Brevet FR3086742A1 — publié le 20200403

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur à plaques utilisés notamment pour l'échange de chaleur entre deux gaz, mais également entre deux liquides ou entre un liquide et un gaz. Les échangeurs de chaleur particulièrement intéressants pour l'invention sont les échangeurs gaz-gaz qui fonctionnent avec de grands ou de petits volumes d'écoulement à des pressions relativement basses, par exemple de 0,1 à 1,5 MPa. Ils peuvent être utilisés par exemple sous forme de préchauffeurs d'air pour des fours ou peuvent faire partie d'installations de réduction des NOx (dispositifs « DeNOx Les échangeurs de chaleur ont pour fonction de mettre en oeuvre un échange thermique entre un fluide à haute température et un fluide à basse température sans les mélanger. Les échangeurs de chaleur à plaques ont de bonnes performances thermiques grâce à leur grande surface d'échange, tout en étant compacts. Les échangeurs de chaleur à plaques récupèrent la chaleur en disposant une pluralité de plaques empilées parallèlement les unes aux autres à intervalles prédéterminés. Lesdites plaques sont espacées de telle sorte que l'espace entre deux plaques adjacentes forme un canal à travers lequel peut s'écouler un fluide. Un fluide à haute température et un fluide à basse température sont fournis en alternance aux canaux successifs de manière à effectuer un transfert thermique entre le fluide à haute température et le fluide à basse température par le biais de chaque plaque. ÉTAT DE LA TECHNIQUE : Le brevet EP165179B1 décrit un échangeur de chaleur à plaques caractérisé en ce que les canaux sont définis par l'espace inclus entre des plaques quadrilatérales pressées. Lesdites plaques pressées comprennent deux paires de bords opposés recourbés à 90° dans des directions opposées : une paire vers le haut et une paire vers le bas si l'on considère les plaques dans un plan horizontal. Les plaques pressées sont montées symétriquement et sont associées les unes aux autres par soudage de leurs bords verticaux. Dans un tel échangeur de chaleur, l'entrée et la sortie de chaque canal sont identiques. Chaque plaque pressée requiert au moins quatre opérations de pliage pour sa fabrication. La demande de brevet US2010/0006274A1 décrit un échangeur de chaleur à plaques constitué de plaques quadrilatérales ayant au moins deux bords opposées recourbées par rapport à la surface de transfert thermique. Les canaux de fluide sont définis par l'espace entre une paire de plaques identiques qui sont positionnées en étant une image en miroir l'une par rapport à l'autre. Par 2 conséquent, les deux bords recourbés d'une plaque sont en contact avec les deux bords recourbés de la plaque symétrique. Ainsi, les plaques sont recourbées sur au moins deux bords opposées. L'invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur à plaques amélioré, notamment avec une 5 conception de plaques garantissant un nombre réduit d'opérations de fabrication et/ou un temps de fabrication réduit, et de préférence sans affecter la performance du transfert thermique et la résistance à la corrosion, notamment la résistance à la corrosion par fissuration. RÉSUMÉ DE L'INVENTION : La plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention, comprenant un panneau central avec au moins 10 quatre côtés, ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, peut être définie comme suit : - un premier côté du panneau central est incliné par rapport audit panneau central et forme un premier panneau de jonction - le côté opposé dudit premier côté est plan. 15 Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention est produite avec un nombre réduit d'opérations, dans la mesure où seulement une opération de pliage est requise pour fabriquer la plaque. La plaque d'échangeur de chaleur présente une performance de transfert thermique similaire à celle des plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles. 20 Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, un unique panneau de jonction sur deux plaques d'échangeur de chaleur successives est éventuellement suffisant pour les relier mécaniquement. Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la résistance à la corrosion de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est améliorée. La plaque selon l'invention 25 permet de maintenir la température de la paroi de la plaque au-dessus du point de rosée du fluide, tandis qu'un gaz chaud s'écoule au niveau de l'entrée et de la sortie du canal de l'échangeur de chaleur, ce qui réduit le risque de corrosion sous l'effet d'acides condensés. De plus, la conception de l'entrée et de la sortie du canal présente une géométrie présentant un moindre risque de corrosion par fissuration dans la mesure où le nombre de bords recourbés est réduit. 30 Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention peut être soudée de manière telle qu'il ne soit pas nécessaire de compenser la dilatation des coins de la plaque et qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser un dispositif de dilatation dédié dans le châssis (« casing » selon la terminologie anglo-saxonne) de l'échangeur de chaleur. 3 Avantageusement, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle a avec ledit panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer. Avantageusement, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon 5 l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle a avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le premier panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de pliage. La deuxième partie peut avantageusement être utilisée pour souder le premier panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. Ainsi, la 10 plaque avec un seul panneau de jonction peut être fabriquée en une seule opération de pliage. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et peut être très facilement assemblée à une autre plaque. Dans ces deux derniers cas, l'angle a entre la première partie du premier panneau de jonction et le panneau central est de préférence compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°. 15 Selon un premier mode de réalisation de l'invention, un deuxième côté du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction. En outre, le côté opposé dudit deuxième côté peut être soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau 20 de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction. Dans ce premier mode de réalisation, le deuxième panneau de jonction peut être utilisé pour relier mécaniquement le panneau central de ladite plaque d'échangeur de chaleur à une autre plaque d'échangeur de chaleur. 25 Dans ce premier mode de réalisation, soit le côté opposé dudit deuxième côté est plan et les deux panneaux de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon ce mode de réalisation peuvent être reliés mécaniquement à deux plaques d'échangeur de chaleur comportant deux panneaux de jonction, chacun des panneaux de jonction étant relié à l'une des deux plaques. Soit, en variante, le côté opposé dudit deuxième côté est incliné de manière à former un troisième panneau de jonction qui est 30 une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction, c'est-à-dire que le bord opposé au deuxième panneau de jonction est incliné dans la même direction que le deuxième panneau de jonction. La plaque d'échangeur de chaleur avec trois panneaux de jonction peut être reliée mécaniquement à deux autres plaques d'échangeur de chaleur ayant seulement un premier panneau de jonction, le premier panneau de jonction étant relié à une plaque et le deuxième et le troisième 35 panneau de jonction étant reliés à l'autre plaque. 4 Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle 13 avec le panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer. 5 Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle p avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le deuxième panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de 10 pliage, de telle sorte que la plaque avec deux panneaux de jonction peut être fabriquée en deux opérations de pliage. La deuxième partie du panneau de jonction peut être utilisée pour souder le deuxième panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et très facile à assembler avec deux autres plaques comportant deux panneaux de jonction. Le troisième panneau de jonction, le cas échéant, est une image en miroir du deuxième 15 panneau de jonction et requiert une troisième opération de pliage. Toutefois, la plaque avec trois panneaux de jonction peut être assemblée avec deux plaques ayant seulement un premier panneau de jonction de sorte que dans l'ensemble, la fabrication d'une paire de plaques ne requiert que quatre opérations de pliage. Avantageusement, dans les deux derniers cas du premier mode de réalisation, ledit angle p entre la 20 première partie du deuxième panneau de jonction et le panneau central est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 110°, et plus préférablement entre 30° et 100° ou, notamment, est de 45° ou 90°. Un autre objet de la présente invention est une paire de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées, telles que décrites ci-dessus, c'est-à-dire une 25 première et une deuxième plaque d'échangeur de chaleur, dont les panneaux centraux sont parallèles l'un à l'autre, dans laquelle - le premier panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur et le premier panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sont disposés de manière à se faire face, en regard l'un de l'autre, 30 - le premier panneau de jonction de ladite première plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté plan opposé, -le premier panneau de jonction de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté 35 plan opposé, 5 -l'espace entre la première et la deuxième plaque d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier fluide. Les deux plaques de la paire de plaques selon l'invention sont assemblées par leurs premiers panneaux de jonction. L'espace entre les deux plaques forme le premier canal pour recevoir un 5 premier fluide. Le premier canal présente une section trapézoïdale qui reste identique sur toute sa longueur. La vitesse du fluide est sensiblement constante sur toute la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides. Comme le temps de fabrication de chaque plaque d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, le temps de fabrication de la paire de 10 plaques est également réduit. Un autre objet de la présente invention est un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur, comprenant deux paires de plaques espacées successives telles que décrites ci-dessus, une première paire de plaques d'échangeur de chaleur et une deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel : 15 - ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre, - l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide, - préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire, ou ladite deuxième paire estune image en miroir de ladite première paire. 20 L'empilement de deux paires de plaques successives espacées selon l'invention permet de former le deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide. Le deuxième canal présente une section qui varie sur la longueur du deuxième canal. La vitesse du fluide varie sur la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides. Le temps de fabrication de chaque paire de plaques 25 d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de paires de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, de sorte que le temps de fabrication de l'empilement de paires de plaques est également réduit. Avantageusement, les deux paires successives de l'empilement de paires de plaques selon l'invention 30 sont reliées latéralement par des moyens de fermeture, lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, appelé mode à REVENDICATIONS1. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) comprenant un panneau central (A0 ; Bo) avec au moins quatre côtés (A,, A2, A3, A4 , B,, B2, B3, B4), ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, caractérisée en ce que : un premier côté (Al ; B,) du panneau central est incliné par rapport audit panneau central (A0 BE) et forme un premier panneau de jonction (JA ; J5), le côté opposé (A3 ; B3) dudit premier côté (Al ; B,) est plan. 2. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 1, dans laquelle ledit premier panneau de jonction (JE ; JE) comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle (a) avec ledit panneau central. 3. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier panneau de jonction (J', ; JE) est fabriqué à partir d'une première partie (A5 , B5) et d'une deuxième partie (As ; BE) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (o) avec le panneau central (A0 ; B0) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. 4. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle ledit angle (a) entre la première partie (As ; Bs) du premier panneau de jonction et le panneau central (AE ; Bo) est compris entre 100 et 90°, de préférence entre 200 et 60', et plus préférablement entre 30° el. 50'. 5. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle : un deuxième côté (A2 ; B2) du panneau central (A0 ; BE) est incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté (Al ; B,) et ledit deuxième côté forme un deuxième panneau de jonction (KA ; KB) incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction (JA J8), le côté opposé (A4; B4) dudit deuxième côté (A2 B,) est soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction. 6. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 5, dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) comprend une première partie, notamment une partie unique (A7 ; B7), ladite première partie formant un angle (p) avec le panneau central. 20 5 7. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 6; dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) est fabriqué à partir d'une première partie (A7 ; B7) et d'une deuxième partie (Az, ; B8) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (p) avec le plan du panneau central (A0 ; Bo) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. 8. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications 6 ou 7, dans laquelle ledit angle (p) entre la première partie (A7 ; B7) du detoderne panneau de jonction et le panneau central (A0 ; B0) est compris entre 100 et 120'. de préférence entre 20° et 110', et plus préférablement entre 30° et 1000 ou notamment est de 45' ou 900. 10 9. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B), comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées selon l'une des revendications précédentes, désignées première (A) et deuxième (B) plaque d'échangeur de chaleur, dont les panneaux centraux (A0, Bo) sont parallèles l'un à l'autre, dans laquelle : - le premier panneau de jonction (JA) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) et 15 le premier panneau de jonction (..i5) de ladite deuxième plaque d'éokoognu/de chaleur (B) sont disposés de manière à se faire face. - le premier panneau de jonction (4 de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) est fixé directement au panneau central (B0) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) sur ledit côté plan opposé (B3), 20 - le premier panneau de jonction (JB) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) est fixé directement au panneau central (Ao) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) sur ledit côté plan opposé (A3), l'espace entre lesdites première (A) et deuxième (B) plaques d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier écoulement de fluide (F1). 25 10. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux paires de plaques successives espacées selon la revendication précédente' désignées par première paire de plaques d'échangeur de chaleur et deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre, 30 l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire ou ladite deuxième paire est une image en miroir de ladite première paire 11. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication précédente, formant un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, 21 dans lequel lesdites deux paires espacées successives sont reliées latéralement par des moyens de fermeture (C ; D), lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale. 5 12. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication 10, ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur telles qu'un deuxième côté (A2, B2) de leur panneau centrai soit incliné par rapport au panneau centrai (A0, B0), ledit deuxième côté (A2, B,) étant adjacent au premier côté (A1, B1) et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de 10 jonction (KA ; KB) incliné dans la direction opposée par rapport au premier panneau de jonction (J p, ; JB), et le côté opposé (A4 ; B4) dudit deuxième côté (A2 ; B2) étant plan, dans lequel : le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire est fixe directement au panneau central de la première plaque d'échangeur. de chaleur de la deuxième paire et le deuxième panneau de jonction de la première plaque 15 d'échangeur de chaleur de la deuxième paire est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire, en option, soit des moyens de fermeture relient latéralement lesdites deux paires sur le côte des deuxième panneaux de jonction, soit la zone de coin à l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction est formée de manière à relier mécaniquement lesdites deux 20 paires. 13. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon la revendication précédente, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement comprend une partie, notamment une partie unique, ladite partie formant un angle (p) avec le panneau central ou dans lesquelles ledit 25 deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (13) avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. 14. Échangeur de chaleur à plaques comprenant des plaques d'échangeur de chaleur eUou des paires de plaques d'échangeur de chaleur ou des empilements de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, lesdites plaques ou paires ou empilement étant disposés dans un châssis approprié. 22 15. Procédé de fabrication d'une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon la revendication 9, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: préparer deux panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier, 5 - pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle (et) avec le panneau central (A0 ; E30), optionnellernent, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième cote de 10 manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle [3 avec le panneau central, disposer les deux plaques d'échangeur de chaleur de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient 15 parallèles l'une à l'autre; joindre les deux plaques d'échangeur de chaleur de manière à former une paire de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide, fixer mécaniquement les deux plaques le long de leurs premiers panneaux de jonction, 20 16. Procédé de fabrication d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications -IO à 13, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: préparer au moins quatre panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier, 25 pour chacun desdits panneaux centraux, plier dit premier côté du panneau central de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle avec le panneau central, optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de 30 manière à fermer un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle 13 avec le panneau central, disposer les plaques d'échangeur de chaleur par paires de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient 35 parallèles l'une à l'autre, joindre les plaques d'échangeur de chaleur de manière à former au moins deux paires de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide, 23 fixer mécaniquement les deux plaques de chaque paire le long de leurs premiers panneaux de jonction, - empiler les au moins deux paires de plaques, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide, - Optionnellement, fixer mécaniquement les deux paires de plaques le long de leurs deuxièmes panneaux de jonction.