre deux fluides, principalement entre deux gaz, par l'intermédiaire de surfaces planes, un fluide circulant sur une face, l'autre fluide circulant sur l'autre face. Ces échangeurs ont l'avantage d'etre peu encombrants et d'engendrer de faibles pertes de charge. Mais ils ont l'inconvénient de devenir irréalisables lorsque la différence de pression entre les fluides est importante. L'invention a pour objet de supprimer cet inconvénient majeur tout en diminuant les surfaces d'échange en augmentant la convection. Elle est caractérisée en ce que les surfaces d'échange ne sont pas planes mais sont plissées perpendiculairement au sens de l'écoulement. Le plissement régulier de la tôle constituant la surface d'éch-ange a pour effet d'une part d'augmenter considérablement l'inertie à égalité d'épaisseur pour résister à la différence de pression,- d'autrepart de faire passer le coefficient de convection de la surface plane à celui des tubes en travers, qui est plusieurs fois plus élevé, dans le cas des plis en opposition. L'invention permet ainsi de diminuer les dimensions et le poids tout en permettant des différences de pression supérieures à celles des dispositions classiques. D'autres caractéristiques de l'invention seront précisées au cours de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple de realisation. A la planche unique est représenté un échangeur pour turbine à gaz. La figure 1 est une vue en élévation de l'échangeur. La figure 3 en est la vue de profil et la figure 2 la vue en plan. La figure 4 est une coupe partielle suivant A.A de la figure 1 ou A.A de la figure 3 agrandie pour préciser les détails. La figure 5 est une coupe par B.B des figures 2 et 3. La figure 6 représente une disposition différente des tôles plissées permettant d'avoir une plus grande surface d'échange par unité de volume. Aux figures 1, 2, 3, 4 et 5, l'échangeur 1 est formé par des tôles plissées verticales 2 aux ondulations opposées. Ces tôles 2 forment par leurs faces opposées deux à deux les circuits haute pression 3 et les circuits basse pression 4. Les circuits haute pression 3 sont fermés sur leurs rives en 5 par des parois longitudinales 6 épousant la forme des ondulations et soudées ou brasées sur les tôles 2. Des parois longitudinales 6 sont soudées ou brasées sur les tôles 2 à un pas tel que la pression interne puisse être supportée par la t81e ondulée ; elles servent d'entretoises entre les parois opposées. Les circuits basse pression 4 sont fermés à leurs extrémités, c' est-à-dire parallèlement aux plis, par des cloisons 7. Ces cloisons d'extrémité 7 des canaux basse pression 4 et les parois longitudinales 6 de rives en 5 des canaux haute pression 3 se raccordent d'une manière étanche par soudure ou brasure sur les collecteurs haute pression 8 et 9. Toutes les tôles 2, les parois 6 des rives 5, les cloisons 7 et les collecteurs 8 et 9 forment ainsi un espace clos aboutissant aux brides opposées 12 et 13 par où le fluide sous pression entre et sort. Le fluide sans pression entre par l'ouverture rectangulaire 10 ouverte sur toute la largeur de l'échangeur et sort par lsouverture rectangulaire 11 ouverte également sur toute la largeur de l'échangeur. Entre l'ouverture 10 et le collecteur 8 est montéed'une manière étanche mais démontable la plaque 14. De même entre l'ouverture 11 et le collecteur 9 est montée la plaque 15 étanche sur son périmètre mais démontable. L'échangeur 1 est conçu pour une turbine à gaz dont le collecteur d'échappement de la turbine est raccordé en 10 et le conduit d'évacuation est raccordé en 11. Les panneaux 14 et 15 sont amovibles pour permettre le nettoyage périodique aisé et total des circuits 4 qui classiquement s'encrassent par accumulation des imbrûlés. La sortie du compresseur est raccordée à la bride 12 du collecteur 8 et le départ aux chambres de combustion se fait par la bride 13 du collecteur 9. Ainsi les gaz chauds d'échappement arrivent latéraleMent par 10 dans l'échangeur 1 d'où ils parcourent longitudinalement les canaux 4 perpendiculairement aux plis des tôles 2 et ils sortent refroidis latéralement par 11 à l'opposé de 10 pour pénétrer dans le conduit d'échappement. Les gaz comprimés arrivent par 12 au collecteur 8 d'où ils passent longitudinalement par les canaux 3 perpendiculairement aux plis des tôles 2 en direction opposée au parcours des gaz brûlés dans 4 pour aboutir au collecteur 9 qui débouche dans 13. Si les plis de la tôle sont formés par des demi cylindres en opposition, ainsi qu'il est clairement montré en figure 4, le coefficient d'échange est celui de cylindres en travers distants longitudinalement et latéralement du diamètre, qui est très supérieur à celui des tôles planes. La figure 6 représente un assemblage différent des tôles plissées qui ont des plis d'allure sinusoidale et sont parallèles. Les tôles 2 sont remplacées par les tôles 16 parallèles. Les canaux 17 sous pression sont ouverts à leur extrémité, mais portent des cloisons 18 parallèles à l'écoulement, ayant le même effet que les cloisons 6 précédemment décrites. De même, les canaux 19 sans pression sont fermés à leur extrémité par les cloisons 20 analogues aux cloisons 7. Ces cloisons d'extrémité 20 et les cloisons de rives 18 se raccordent d'une manière étanche sur les collecteurs 8 et 9 comme les cloisons de rive 6 et les cloisons 7 précédemment décrites. Cette disposition permet d'augmenter la surface d'échange par unité de volume tout en ayant un coefficient d'échange supérieur aux surfaces planes 9 à cause de la turbulence induite par des courbures alternées. Revendications 1. Echangeur de chaleur à plaques caractérisé en ce que les parois d'échange sont constituées par des tôles plissées ou ondulées perpendiculairement à la direction principale de l'écoulement des fluides d'échanges. 2. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que des cloisons entretoises reliant les deux parois opposées sont placées parallèlement à l'écoulement dans les circuits haute pression au pas nécessaire pour que la tôle plissée puisse supporter la pression interne. 3. Echangeur de chaleur à plaques selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les rives des canaux haute pression parallèles à l'écoulement sont fermées par des cloisons analogues à celles des entretoises-selon la revendication 2. 4. Echangeur de chaleur à plaques selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les rives des canaux haute pression parallèles à l'écoulement sont réalisées par rapprochement des deux tôles formant parois convenablement déformées à cet effet. 5. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les canaux basse pression sont fermés à leurs extrémités par des parois sensiblement perpendiculaires à l'écoulement principal. 6. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les cloIsons de rive des circuits haute pression selon la revendication 3 et les parois de fermeture selon la revendication 5 sont reliées à leurs extrémités d'une manière étanche aux collecteurs du fluide sous pression. 7. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les collecteurs haute pression sont à chaque extrémité de l'échangeur imprimant un parcours direct au fluide haute pression. 8. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les entrées et sorties du fluide à basse pression sont rectangulaires sur toute la largeur de l'échangeur et sont placées-en opposition en diagonale. 9. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les parois de rive des canaux basse pression sont constituées par des plaques occupant la totalité des surfaces supérieures et inférieures de l'échangeur exception faite des entrées et sorties selon la revendication 8. 10. Echangeur de chaleur à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les plaques de rive selon la revendication 9 sont démontables pour permettre le nettoyage total et rapide de l'ensemble des circuits basse pression.