Brevet FR2606130A1 — publié le 19880506

Echangeur de chaleur notamment pour appareils médicaux La présente invention concerne des échangeurs de chaleur, et plus particulièrement des dispositifs de ce genre pouvant être utilisés dans des appareils médicaux tels que des dialyseurs. Les échangeurs de chaleur de l'art antérieur réutilisant le dialysat usé pour chauffer l'eau fraiche d alimentation se caractérisant par un circuit d'écoule- ment uniqcue en serpentin uniques dans chacune des deux portions en plastique moulé séparées par une mince tôle d'acier par laquelle s'effectue le transfert thermique. On a trouvé qu'il était possible de perfectionner un échangeur de chaleur de ce type Pr remplaçant le circuit d'acheminement unique à travers l' échangeur de chaleur, de chaque côté de la tôle de transfert thermique isolante, par plusieurs circuits d'acheminement ou canaux, afin d'assurer un écoulement parallèle à travers celui-ci, un transfert thermique adéquat étant fourni en limitant la longueur des parties droites du circuit d'écoulement par rapport au diamètre hydraulique du circuit d'écoulement de façon à produire un écoulement laminaire non-équilibré dans les circuits d'écoulement. Ceci permet d'obtenir une plus grande efficacité de transfert thermique, des échangeurs de chaleur de plus petite dimension, des pertes de charge moindres et une simplicité de fabrication. Dans des modes de réalisation préférés, la section transversale des canaux présente une configu- ration pointue, les parties pointues étant opposées entre elles et compriment la tôle de transfert ther- mique; chaque canal forme un serpentin présentant un rapport LID (rapport longueur droite au diamètre hydraulique) maximum d'environ 3; et chaque partie d'échangeur de chaleur contient quatorze canaux. On va maintenant décrire un mode de réalisation 2606 1 30 préféré de l'invention, pour ce qui concerne sa structure et son fonctionnement, uniquement à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue éclatée assez schématique du mode de réalisation préféré; - la figure 2 est une vue en coupe, la coupe étant faite selon la ligne 2-2 de la Fig. 5 pour la portion de dessous 12 et, pour la portion de dessus 14, le long d'une ligne traversant de façon similaire deux vis et deux conduites; - la figure 3 est une vue partielle en plan d'une portion du mode de réalisation des figures 1 et 2, considéré en s'éloignant de la tôle métallique de séparation; - la figure 4 est une vue transversale partielle en coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3, mais montrant également l'autre portion venant en butée et de la tôle métallique intermédiaire; la figure 5 est une vue schématique en plan de la portion complète montrée partiellement à la figure 3; et - la figure 6 est une vue en coupe transversale partielle montrant des joints toriques venant en butée sur la feuille métallique intercalée entre eux. La figure 1 est une vue éclatée d'un échangeur de chaleur, désigné de façon générale par la référence numérique 10, montrant le côté intérieur d'une première portion 12. le côté extérieur d'une seconde portion identique 14, et un séparateur 16. Les portions 12 et 14 sont chacune constituée en matière plastique moulée d'un seul tenant (identiques, mais en regard l'une de l'autre) et munies sur leur pourtour d'une collerette 18, d'une section de logement supportant extérieurement une grille solidaire de celle-ci et constituée par des nervures structurales fines 22, et d'éléments d'entrée et de sortie 24, 26. Une rainure 28, de façon générale de section trans- versale rectangulaire et également rectangulaire dans sa configuration globale (bien que comportant des coins arrondis, la rainure étant équidistante de la périphérie de l'échangeur de chaleur tout autour sauf aux endroits arrondis) dans chaque portion d'échangeur de chaleur 12, 14, comportant à l'intérieur un joint torique 30 ayant une configuration globale ronde dans sa section trans- versale de façon correspondante. La tôle 16 est maintenue en compression entre les joints toriques 30 par des forces imposées par des boulons traversant des trous 32 en relation d'étanchéité sur le pourtour de ceux-ci. Une tubulure d'admission et de distribution 34 est définie le long de chaque extrémité de chaque portion d'échangeur de chaleur. Les quatorze canaux parallèles de chaque portion de l'échangeur de chaleur sont représentés schématique- ment à la figure 5, les lignes verticales 36 étant les sommets des sections transversales des limites, qui sont triangulaires dans ces sections transversales, les sommets étant en contact étanche avec le séparateur 16. Chaque ligne horizontale 38 indique un sommet le long duquel une paroi de canal, de section transversale triangulaire, s'engage dans la tôle 16 du séparateur métallique pour définir avec celle-ci les parois ad- jacentes des deux canaux. La configuration de ces parois est plus parti- culièrement montrée à la figure 3. Dans un coin d'une portion de l'échangeur de chaleur sont représentés environ trois et demi des quatorze canaux. Les lignes verticales 36 et les lignes horizontales 38 (et 40) sont vues ici de façon accentuée, plus en détail. S'inclinant vers le bas à partir des sommets 38 à la fois dans la 2606 1 30 direction de l'épaisseur et dans la direction longitudinale se trouvent des surfaces planes 42, 44, 46. S'inclinant vers le bas à partir des sommets 38 dans la direction de l'épaisseur mais vers le haut (sur le dessin) dans une direction longitudinale se trouvent des surfaces planes 48, 50, 52. Les surfaces 42, 44, 46 reliant respectivement les surfaces 48, 50, 52, sont des surfaces tronconiques 54, 56, 58 à 180'. La surface opposée 54 est une surface tronconique 60 à 90', et la surface plane 62. Toutes les surfaces s'inclinent vers le bas dans la direction de l'épaisseur. Les ouvertures 64, 66, 68 permettent le mouvement du liquide en provenance du collecteur 34 à destination de chacun des quatorze canaux en serpentin, en s'écoulant longitudi- nalement à la façon d'un serpentin entre le séparateur et la portion 12. Des sommets viennent en butée sur des sommets dans toutes les portions 12 et 14. Les parties droites les plus longues dans les canaux se situent dans une direction transversale; il s'agit en l'occurrence des distances entre les débuts des portions tronconiques (par exemple 54 et 56), le début d'une portion tronconique fournissant une interruption incompatible avec le rétablissement en équilibre du flux laminaire. Le diamètre hydraulique des passages triangulaires est de 0,42 fois leur longueur de base; et le rapport longueur/diamètre est d'environ 3. Les figures ont été dessinées aux proportions mais pas exactement à l'échelle; la distance entre les lignes 36 définissant des canaux est en fait d'environ 0,952 cm. Dans le fonctionnement, le dyalisat chaud usé, traverse les quatorze canaux situés sur un côté du séparateur 16, en flux parallèle depuis un collecteur supérieur 34 (figure 5) vers un collecteur inférieur 34. De l'autre côté du séparateur 16, dans la direction du flux longitudinal net opposé s'écoule le dyalisat frais du refroidisseur. Etant donné que dans chaque canal côte à côte les pressions sont identiques aux endroits correspon- dants sur leur longueur, la mise en court-circuit d'un canal à l'autre est évité - ou si elle se produit, son incidence s'avère négligeable -. Grâce aux configura- tions de serpentins utilisées, comme définies ci-dessus, on obtient un bon tranfert thermique, avec plus de 70Z. d'efficacité, pour des vitesses d'écoulement faibles. Grâce à ces vitesses d'écoulement faibles, la section de passage totale de canaux est augmentée par rapport aux dispositifs de l'art antérieur avec un canal de ser- pentin de chaque côté d'un séparateur et il est possible de réduire les pertes de pression et de débit. Etant donné que le contact entre les parois de canal et de séparateur est essentiellement linéaire plutôt que superficiel, la surface de transfert thermique efficace est conservée et le transfert thermique est amélioré pour la même dimension. 2606 1 30 REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comprenant une première section (17), une seconde section (14). et un séparateur (16), la première section (12) et la seconde section (14) étant en juxtaposition étanche au liquide avec le séparateur (16), caractérisé en ce que la première section (12) et la seconde section (14) définissent chacune avec le séparateur (16) une pluralité corres- pondante de passages d'écoulement, les passages d'écou- lement étant caractérisés par des rapports de longueur/- diamètre non supérieurs à 4. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois passages d'écoulement. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 14 passages d'écoulement. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les passages d'écoulement sont définis entre chacune de la première section 12 et de la seconde section 14 et du séparateur 16 en contact essentiellement linéaire. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les passages d'écoulement sont de section transversale triangulaire. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les passages d'écoulement com- prennent de nombreux changements de direction brusque. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les passages d'écoulement sont en serpentin. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sections sont de configu- ration identique. 2606 1 30 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport longueur/diamètre maximum n'est pas supérieur à 4. 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'aucun rapport longueur/diamètre n'est supérieur i environ 3. 11. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que les passages sont des triangles équilatéraux.