Brevet FR2989767A1 — publié le 20131025

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaques. Plus précisément, l'invention concerne un échangeur de chaleur composé de plaques souples disposant d'une géométrie interne permettant de distribuer un fluide à l'intérieur de la plaque, et d'une géométrie externe définissant des canaux d'écoulement, entre 2 plaques adjacentes, pour un échange thermique entre le fluide circulant à l'intérieur de la plaque et au moins un fluide circulant dans l'espace entre 2 plaques. Les échangeurs à plaques (Figure 1) sont un des nombreux composants des systèmes de chauffage et de refroidissement. Ils sont appréciés pour leur construction compacte et leur facilité d'installation. L'échangeur à plaques est typiquement un appareil scellé qui a une entrée 10 (1 et 3) et une sortie (2 et 4) pour chacun des fluides (2 ou plus), qui sont isolés l'un de l'autre, et circulent à travers l'échangeur thermique. L'appareil scellé comprend typiquement plusieurs plaques pressées, la géométrie des plaques pressées prenant généralement la forme de canaux parallèles, faits d'une succession d'arêtes droites et de vallées. Dans le cas d'un motif en forme de chevron (Figure 2), le plus 15 répandu, les arêtes droites et les vallées, font un angle fl avec l'axe de la plaque entre 30 et 90° et changent de direction au centre (Figure 3). Les plaques pressées sont assemblées en alternant éventuellement leur orientation pour fournir des chemins d'écoulement séparés pour chacun des fluides entre les paires de plaques, un fluide pouvant avoir de multiples chemins d'écoulement entre un nombre 20 prédéterminé de paires de plaques. Les échangeurs de chaleur peuvent être complètement brasés ou fournis avec des joints en caoutchouc. Dans le cas d'un motif en forme de chevron, les reliefs de chevrons opposés de paires de plaques adjacentes sont en contact de façon intermittente l'un avec l'autre le long de l'arête en V, chaque région de contact étant définie comme un noeud (5). Le relief entre chaque paire de plaques définit un chemin d'écoulement 25 tortueux changeant de direction et/ou de section, ce qui fournit une meilleure efficacité pour les échanges thermiques entre les différents fluides s'écoulant le long de canaux adjacents, tout en maximisant la surface de contact du fluide avec les plaques. Ce type d'échangeur de chaleur, performant et compact, est utilisé largement pour les échanges thermiques, mais il présente certains inconvénients. 30 Ainsi, les plaques étant pressées ou thermoformées, il est difficile de descendre en dessous d'une épaisseur de plaque de 0,4 mm pour de simples raisons de process de fabrication, indépendamment de la résistance réellement nécessaire pour l'application. D'autre part, l'outillage de production nécessite des investissements lourds, ce qui limite les géométries possibles de plaques. Enfin, lorsque l'application demande une double paroi pour isoler, par exempte, un fluide alimentaire, le principe de conception avec des plaques rigides n'est pas facilement adaptable, ce qui diminue fortement le rendement de l'échangeur. Il existe ainsi un besoin pour un échangeur de chaleur à plaques d'un nouveau genre, qui s'affranchirait des inconvénients énoncés ci-dessus, tout en conservant les avantages en compacité et en efficacité. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur à plaques composé de plaques souples, chacune d'elles comprenant au moins une feuille de plastique, et/ou un support textile revêtu ou enduit, et/ou une grille enduite, et disposant d'une géométrie interne permettant de distribuer un fluide à l'intérieur de la plaque souple, et d'une géométrie externe définissant des canaux d'écoulement pour un échange thermique entre le fluide (I) circulant à l'intérieur de la plaque (A) et au moins un fluide (ll) circulant entre 2 plaques souples (Figure 4). La plaque souple est étanche et possède une entrée et une sortie pour le fluide circulant à l'intérieur. Le parcours du fluide circulant à l'extérieur, entre 2 plaques souples, est délimité par des joints (.1) ou d'autre dispositif d'étanchéité, il comprend également une entrée et une sortie. L'entrée et la sortie de chaque fluide est en communication avec chacun des canaux d'écoulement du dit fluide (1, 2, 3, 4). L'échangeur comprend autant de plaques que nécessaire pour l'application. ll se dimensionne comme un échangeur à plaques rigides, en fonction des pertes de charges et du pincement recherchés. Chaque plaque souple (A) est constituée d'au moins une feuille de plastique, et/ou un support textile revêtu ou enduit et/ou une grille enduite définissant au moins 2 couches superposées. Ces 2 couches (Al et A2) sont assemblées à des endroits précis par collage, soudure, couture ou tout autre moyen, pour obtenir la géométrie interne et externe recherchée. L'addition de plusieurs feuilles de plastique, support textile revêtu ou enduit et/ou grille 25 enduite au sein d'une même couche permet de renforcer la résistance mécanique ou de créer une double paroi, pour éviter tout contact entre les fluides en cas de déchirure d'une paroi. Les 2 couches sont liées par des points d'assemblage (6, 7) de moins de 2 mm de diamètre, continus ou espacés de moins de 15 mm, disposés précisément pour obtenir la géométrie interne et externe recherchée pour la plaque souple. 30 L'échangeur de chaleur à plaques est caractérisé en ce que, pour chacune des plaques souples, les 2 couches donnant sa géométrie interne et externe à chaque plaque souple sont assemblées par des points (6, 7) de moins de 2 mm de diamètre, continus ou espacés de moins de 15 mm. Une variante de plaque souple est constituée de canaux parallèles, dans l'axe de la plaque, pour un échange laminaire à contre-courant (Figure 5). L'échangeur de chaleur à plaques est caractérisé en ce que, pour chacune des plaques souples, les points d'assemblage définissent une géométrie externe, des deux côtés de la 5 plaque souple en forme de canaux parallèles à l'axe de la plaque. Une variante de plaque souple a une géométrie en forme de chevrons inversés, des deux côtés de la plaque souple avec un angle 13 par rapport à l'axe entre 25 et 90° (Figure 6). L'échangeur de chaleur à plaques est caractérisé en ce que, pour chacune des plaques souples, les points d'assemblage définissent une géométrie externe, des deux côtés de la 10 plaque souple en forme de chevrons, avec un angle béta par rapport à l'axe de la plaque entre 25 et 90°. Brève description des figures 1 à 7 : la figure 1 est une vue schématique et en perspective du principe de fonctionnement 15 d'un échangeur à plaques selon l'état de l'art antérieur, la figure 2 est une vue schématique et en perspective de la forme d'une plaque avec motif en forme de chevron selon l'état de l'art antérieur, la figure 3 est une vue schématique de dessus de l'assemblage de 2 plaques rigides avec motif en forme de chevron selon l'état de l'art antérieur, 20 la figure 4 est une vue schématique en coupe de la circulation du fluide (I) à l'intérieur d'une plaque souple (A) et du fluide (II) entre 2 plaques souples, la figure 5 est une vue schématique et en perspective d'une plaque souple conforme à l'invention, dans la variante canaux parallèles, la figure 6 est une vue schématique et en perspective d'une plaque souple conforme à 25 l'invention, dans la variante chevrons inversés, la figure 7 est une vue schématique explicitant le principe d'assemblage par points (7) d'une plaque souple conforme à l'invention, dans la variante chevrons inversés. Dans sa réalisation, l'invention pourra être en tout point identique à un échangeur à plaques rigides tel que décrit dans l'état de l'art antérieur, dont 2 plaques rigides adjacentes seraient 30 remplacées par une plaque souple, constituée de 2 couches, assemblées de façon à obtenir la même géométrie interne et externe que les 2 plaques rigides adjacentes remplacées. REVENDICATIONS1) Echangeur de chaleur à plaques composé de plusieurs plaques souples, chacune des plaques comprenant au moins une feuille de plastique, et/ou un support textile revêtu ou enduit et/ou une grille enduite et disposant d'une géométrie interne permettant de distribuer un fluide (I) à l'intérieur de la plaque souple (A), et d'une géométrie externe définissant des canaux d'écoulement, pour un échange thermique entre le fluide (I) circulant à l'intérieur de la plaque et au moins un fluide (II) circulant dans l'espace entre 2 plaques souples (A, B). 2) L'échangeur de chaleur à plaques de la revendication 1 caractérisé en ce que chacune des plaques souples est constituée d'au moins une feuille de plastique, et/ou un support textile revêtu ou enduit et/ou une grille enduite définissant au moins 2 couches superposées (A1, A2), ces 2 couches étant assemblées à certains endroits afin d'obtenir la géométrie interne et externe recherchée. 3) L'échangeur de chaleur à plaques selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce 15 que, pour chacune des plaques souples, les 2 couches donnant sa géométrie interne et externe à chaque plaque souple sont assemblées par des points (6, 7) de moins de 2 mm de diamètre, continus ou espacés de moins de 15 mm. 4) L'échangeur de chaleur à plaques selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, pour chacune des plaques souples, les points d'assemblage définissent une géométrie 20 externe, des deux côtés de la plaque souple en forme de canaux parallèles à l'axe de la plaque. 5) L'échangeur de chaleur à plaques selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, pour chacune des plaques souples, les points d'assemblage définissent une géométrie externe, des deux côtés de la plaque souple en forme de chevrons, avec un angle téta par rapport à l'axe de la plaque entre 25 et 90°.