Brevet FR2775066A1 — publié le 19990820

Plaque destinée à former un échangeur et procédé d'utilisation La présente invention a pour objet divers perfectionnements aux dispositifs de régulation thermique et fluide en circulation utilisés généralement pour réguler la température de divers outillages ou réacteurs. Ces dispositifs de régulation agissent par circulation forcée d'un fluide caloporteur dont la température peut être augmentée au moyen de résistances électriques chauffantes, ou diminuée au moyen d'un second fluide froid circulant dans un échangeur, llensemble comportant divers dispositifs pour commander et obtenir la température désirée du fluide assurant la régulation thermique. Ces dispositifs comportent généralement un empilement de plaques ondulées ou nervurées définissant au moyen de joints disposés entre lesdites plaques, des circuits alternés de fluide caloporteur ou réfrigérant, une résistance électrique de chauffage étant, en outre, interposée entre les deux circuits, noyée par exemple dans la matière formant la plaque nervurée, cette matière pouvant être, soit de la céramique, soit de la matière conductrice, comme décrit dans le document EP 0586677 (J. BUCAILLE). La présente invention a pour objet divers perfectionnements concernant la réalisation des plaques ondulées ou nervurées formant l'échangeur dans une version épaisse permettant ainsi leur utiiisation dans de multiples applications industrielles. Une première caractéristique de l'invention consiste à insérer dans l'épaisseur de la plaque nervurée un ou plusieurs tubes métalliques dans lesquels passeront un ou des fluides. La pression des fluides circulant dans ces tubes peut être très supérieure à la pression admissible dans les circuits de fluide circulant entre les plaques lorsqu'elles sont empilées pour former un échangeur, par exemple, plusieurs centaines de bars. Une résistance électrique peut remplacer l'un des tubes. Les figures la et I b représentent schématiquement, vue en plan et en élévation, une plaque ondulée ou nervurée 1, montrant les orifices 2 de passage du fluide caloporteur; dans l'épaisseur de la plaque 1 sont disposés un tube 4 et une résistance électrique 3; dans cette réalisation, on a inséré un tube métallique 4, mais bien entendu la forme du circuit représenté sur la figure la peut varier; on peut, par exemple entremêler plusieurs tubes 4 ou mixer tubes 4 et résistances 3. Des orifices 21 peuvent, soit servir au passage d'un deuxième fluide caloporteur ou d'un fluide de refroidissement ou être supprimés. Sur la figure Ic, on a représenté une plaque nervurée 1 vue en plan, dont le circuit de refroidissement est constitué d'un tube d'entrée 5 et d'un tube de sortie 6 reliés entre eux par un faisceau de tubes 7. Les tubes 5, 6 et 7 pouvant être des sections différentes. Le perfectionnement ci-dessus est particulièrement intéressant , pour les dispositifs de circulation à haute pression ou pour constituer des évaporateurs frigorifiques. Un autre perfectionnement de la plaque ondulée ou nervurée 1, selon l'invention est caractérisé en ce que l'on dispose, sur sa périphérie, une autre plaque 8 portant des éléments 9 dont on désire stabiliser la température, comme représenté sur les figures 2a en plan, et 2b en élévation. La transmission de la chaleur entre les plaques 1 et 8 est réalisée au moyen de cartouches thermoconductrices 10. Un circuit de fluide régulant la température de la plaque 1 passe par les orifices 2. On peut également disposer plusieurs plaques 8 sur la périphérie de la plaque 1. Cette réalisation est particulièrement intéressante pour le refroidissement de composants électroniques ou de supra conducteurs. Dans le cas où les éléments à refroidir sont suffisamment petits, ils peuvent être directement intégrés à l'intérieur de la plaque 1. Un autre perfectionnement de l'invention a pour objet le chauffage de la plaque ondulée ou nervurée 1. Dans le document cité dans le préambule, la plaque ondulée ou nervurée 1 est chauffée par un courant électrique passant dans une résistance électrique. Le perfectionnement, représenté par les figures 3a et 3b consiste à chauffer la plaque 1 au moyen d'un gaz combustible. La plaque i est, en conséquence, percée d'orifices 11 qui la traversent de part en part, ayant une section appropriée et des ailettes 12 assurant une bonne répartition de la chaleur. Une chambre de combustion 13 munie d'un brûleur 14 oriente le gaz en combustion dans les orifices 11. Un perfectionnement de l'invention a également pour objet un dispositif pour purger le circuit fluide. Dans cette réalisation représentée sur les figures 4a et 4b, la plaque I est placée verticalement, un trou taraudé 15 étant pratiqué dans l'épaisseur de la plaque au-dessous de l'orifice 2 de passage de fluide, dans le trou taraudé 15 un purgeur manuel ou automatique (non représenté) peut être fixé. Le fluide circulant dans le circuit 2 peut être, soit un fluide caloporteur, soit un fluide de refroidissement mais aussi un circuit d'air comprimé qu'il convient de purger de l'eau et de l'huile qui y sont mélangés ou encore d'un circuit de vapeur que l'on souhaite condenser. Dans ces applications, chaque plaque 1 composant-échangeur comporte un trou taraudé 15. Une autre amélioration concerne l'alimentation d'un échangeur au moyen d'une entrée et d'une sortie latérales comme représenté sur les figures 5a et 5b. Dans cette réalisation, la plaque ondulée ou nervurée 1 est pourvue en face de chaque orifice 2 d'un appendice 17 percé d'un canal 18 débouchant dans l'orifice 2. Un autre perfectionnement de l'invention représenté sur les figures 6a et 6b consiste à insérer ou incruster dans la plaque ondulée ou nervurée 1 des éléments 20 constitués par une matière poreuse, permettant un contact et un mélange des fluides circulant dans les circuits 2 et 21 sur chacune des faces de la plaque 1, une différence de pression entre les deux fluides favorisant la diffusion d'un des fluides dans l'autre. Cette réalisation peut être utilisée pour le traitement de produits chimiques, le traitement de l'eau ou la dialyse. Un autre perfectionnement a pour objet de transformer un échangeur à plaques en accumulateur électrique. Les figures 7a et 7b montrent une plaque ondulée ou nervurée 1 fabriquée en un matériau conducteur de l'électricité dans laquelle sont incrustés des éléments 23 constitués d'une matière destinée à la construction d'accumulateurs électriques, du plomb, par exemple. Une plaque 1 reçoit des éléments 23 de signe positif, une autre plaque 1 recevant des éléments 23 de signe négatif lesdits éléments 23 pouvant être en différentes matières selon leur polarité. Ces plaques sont ensuite empilées, avec le même type de joints isolants qu'un échangeur, en alternant une plaque avec éléments positifs et une plaque avec éléments négatifs. Dans ce cas, le fluide circulant entre les plaques est un électrolyte régulé en température dans un système extérieur à l'invention. Le rôle de ce fluide, outre son rôle d'électrolyte, est de contrôler la température interne de l'accumulateur électrique ainsi constitué. Une des caractéristiques de ce perfectionnement consiste à faire circuler entre les plaques ondulées ou nervurées 1 un fluide servant d'électrolyte dans un circuit pouvant comporter une pompe, un filtre, une ventilation des gaz émis, une régulation de température. Un dernier perfectionnement représenté sur les figures 8a et 8b consiste à usiner au moins une face 24 de la plaque 1, cette face usinée 24 restant à l'extérieur de l'échangeur et servant à y fixer des éléments dont on souhaite réguler la température. Ladite face 24 peut être plane ou usinée de manière à épouser l'élément à refroidir. - REVENDICATIONS 1. Plaque ondulée ou nervurée épaisse destinée à former un échangeur de chaleur pour dispositif de régulation thermique, par empilement, avec interpositions de joints, afin de réaliser des circuits de circulation alternés de fluide caloporteur et de fluide réfrigérant caractérisée en ce que son épaisseur est suffisante pour pouvoir y insérer certains éléments. 2. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que l'on insère dans l'épaisseur de ladite plaque (1 ) un ou plusieurs tubes (4) dans lesquels circulent des fluides caloporteur ou réfrigérant. 3. Plaque ondulée ou nervurée selon 2 caractérisée en ce que les tubes ( & 6) dans lesquels circule un fluide sont reliés par un faisceau de tubes (7) de sections différentes (FIG. Ic). 4. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que des éléments (8 et 9) fixés sur l'extérieur de ladite plaque (1) sont régulés en température par conduction (FIG. 2a 2b). 5. Plaque ondulée ou nervurée selon 4 caractérisée en que l'échange de chaleur entre la plaque (1) et les éléments (8 et 9) est favorisé par l'insertion de cartouches thermoconductrices (10) entre lesdites plaques et éléments). (FIG. 2a - 2b). 6. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que l'on dispose des éléments dans l'épaisseur de ladite plaque pour en réguler la température. 7. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que le chauffage de ladite plaque est obtenu au moyen d'un gaz combustible enflammé passant dans des orifices (11 ) munis d'ailettes (12) traversant la largeur de la plaque (1). (FlG-3a 3b). 8. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce qu'un orifice (15) est pratiqué entre le passage du fluide (2) ce et l'extérieur afin de permettre la vidange de l'échangeur, celui-ci étant fermé. (FlG.4a-4b). 9. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que l'entrée et/ou la sortie des fluides se font latéralement (FIG. 5a-5b). 10. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que l'on incruste dans ladite plaque (1) des éléments (20) en matière poreuse permettant un contact et un mélange des fluides circulant de part et d'autre des deux faces de la plaque (1), une différence de pression favorisant le passage d'une face vers l'autre (FIG. 6a-6b). 11. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que ladite plaque 1 constituée d'un matériau conducteur de I'électricité est incrustée d'éléments (23) en matière propre à servir d'accumulateur électrique, de manière à constituer, après empilement de plaques positives et négatives, un accumulateur électrique, le fluide circulant entre les plaques étant un électrolyte (FIG. 7a). 12. Plaque ondulée ou nervurée (1) selon 1, caractérisée en ce qu'une face (24) au moins de ladite plaque est usinée pour épouser la surface de l'élément à refroidir. (FIG. 8a-8b).