Brevet FR2623894A2 — publié le 19890602

FR 2623894 A2 19890602 FR 8716578 A 19871130 Echanaeur de chaleur à circuits d'échanqe en spirale Plaque nervurée Pour un tel échanceur. La présente invention concerne, comme la demande principale, un échangeur de chaleur à circuits d'échange en spirale, du type comportant un empilement de plaques conductrices de la chaleur, séparées par une nervure s'étendant de chaque côté de ces plaques et définissant lesdits circuits d'échange en spirale, ces plaques séparant ainsi, de façon étanche, les deux fluides entre lesquels doivent s'effectuer les échanges de chaleur, et les circuits d'échange de chacun des deux fluides étant connectés en parallèle, au niveau des extrémités respectivement internes et externes des spirales, d'une part à au moins un collecteur d'entrée du fluide considéré, d'autre part à au moins un collecteur de sortie de ce fluide, un tel échangeur comportant plusieurs nervures élaborées sous la forme de surfaces d'échange thermique et qui font partie intégrante de la base desdites plaques, lesquelles sont donc des plaques nervurées sur leurs deux faces, et une meme plaque portant sur une face, pour l'un des fluides des nervures en spirale à enroulement dextrorsum et sur l'autre face, pour l'autre fluide, un même nombre de nervures en spirale à enroulement senestrorsum, ces nervures étant en exacte coincidence par leurs bases, de sorte que les nervures d'une face de la plaque soient respectivement dans l'exact prolongement des nervures de l'autre face. Un tel échangeur se caractérise essentiellement, selon la demande principale, en ce qu'il comporte un empilement de plaques nervurées qui sont alternativement de deux types différents, à savoir d'un premier type dans lequel une même plaque porte sur une face, pour l'un des fluides, un certain nombre de nervures en spirale à enroulement dextrorsum et sur l'autre face, pour l'autre fluide, un même nombre de nervures en spirale à enroulement senestrorsum, et d'un second type dans lequel, pour les mêmes fluides, les sens d'enroulement des nervures sont respectivement opposés aux précédents. La présente invention met également cette disposition en oeuvre. Selon une disposition supplémentaire mais facultative de la demande principale, on peut prévoir que l'empilement des plaques est agencé de telle sorte que les nervures de chaque plaque, sur chacune de ses faces, sont dans l'alignement exact des nervures qui leur sont opposées sur les deux plaques voisines, grâce à quoi l'on obtient une continuité parfaite des nervures dans l'ensemble de l'empilement. Le but de la présente invention est de modifier cette dernière disposition, en particulier pour permettre d'augmenter le ' nombre des paramètres d'optimisation et de diminuer l'épaisseur des empilements de plaques (à débits égaux), et ceci sans diminuer les coefficients d'échange. Pour ce faire, un échangeur de chaleur conforme à la revendication 1 de la demande principale sera, selon la présente addition, essentiellement caractérisé en ce que l'empilement des plaques est agencé de sorte que les nervures de chaque plaque, sur chacune de ses faces, soient, du fait d'un décalage radial approprié, imbriquées avec les nervures.qui leur sont opposées sur les deux plaques voisines. Une ou plusieurs nervures d'une plaque pourront être imbriquées entre deux nervures consécutives de la plaque voisine. Par ailleurs, on pourra prévoir que sur chaque face des plaques les nervures sont de même hauteur que celles avec lesquelles elles sont imbriquées, ou encore que les nervures d'un des deux types de plaques (tels que définis au préambule de la revendication 1) sont notablement moins élevées que celles de l'autre type de plaques. Différents modes d'exécution de la présente invention vont maintenant être décrits avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - les figures 1 à 4 sont des vues partielles en coupe radiale de différents types de plaques imbriquées. Sur les figures 1 et 2 on a montré que l'on pouvait utiliser des plaques 1 identiques, à nervures 2 relativement peu élevées pour la circulation du fluide froid F, imbriquées avec les nervures 2 de même hauteur de la plaque voisine, et à nervures 3 relativement plus hautes, de même imbriquées avec les nervures 3 de même hauteur de la plaque voisine, pour la circulation du fluide chaud C. Les plaques 1 sont opposées deux à deux de la même façon que dans le mode de réalisation de la demande principale. Là encore, cela impose l'utilisation de plaques 1 de deux types différents : sur un type de plaques les nervures 2 seront dextrorsum et les nervures 3 senestrorsum, tandis que sur les plaques intercalées entre les précédentes, les nervures 2 seront senestrorsum et les nervures 3 dextrorsum. On voit que dans le cas de la figure 1, les conduites du flux froid F et du flux chaud C ont chacune une forme bilenticulaire dont le diamètre hydraulique peut varier de façon significative, non seulement par la hauteur des nervures mais par la forme (du type parabolique) du profil de ces nervures. Dans le cas de la figure 2, les nervures sont droites et les conduites des flux chaud C et froid F sont de section rectangulaire. Il est clair que les diamètres hydrauliques, donc les flux thermiques captés et transmis par les nervures sont différents dans le cas de la figure 1 et de la figure 2. On peut ainsi, par une forme appropriée du contour des nervures, diminuer sensiblement, pour un échange thermique donné, les pertes de charge, le volume, la masse et le prix d'un échangeur. Dans ces configurations le flux thermique transmis à travers la plaque de support 1 des nervures est inférieur au centième du flux transmis par les nervures elles-mêmes ; le flux thermique est donc essentiellement transmis par les nervures 2 et 3, comme dans l'échangeur de la demande principale. L'empilement des plaques 1 ainsi nervurées par des spirales aux contours optimisés sur chacun des flux conduit à un échangeur extrêmement compact. En jouant sur le nombre de plaques et de nervures on peut, pour un volume et une masse qui varient peu, pour un flux thermique donné et une perte de charge optimisée par la forme des nervures et la distance qui les sépare, réaliser des échangeurs de faible diamètre et de longueur relativement importante (grand nombre de plaques, faible nombre de nervures) ou, au contraire, des échangeurs de faible longueur et de diamètre relativement important (grand nombre de nervures, faible nombre de plaques). On peut ainsi s'adapter à la place disponible en particulier sur les véhicules (automobiles, locomotives, bateaux, avions...) Les alimentations et les évacuations centrifuges et centripètes peuvent être du même type que selon la demande principale. Les sommets des nervures 2 et 3 peuvent ou non être en appui sur les plaques 1. Aux figures 3 et 4, on a montré que la hauteur des nervures pouvait être très variable d'une plaque 1 à la suivante 1'. Cela ne complique pas la fabrication puisque de toute façon, et comme indiqué plus haut, on doit fabriquer des plaques de deux types différents. Dans le cas de la figure 3, une nervure courte d'une plaque 1' est imbriquée entre deux nervures plus élevées, de part et d'autre d'une même plaque 1. Dans le cas de la figure 4, deux nervures courtes (ou un nombre quelconque) d'une plaque 1' sont de même imbriquées entre les deux nervures plus élevées de la plaque 1. On dispose ainsi d'un paramètre supplémentaire d'optimisation. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 de la demande principale, caractérisé en ce que l'empì- lement des plaques est agencé de sorte que les nervures (2,3) de chaque plaque (1), sur chacune de ses faces, soient, du fait d'un décalage radial approprié, imbriquées avec les nervures (2,3) qui leur sont opposées sur les deux plaques voisines. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ou un plus grand nombre de nervures d'une plaque (1') sont imbriquées entre deux nervures consécutives de la plaque (1) voisine. 3. Plaque nervurée destinée à être utilisée dans un échangeur de chaleur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que sur chaque face des plaques les nervures (2,3) sont de même hauteur que celles avec lesquelles elles sont imbriquées. 4. Plaque nervurée destinée à être utilisée dans un échangeur de chaleur conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les nervures d'un (1') des deux types de plaques sont notablement moins élevées que celles de l'autre type (1) de plaques.