EP0206935A1 - Punched plates heat exchanger with improved tightness - Google Patents

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EP0206935A1
EP0206935A1 EP86401336A EP86401336A EP0206935A1 EP 0206935 A1 EP0206935 A1 EP 0206935A1 EP 86401336 A EP86401336 A EP 86401336A EP 86401336 A EP86401336 A EP 86401336A EP 0206935 A1 EP0206935 A1 EP 0206935A1
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Abstract

On décrit un dispositif d'échange thermique - (17) dont la zone d'échange est constituée d'un empilement de plaques perforées (1,2) présentant des perforations disposées de telle façon que la superposition des perforations crée des espaces de circulation pour au moins deux fluides à des températures différentes, lesdites plaques perforées étant séparées deux à deux par au moins un joint - (7) disposé de manière que chaque perforation des plaques correspondant à un espace de circulation parcouru par un fluide soit séparé des perforations correspondant aux espaces de circulation parcourus par un fluide différent, ledit empilement étant maintenu sous une pression de serrage de 2 à 50 bars à l'aide d'une pluralité de tirants le traversant et ledit joint étant constitué par un graphite expanse fabriqué dans des conditions telles qu'il présente une masse volumique apparente d'environ 200 à 500 kg.<sub>m</sub>-<sub>3</sub>.A heat exchange device - (17) is described, the exchange zone of which consists of a stack of perforated plates (1,2) having perforations arranged in such a way that the superposition of the perforations creates circulation spaces for at least two fluids at different temperatures, said perforated plates being separated in pairs by at least one seal - (7) arranged so that each perforation of the plates corresponding to a circulation space traversed by a fluid is separated from the perforations corresponding to the circulation spaces traversed by a different fluid, said stack being maintained under a clamping pressure of 2 to 50 bars by means of a plurality of tie rods passing therethrough and said seal being constituted by an expanded graphite manufactured under conditions such as 'it has a bulk density of about 200 to 500 kg. <sub> m </sub> - <sub> 3 </sub>.

Description

L'invention concerne un dispositif d'échange thermique du type échangeur à plaques perforées, présentant une étanchéité améliorée.The invention relates to a heat exchange device of the exchanger type with perforated plates, having improved sealing.

Depuis quelque temps, on a proposé des échangeurs dits "compacts" constitués d'empilements de plaques perforées, sur lesquelles les perforations sont disposées de telle manière que leur empilement crée des espaces séparés dans lesquels peuvent circuler les fluides (liquides, gaz ou fumées) participant à I'échange thermique. L'organisme demandeur a lui-même décrit des dispositifs de ce type, en particulier dans le brevet français 2455721 "Echangeur de chaleur compact" et la demande de brevet français 2500610 "Echangeur de chaleur à plaques perforées".For some time now, so-called "compact" exchangers have been proposed which consist of stacks of perforated plates, on which the perforations are arranged in such a way that their stacking creates separate spaces in which fluids (liquids, gases or fumes) can circulate. participating in the heat exchange. The applicant organization has itself described devices of this type, in particular in French patent 2455721 "Compact heat exchanger" and French patent application 2500610 "Heat exchanger with perforated plates".

Suivant la disposition des perforations sur les plaques et la disposition des plaques dans l'empilement constituant l'échangeur, les espaces destinés à la circulation des fluides peuvent consister en des canaux dont la direction est perpendiculaire au plan des plaques ou en des "réseaux de circulation" créés par interconnexion de perforations enter les plaques adjacentes de l'empilement.Depending on the arrangement of the perforations on the plates and the arrangement of the plates in the stack constituting the exchanger, the spaces intended for the circulation of fluids may consist of channels whose direction is perpendicular to the plane of the plates or in "networks of circulation "created by interconnecting perforations between the adjacent plates of the stack.

Dans tous les cas, les espaces de circulation parcourus par un des fluides participant à l'échange thermique (ensembles de canaux ou réseaux de perforations interconnectées) doivent être séparés des espaces de circulation voisins parcourus par un autre fluide de manière à réduire le plus possible les fuites entre les divers espaces de circulation parcourus par des fluides différents. Pour obtenir ce résultat, il serait nécessaire d'utiliser des plaques perforées de très bonne planéité présentant un bon état de surface, très fortement serrées les unes sur les autres.In all cases, the circulation spaces traversed by one of the fluids participating in the heat exchange (sets of channels or networks of interconnected perforations) must be separated from the neighboring circulation spaces traversed by another fluid so as to reduce as much as possible. leaks between the various circulation spaces traversed by different fluids. To obtain this result, it would be necessary to use perforated plates of very good flatness having a good surface condition, very tightly tightened on each other.

L'obtention d'une planéité et d'un état de surface améliorés des plaques perforées constitue une contrainte qui peut conduire à un accroissement important de la complexité et du coût de leur fabrication. L'étanchéité souhaitée requérant en outre un serrage important de l'empilement, il serait nécessaire de mettre en oeuvre des moyens tels que des flasques d'épaisseur suffisante de part et d'autre de l'empilement (ce qui alourdirait considérablement l'ensemble), ainsi que des tirants en nombre et qualité suffisants pour réduire les fuites internes à une valeur compatible avec la fonctionnement souhaité du dispositif. II s'ensuivrait également un accroissement de la complexité et du coût de montage des échangeurs de ce type. Dans ces conditions, il était particulièrement important de remédier de façon efficace au problème posé et l'on a pensé à s'orienter vers l'utilisation de joints à disposer en alternance avec toutes les plaques de l'empilement. Or, les caractéristiques constitutives des échangeurs compacts, et notamment la pression à exercer pour le maintien de la cohésion de l'empilement, sont telles qu'il est particulièrement difficile de sélectionner un matériau adapté à l'utilisation envisagée.Obtaining an improved flatness and surface condition of the perforated plates constitutes a constraint which can lead to a significant increase in the complexity and the cost of their manufacture. The desired tightness also requires significant tightening of the stack, it would be necessary to use means such as flanges of sufficient thickness on either side of the stack (which would considerably increase the overall weight ), as well as sufficient number and quality of tie rods to reduce internal leaks to a value compatible with the desired operation of the device. This would also increase the complexity and the cost of mounting exchangers of this type. Under these conditions, it was particularly important to effectively remedy the problem posed and we thought of moving towards the use of seals to be arranged alternately with all the plates of the stack. However, the constituent characteristics of the compact exchangers, and in particular the pressure to be exerted to maintain the cohesion of the stack, are such that it is particularly difficult to select a material suitable for the intended use.

Or, on a maintenant découvert que, parmi un très grand nombre de matériaux que l'on a pu envisager d'utiliser, certains graphites expansés tels que définis plus loin présentent un ensemble de propriétés qui les rendent particulièrement adaptés à cette utilisation.Now, it has now been discovered that, among a very large number of materials which it has been possible to envisage using, certain expanded graphites as defined below have a set of properties which make them particularly suitable for this use.

L'invention a donc pour objet principal de proposer un échangeur de chaleur à plaques qui, outre les avantages de faible coût, de compacité, de relative légèreté et de facilité de réalisation de la distribution des fluides, ne présente pas de fuites ou présente des fuites négligeables entre les fluides entre lesquels s'effectue l'échange thermique.The main object of the invention is therefore to provide a plate heat exchanger which, in addition to the advantages of low cost, compactness, relative lightness and ease of carrying out the distribution of fluids, does not exhibit any leaks or presents negligible leaks between the fluids between which the heat exchange takes place.

Les échangeurs de chaleur selon l'invention peuvent être définis, d'une manière générale, en ce qu'ils comprennent un empilement de plaques perforées comprenant, entre deux plaques consécutives quelconques, au moins un joint disposé de manière que chaque perforation des plaques correspondant à un espace de circulation parcouru par un fluide soit séparée des perforations correspondant aux espaces de circulation parcourus par un fluide différent, le maintien de la cohésion de l'empilement de plaques est assuré par une pluralité de tirants traversant ledit empilement perpendiculairement aux plans des plaques répartis sur tout le volume de celui-ci et exerçant une pression de serrage d'environ 2 à 50 bars, ledit joint étant constitué d'un graphite expansé fabriqué dans des conditions telles qu'il présente une masse volumique apparente d'environ 200 à 500 kg.m-3. The heat exchangers according to the invention can be defined, in general, in that they comprise a stack of perforated plates comprising, between any two consecutive plates, at least one seal arranged so that each perforation of the corresponding plates a circulation space traversed by a fluid is separated from the perforations corresponding to the circulation spaces traversed by a different fluid, maintaining the cohesion of the stack of plates is ensured by a plurality of tie rods crossing said stack perpendicular to the planes of the plates distributed over the entire volume thereof and exerting a clamping pressure of approximately 2 to 50 bars, said seal consisting of expanded graphite manufactured under conditions such that it has an apparent density of approximately 200 to 500 kg. m - 3.

Le graphite expansé utilisé comme matériau constitutif des joints des échangeurs de l'invention se présente avantageusement sous la forme de feuilles flexibles d'épaisseur variable obtenues par moulage par compression de particules de graphite expansées, dans des conditions de température et de pression telles qu'elles présentent la masse volumique apparente mentionnée ci-dessus, ainsi que des caractéristiques de compressibilité convenables pour que leur écrasement, sous les pressions de serrage mises en jeu, leur permette d'assurer leur rôle, c'est-à-dire de compenser les défauts de planéité des plaques de l'empilement, ces défauts étant en général de quelques dizièmes de millimètres, en particulier lorsque les plaques sont métalliques (par exemple tôles d'acier ou de divers alliages).The expanded graphite used as constituent material of the seals of the exchangers of the invention is advantageously in the form of flexible sheets of variable thickness obtained by compression molding of expanded graphite particles, under conditions of temperature and pressure such as they have the bulk density mentioned above, as well as suitable compressibility characteristics so that their crushing, under the clamping pressures involved, allows them to fulfill their role, that is to say to compensate for the flatness defects of the plates of the stack, these defects generally being a few tenths of a millimeter, in particular when the plates are metallic (for example steel sheets or of various alloys).

Diverses autres caractéristiques physiques et mécaniques du graphite expansé considéré sont indiquées ci-après :

  • -Module d'Young : 0,7.10' à 150.10'N.m-'
  • -Conductibilité thermique :
  • . selon direction parallèle au plan de la feuille de graphite : 15 à 400 W.m-1°C-1
  • . selon direction perpendiculaire au plan de la feuille de graphite : < 15 W.m-'.°C-\
Various other physical and mechanical characteristics of the expanded graphite considered are indicated below:
  • -Young module: 0.7.10 'to 150.10'Nm-'
  • - Thermal conductivity:
  • . in direction parallel to the plane of the graphite sheet: 15 to 400 Wm -1 ° C -1
  • . in direction perpendicular to the plane of the graphite sheet: <15 Wm - '. ° C- \

Dans les empilements constituant les zones d'échange des dispositifs de l'invention, l'épaisseur des joints de graphite expansé représente en général de 2,5 à 10 fois l'amplitude moyenne des défauts de planéité que lesdits joints doivent compenser. En particulier lorsque les plaques sont métalliques et présentent des défauts de planéité de quelques dizièmes de millimètres, par exemple d'environ 0,05 mm à 0,5 mm, l'épaisseur des joints peut être d'environ 0,1 à 5 mm. Elle est le plus souvent comprise entre environ 0,5 et 2,5 mm. L'épaisseur des plaques est en général de 2 à 20 mm.In the stacks constituting the exchange zones of the devices of the invention, the thickness of the expanded graphite joints generally represents 2.5 to 10 times the average amplitude of the flatness defects that said joints must compensate for. In particular when the plates are metallic and have flatness defects of a few tenths of a millimeter, for example around 0.05 mm to 0.5 mm, the thickness of the joints can be around 0.1 to 5 mm . It is most often between approximately 0.5 and 2.5 mm. The thickness of the plates is generally from 2 to 20 mm.

Compte tenu des caractéristiques de compressibilité du graphite utilisé, la pression de serrage appliquée qui peut être d'environ 2 à 50 bars, provoque un écrasement des joints de graphite expansé de 10 à 90 % par rapport à leur épaisseur initiale. Dans certains cas, une pression de serrage d'environ 2 à 25 bars peut suffire. Elle est le plus souvent comprise entre environ 10 et 25 bars. L'écrasement peut être alors d'environ 40 à 70 % de l'épaisseur initiale.Given the compressibility characteristics of the graphite used, the clamping pressure applied, which can be around 2 to 50 bars, causes the expanded graphite joints to be crushed by 10 to 90% relative to their initial thickness. In some cases, a clamping pressure of around 2 to 25 bar may be sufficient. It is most often between about 10 and 25 bars. The crushing can then be about 40 to 70% of the initial thickness.

La constitution des échangeurs de chaleur à plaques perforées de l'invention, comprenant des joints de graphite expansé sera mieux comprise grâce à la description donnée ci-après de divers modes préférés de réalisation, dans lesquels la structure globale des échangeurs correspond à des structures déjà décrites dans la demande de brevet français 2500610, dont la divulgation est incluse dans la présente description, par voie de référence.The constitution of the perforated plate heat exchangers of the invention, comprising expanded graphite seals will be better understood from the description given below of various preferred embodiments, in which the overall structure of the exchangers corresponds to structures already described in French patent application 2500610, the disclosure of which is included in the present description, by way of reference.

Selon ces modes particuliers de réalisation, les plaques empilées pour constituer la zone d'échange thermique comportent des perforations allongées disposées en rangées parallèles. D'autres formes de perforations et d'autres dispositions peuvent être envisagées.According to these particular embodiments, the plates stacked to form the heat exchange zone have elongated perforations arranged in parallel rows. Other forms of perforations and other arrangements can be envisaged.

. Selon les modes de réalisation particuliers décrits ci-après, le joint peut consister en une feuille de graphite expansé convenablement perforée ou en un ensemble de bandes de graphite expansé, elles-mêmes convenablement perforées, ou encore en un ensemble de bandes de graphite expansé non perforées convenablement disposées. Dans un premier mode de réalisation particulier, la zone d'échange proprement dite est constituée essentiellement d'un empilement, formant un prisme droit, de plaques polygonales, présentant de préférence au moins une paire de côtés parallèles entre eux (par exemple des plaques rectangulaires) et de joints de même forme mais d'épaisseur non nécessairement égale à l'épaisseur des plaques, lesdites plaques et lesdits joints étant alternés dans l'empilement de telle sorte que, de préférence, un seul joint soit inséré entre deux plaques perforées successives de l'empilement, lesdites plaques et lesdits joints étant munis de perforations de forme allongée disposées suivant des rangées parallèles entre elles, lesdites perforations étant disposées et lesdites plaques et lesdits joints étant empilés de telle manière que les rangées de perforations d'une plaque soient superposées aux rangées de perforations des joints qui lui sont contigus.. According to the particular embodiments described below, the joint may consist of a sheet of suitably perforated expanded graphite or of a set of strips of expanded graphite, themselves suitably perforated, or alternatively of a set of strips of non-expanded graphite perforated suitably arranged. In a first particular embodiment, the actual exchange zone consists essentially of a stack, forming a straight prism, of polygonal plates, preferably having at least one pair of sides parallel to each other (for example rectangular plates ) and of joints of the same shape but of thickness not necessarily equal to the thickness of the plates, said plates and said joints being alternated in the stack so that, preferably, a single joint is inserted between two successive perforated plates of the stack, said plates and said seals being provided with elongated perforations arranged in rows parallel to each other, said perforations being arranged and said plates and said seals being stacked in such a way that the rows of perforations of a plate are superimposed on the rows of perforations of the contiguous joints.

En outre, si l'on considère l'ensemble des plaques de l'empilement, pour au moins une partie des rangées de perforations d'une plaque intermédiaire quelconque, chaque perforation est en communication avec deux perforations de la rangée correspondante de la plaque qui la précède et avec deux perforations de la rangée correspondante de la plaque qui la suit.In addition, if we consider all the plates of the stack, for at least part of the rows of perforations of any intermediate plate, each perforation is in communication with two perforations of the corresponding row of the plate which precedes it and with two perforations in the corresponding row of the plate which follows it.

Les joints intermédiaires peuvent présenter, pour les rangées considérées, des perforations coïncidant avec celles de la rangée correspondante de la plaque qui précède chacun desdits joints. Ou bien les joints intermédiaires peuvent présenter, pour les rangées considérées, des perforations coïncidant avec celles de la rangée correspondante de la plaque qui suit chacun desdits joints. Ou bien encore les joints intermédiaires peuvent présenter, pour les rangées considérées, des perforations coïncidant alternativement avec celles de la rangée correspondante de la plaque précédente pour un joint et avec celles de la rangée correspondante de la plaque suivante pour le joint suivant, cette alternance de disposition des perforations se répétant sur tout l'empilement.The intermediate seals may have, for the rows considered, perforations coinciding with those of the corresponding row of the plate which precedes each of said seals. Or else the intermediate joints may have, for the rows considered, perforations coinciding with those of the corresponding row of the plate which follows each of said joints. Or alternatively the intermediate joints may have, for the rows considered, perforations coinciding alternately with those of the corresponding row of the previous plate for a joint and with those of the corresponding row of the following plate for the next joint, this alternation of arrangement of perforations repeating throughout the stack.

Dans la pratique, on peut former l'empilement alterné des plaques et des joints en superposant alternativement des plaques perforées et des feuilles de graphite expansé non perforées, en découpant les perforations de chaque feuille de graphite expansé à travers les perforations de la plaque qui suit ladite feuille de graphite expansé à perforer, au cours de l'empilage.In practice, it is possible to form the alternating stack of plates and seals by alternately superimposing perforated plates and sheets of non-perforated expanded graphite, by cutting the perforations of each sheet of expanded graphite through the perforations of the following plate said expanded graphite sheet to be perforated, during stacking.

Dans certains cas, pour une partie des rangées de perforations, chaque perforation d'une plaque intermédiaire quelconque peut être en communication avec une seule perforation de la rangée correspondante de la plaque précédente et avec une seule perforation de la rangée correspondante de la plaque suivante. Dans ce cas, chaque joint intermédiaire présente des perforations qui, pour les rangées considérées, concident substantiellement avec les perforations des rangées correspondantes des plaques, cette disposition des perforations des plaques et des joints pouvant être conservée sur tout l'empilement.In certain cases, for a part of the rows of perforations, each perforation of any intermediate plate can be in communication with a single perforation in the corresponding row of the preceding plate and with a single perforation in the corresponding row from the next plate. In this case, each intermediate joint has perforations which, for the rows considered, substantially coincide with the perforations of the corresponding rows of the plates, this arrangement of the perforations of the plates and of the joints being able to be preserved over the entire stack.

Un mode de réalisation de ce type est illustré par les Figures 1, 1A, 2, 2A, 3 et 3A.An embodiment of this type is illustrated in Figures 1, 1A, 2, 2A, 3 and 3A.

  • La Figure 1 est une vue en élévation d'une plaque 1 comportant des rangées parallèles 21 de perforations allongées 6, lesdites perforations étant de même dimension, régulièrement espacées le long desdites rangées, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 6 voisines sur une même rangée est inférieur à la longueur des perforations 6, les extrémités des perforations étant en outre, d'une rangée à l'autre, alignées entre elles dans une direction perpendiculaire à la direction desdites rangées.Figure 1 is an elevational view of a plate 1 having parallel rows 21 of elongated perforations 6, said perforations being of the same dimension, regularly spaced along said rows, the distance between the ends closest to two perforations 6 neighboring on the same row is less than the length of the perforations 6, the ends of the perforations being further, from one row to another, aligned with each other in a direction perpendicular to the direction of said rows.
  • La Figure 1A représente une coupe d'une plaque 1 suivant le plan AA de la Figure 1.Figure 1A shows a section of a plate 1 along the plane AA of Figure 1.
  • La Figure 2 est une vue en élévation d'une plaque 2 comportant des rangées parallèles 22 et 23 de. perforations 9 et 10 respectivement, ces rangées étant entre elles à même distance que les rangées 21 sur les plaques 1 ; les perforations 9 et 10 ayant les mêmes dimensions que des perforations 6 des plaques 1, et étant, sur une même rangée 22 ou 23, régulièrement espacées, selon la même disposition que les perforations 6 sur une même rangée 21 d'une plaque 1, mais, d'une rangée 22 à une rangée 23, les perforations 9 et 10 sont décalées en quinconce.Figure 2 is an elevational view of a plate 2 having parallel rows 22 and 23 of. perforations 9 and 10 respectively, these rows being between them at the same distance as rows 21 on the plates 1; the perforations 9 and 10 having the same dimensions as perforations 6 of the plates 1, and being, on the same row 22 or 23, regularly spaced, according to the same arrangement as the perforations 6 on the same row 21 of a plate 1, but, from a row 22 to a row 23, the perforations 9 and 10 are staggered.
  • La Figure 2A représente une coupe d'une plaque 2 suivant le plan A.A de la Figure 2.Figure 2A represents a section of a plate 2 along the plane A.A of Figure 2.
  • La Figure 3 est une vue en élévation d'un joint 3 en graphite expansé ayant la même forme qu'une plaque 1 (il présente des perforations 11).Figure 3 is an elevational view of a seal 3 in expanded graphite having the same shape as a plate 1 (it has perforations 11).
  • La Figure 3A représente une coupe d'un joint 3 suivant le plan A.A de la Figure 3. Elle montre, pour le joint 3, une épaisseur différente de l'épaisseur des plaques 1 et 2.FIG. 3A represents a section of a joint 3 along the plane A.A of FIG. 3. It shows, for the joint 3, a thickness different from the thickness of the plates 1 and 2.
  • La Figure 4 est une vue en élévation d'un joint 4 en graphite expansé ayant la même forme qu'une plaque 2 (il présente des perforations 12 et 13). La Figure 4A représente une coupe d'un joint 4 suivant le plan AA de la Figure 4. Elle montre, pour le joint 4, une épaisseur différente de l'épaisseur des plaques 1 et 2.Figure 4 is an elevational view of a seal 4 in expanded graphite having the same shape as a plate 2 (it has perforations 12 and 13). FIG. 4A represents a section of a joint 4 along the plane AA of FIG. 4. It shows, for the joint 4, a thickness different from the thickness of the plates 1 and 2.

Dans une première variante d'exécution de ce mode de réalisation, la zone d'échange est formée par empilement successif d'une plaque 1, d'un joint 3, d'une plaque 2, d'un joint 3 et ainsi de suite.In a first alternative embodiment of this embodiment, the exchange zone is formed by successive stacking of a plate 1, of a seal 3, of a plate 2, of a seal 3 and so on. .

Selon une seconde variante d'exécution, la zone d'échange est formée par empilement successif d'une plaque 1, d'un joint 4, d'une plaque 2, d'un joint 4 et ainsi de suite. Enfin, selon une troisième variante d'éxécution, la zone d'échange est formée par empilement successif d'une plaque 1, d'un joint 4, d'une plaque 2, d'un joint 3, et ainsi de suite.According to a second alternative embodiment, the exchange zone is formed by successive stacking of a plate 1, a seal 4, a plate 2, a seal 4 and so on. Finally, according to a third alternative embodiment, the exchange zone is formed by successive stacking of a plate 1, of a seal 4, of a plate 2, of a seal 3, and so on.

La Figure 5 est une vue en élévation d'un empilement 14, réalisé selon la première variante d'exécution décrite ci-dessus. Les Figures 5A et 5B représentent respectivement des coupes de l'empilement 14 suivant les plans A.A et B.B de la Figure 5.Figure 5 is an elevational view of a stack 14, produced according to the first alternative embodiment described above. FIGS. 5A and 5B respectively represent sections of the stack 14 along the planes A.A and B.B of FIG. 5.

Les Figures 5C et 5D sont respectivement des coupes de l'empilement 14 suivant les plans C.C et D.D de la Figure 5.FIGS. 5C and 5D are respectively sections of the stack 14 along the planes C.C and D.D in FIG. 5.

Les empilements correspondant aux seconde et troisième variantes d'exécution décrites ci-dessus ne sont pas représentés par des figures.The stacks corresponding to the second and third variant embodiments described above are not shown in figures.

Dans un second mode particulier de réalisation, la constitution de l'empilement de plaques formant la zone d'échange est analogue à celle décrite dans le premier mode de réalisation ci-dessus, mais les joints intercalés entre les plaques perforées se présentent sous la forme de bandes perforées dont l'épaisseur est l'épaisseur du joint, une bande perforée correspondant à une rangée de perforations sur deux.In a second particular embodiment, the constitution of the stack of plates forming the exchange zone is similar to that described in the first embodiment above, but the joints inserted between the perforated plates are in the form of perforated strips, the thickness of which is the thickness of the joint, a perforated strip corresponding to one row of perforations in two.

Ce mode de réalisation est illustré par les Figures 1, 1A, 2, 2A, 6, 6A et 7 à 7C. Les plaques sont analogues aux plaques 1 et 2 des Figures 1 et 1 A, 2 et 2A respectivement.This embodiment is illustrated by Figures 1, 1A, 2, 2A, 6, 6A and 7 to 7C. The plates are analogous to plates 1 and 2 of Figures 1 and 1 A, 2 and 2A respectively.

La Figure 6 est une vue en élévation d'un joint 5 sous forme de bande présentant des perforations 15 correspondant aux perforations 6 des plaques 1 ou aux perforations 9 des plaques 2. La Figure 6A représente une coupe d'un joint 5 suivant le plan A.A de la Figure 6. La largeur 1 des bandes 5 est par exemple de b + al2 à b + 2a, si l'on désigne par a la distance, mesurée sur les plaques, entre les bords les plus proches des perforations de deux rangées voisines, et par b la largeur des perforations.Figure 6 is an elevational view of a seal 5 in the form of a strip having perforations 15 corresponding to the perforations 6 of the plates 1 or to the perforations 9 of the plates 2. Figure 6A shows a section of a seal 5 along the plane AA of Figure 6. The width 1 of the strips 5 is for example from b + al2 to b + 2a, if we denote by a the distance, measured on the plates, between the edges closest to the perforations of two rows neighboring, and by b the width of the perforations.

Cette largeur des bandes I est avantageusement de b + a à b + 2a. Elle est de préférence de b + 2a. C'est cette largeur préférée qui a été désignée par 1 sur les Figures1 et 2.This width of the bands I is advantageously from b + a to b + 2a. It is preferably b + 2a. It is this preferred width which has been designated by 1 in FIGS. 1 and 2.

Dans le mode particulier de réalisation décrit, la zone d'échange est formée par l'empilement successif d'une plaque 1, du nombre convenable de bandes 5, d'une plaque 2, à nouveau de bandes 5, et ainsi de suite.In the particular embodiment described, the exchange zone is formed by the successive stacking of a plate 1, of the suitable number of strips 5, of a plate 2, again of strips 5, and so on.

La Figure 7 est une vue en élévation d'un tel empilement 16. La Figure 7A représente une coupe de l'empilement 16 suivant le plan A.A de la Figure 7. Les Figures 7B et 7C sont respectivement des coupes de l'empilement 16 suivant les plans B.B et C.C de la Figure 7.Figure 7 is an elevational view of such a stack 16. Figure 7A shows a section of the stack 16 along the plane AA of Figure 7. Figures 7B and 7C are sections of the stack 16 respectively the BB and CC planes of Figure 7.

Dans un troisième mode de réalisation, la constitution de l'empilement des plaques formant la zone d'échange est analogue à celle décrite dans le mode de réalisation ci-dessus, mais les joints intercalés entre les plaques perforées se présentent sous la forme de bandes dont l'épaisseur est celle du joint, une bande correspondant à l'intervalle de séparation disposé entre deux rangées voisines de perforations.In a third embodiment, the constitution of the stack of plates forming the exchange zone is analogous to that described in the above embodiment, but the joints inserted between the perforated plates are in the form of strips the thickness of which is that of the joint, a strip corresponding to the separation interval arranged between two adjacent rows of perforations.

Ce mode de réalisation est illustrée par les Figures 1, 1 A, 2, 2A, 8, 8A et 9. Les plaques sont analogues aux plaques 1 et 2 des Figures 1 et 1A, 2 et 2A.This embodiment is illustrated by Figures 1, 1 A, 2, 2A, 8, 8A and 9. The plates are similar to the plates 1 and 2 of Figures 1 and 1A, 2 and 2A.

La Figure 8 est une vue en élévation d'un joint 7 sous forme d'une bande non perforée. La largeur d d'une bande 7 est de préférence égale à la distance, mesurée sur les plaques, entre les bords les plus proches des perforations de deux rangées voisines c'est-à-dire à la largeur des intervalles de séparation 8. La largeur d préférée a été notée sur les Figures 1 et 2. Cependant, la largeur d pourra être inférieure à la valeur indiquée ci-dessus de telle sorte que, si a est la distance entre les bords les plus proches de perforations de deux rangées vosines, d peut être compris d'une manière générale entre a/10 et a, et avantageusement entre a/2 et a.Figure 8 is an elevational view of a seal 7 in the form of a non-perforated strip. The width d of a strip 7 is preferably equal to the distance, measured on the plates, between the edges closest to the perforations of two adjacent rows, that is to say to the width of the separation intervals 8. The preferred width d has been noted in Figures 1 and 2. However, the width d may be less than the value indicated above so that, if a is the distance between the nearest edges of perforations of two rows of nets , d can be generally understood between a / 10 and a, and advantageously between a / 2 and a.

Dans le mode particulier de réalisation décrit, la zone d'échange est formée par l'empilement successif d'une plaque 1, d'un nombre convenable de bandes 7, d'une plaque 2, à nouveau d'un ensemble de bandes 7 et ainsi de suite.In the particular embodiment described, the exchange zone is formed by the successive stacking of a plate 1, of a suitable number of bands 7, of a plate 2, again of a set of bands 7 And so on.

La Figure 9 est une vue en perspective d'un tel empilement 17.FIG. 9 is a perspective view of such a stack 17.

Dans les échangeurs de chaleur de l'invention, le serrage de l'empilement, constitué des plaques perforées et des joints, est réalisé au moyen de tirants métalliques qui traversent ledit empilement perpendiculairement aux plans des plaques, lesdits tirants étant avantageusement introduits dans une partie des conduits formés par superposition d'une partie des perforations desdites plaques et desdits joints. Le serrage proprement dit, dont le détail n'est pas fourni dans la présente description, peut être assuré par des moyens classiques, tels que des tiges filetées terminant les tirants et des écrous prenant appui lors de leur serrage sur les plaques extrêmes de l'empilement ou sur des flasques disposés de part et d'autre de l'empilement de manière à transmettre la force de serrage en la répartissant sur toute la surface des plaques. Le serrage peut également être appliqué à l'empilement en insérant entre les écrous ou autre moyen de serrage et les plaques ou flasques extrêmes de l'empilement des rondelles-ressort ou autre dispositif élastique, de manière à permettre les variations de hauteur de l'empilement liées aux variations de la température de celui-ci, en maintenant un serrage suffisant et non excessif sur l'empilement pour assurer l'étanchéité interne de l'échangeur lors de son fonctionnement. La fraction des conduits dits "droits", formés par superposition d'une partie des perforations des plaques et des joints, occupée par les tirants est limitée afin de laisser le libre passage du fluide dans un nombre- suffisant desdits conduits droits, mais cette fraction de conduits droits occupée par les tirants doit être également suffisante pour que la force de serrage rendue possible par le nombre et la résistance à la traction des tirants dans les conditions extrêmes de fonctionnement permettent d'atteindre la pression de serrage nécessaire à l'étanchéité interne de l'échangeur. Les joints considérés dans l'invention, en graphite expansé, permettent de réaliser cette étanchéité interne à une pression aussi faible que possible compatible avec un maintien mécanique suffisant de l'empilement. Un avantage complémentaire est obtenu du fait que le joint utilisé est bon conducteur de la chaleur de telle sorte qu'il participe au transfert de la chaleur du fluide relativement chaud vers le fluide relativement froid.In the heat exchangers of the invention, the tightening of the stack, consisting of perforated plates and seals, is carried out by means of metal tie rods which pass through said stack perpendicular to the planes of the plates, said tie rods being advantageously introduced into a part conduits formed by superimposing part of the perforations of said plates and said seals. The actual tightening, the details of which are not provided in the present description, can be ensured by conventional means, such as threaded rods terminating the tie rods and nuts bearing when tightened on the end plates of the stack or on flanges arranged on either side of the stack so as to transmit the clamping force by distributing it over the entire surface of the plates. The tightening can also be applied to the stack by inserting between the nuts or other tightening means and the end plates or flanges of the stack of spring washers or other elastic device, so as to allow the height variations of the stack linked to variations in the temperature thereof, maintaining sufficient and not excessive tightening on the stack to ensure the internal sealing of the exchanger during its operation. The fraction of so-called "straight" conduits, formed by superposition of a part of the perforations of the plates and seals, occupied by the tie rods is limited in order to allow the free passage of the fluid in a sufficient number of said straight conduits, but this fraction of straight conduits occupied by the tie rods must also be sufficient so that the clamping force made possible by the number and the tensile strength of the tie rods under the extreme operating conditions allow the clamping pressure necessary for internal sealing to be reached of the exchanger. The seals considered in the invention, in expanded graphite, make it possible to achieve this internal seal at a pressure as low as possible compatible with sufficient mechanical retention of the stack. An additional advantage is obtained from the fact that the seal used is a good conductor of heat so that it participates in the transfer of heat from the relatively hot fluid to the relatively cold fluid.

Dans les échangeurs de chaleur de l'invention, les plaques perforées peuvent être métalliques. Elles peuvent aussi être constituées d'autres matériaux, comme par exemple des matériaux synthétiques thermoplastiques ou thermodurcissables, des matériaux céramiques ou encore du graphite de haute densité.In the heat exchangers of the invention, the perforated plates can be metallic. They can also be made of other materials, such as for example thermoplastic or thermosetting synthetic materials, ceramic materials or even high density graphite.

Ces échangeurs de chaleur sont plus particulièrement utilisés pour les échanges entre deux fluides, notamment pour la récupération de chaleur sur des fumées de fours ou de chaudières (premier fluide), la chaleur récupérée pouvant servir à réchauffer par exemple de l'air (second fluide).These heat exchangers are more particularly used for the exchanges between two fluids, in particular for the recovery of heat on fumes from furnaces or boilers (first fluid), the recovered heat being able to be used for heating air for example (second fluid ).

Claims (10)

1 -Dispositif d'échange thermique comprenant une zone d'échange formée d'un empilement de plaques perforées présentant des perforations disposées de telle façon que, dans l'empilement desdites plaques, la superposition des perforations crée des espaces de circulation pour au moins deux fluides, dans lequel entre deux plaques consécutives dudit empilement est intercalé au moins un joint destiné à compenser les défauts de planéité desdites plaques et disposé de manière que chaque perforation des plaques correspondant à un espace de circulation parcouru par un fluide soit séparé des perforations correspondant aux espaces de circulation parcouru par un fluide différent, ledit dispositif d'échange thermique étant caractérisé en ce que le maintien de la cohésion dudit empilement est assuré par une pression de serrage d'environ 2 à 50 bars exercée par une pluralité de tirants traversant ledit empilement perpendiculairement aux plans des plaques.et répartis sur tout le volume de celui-ci et en ce que les joints sont constitués d'un graphite expansé fabriqué dans des conditions telles qu'il présente une mass volumique apparente d'environ 200 à 500 kg.m-3.1 -Thermal exchange device comprising an exchange zone formed by a stack of perforated plates having perforations arranged in such a way that, in the stack of said plates, the superposition of the perforations creates circulation spaces for at least two fluids, in which between two consecutive plates of said stack is interposed at least one seal intended to compensate for the flatness defects of said plates and arranged so that each perforation of the corresponding plates a circulation space traversed by a fluid is separated from the perforations corresponding to the circulation spaces traversed by a different fluid, said heat exchange device being characterized in that the maintenance of the cohesion of said stack is ensured by a clamping pressure d '' approximately 2 to 50 bars exerted by a plurality of tie rods passing through said stack perpendicular to the planes of the plates. and distributed over the entire volume thereof and in that the joints consist of expanded graphite manufactured under conditions such as '' it has an apparent density of approximately 200 to 500 kg.m- 3 . 2 -Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur des joints représente de 2,5 à 10 fois l'amplitude moyenne des défauts de planéité des plaques.2 -Device according to claim 1, characterized in that the thickness of the joints represents from 2.5 to 10 times the average amplitude of the flatness defects of the plates. 3 -Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des joints est d'environ 0,1 à 5 mm.3 -Device according to claim 2, characterized in that the thickness of the joints is about 0.1 to 5 mm. 4 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur des plaques est de 2 à 20 mm.4 -Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the plates is 2 to 20 mm. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression de serrage de l'empilement est d'environ 10 à 25 bars.5 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the clamping pressure of the stack is about 10 to 25 bars. 6 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, sur lesdites plaques, les perforations sont de forme allongée et disposées en rangées parallèles, les rangées de perforations d'une plaque intermédiare sont superposées aux rangées de perforations de la plaque qui la précède et aux rangées de perforations de la plaque qui la suit, et en ce que, pour au moins une partie des rangées de perforations d'une plaque intermédiaire, chaque perforation est en communication avec deux perforations de la rangée correspondante de la plaque qui la précède et avec deux perforations de la rangée correspondante de la plaque qui la suit, et pour la partie complémentaire éventuelle des rangées de perforations d'une plaque intermédiaire, chaque perforation est en communication avec une seule perforation de la rangée correspondante de la plaque qui la précède et avec une seule perforation de la rangée correspondante de la plaque qui la suit.6 -A device according to one of claims 1 to 5, characterized in that, on said plates, the perforations are of elongated shape and arranged in parallel rows, the rows of perforations of an intermediate plate are superimposed on the rows of perforations of the plate which precedes it and the rows of perforations of the plate which follows it, and in that, for at least part of the rows of perforations of an intermediate plate, each perforation is in communication with two perforations of the corresponding row of the plate which precedes it and with two perforations of the corresponding row of the plate which follows it, and for the possible complementary part of the rows of perforations of an intermediate plate, each perforation is in communication with a single perforation of the corresponding row of the plate which precedes it and with a single perforation of the corresponding row of the plate which follows it. 7 -Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque joint intercalé entre deux plaques consécutives quelconques consiste en une feuille présentant des rangées parallèles de perforations allongées, lesdites perforations concidant substantiellement avec les perforations des rangées correspondantes de la plaque précédente ou de la plaque suivante, ou lesdites perforations dudit joint côincidant alternativement avec celles de la rangée correspondante de la plaque qui le précède et avec celles de la rangée correspondante de la plaque qui le suit.7 -A device according to claim 6, characterized in that each joint interposed between any two consecutive plates consists of a sheet having parallel rows of elongated perforations, said perforations substantially coinciding with the perforations of the corresponding rows of the previous plate or plate next, or said perforations of said joint coinciding alternately with those of the corresponding row of the plate which precedes it and with those of the corresponding row of the plate which follows it. 8 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite zone d'échange est formée de l'empilement alterné de plaques 1 comportant des rangées parallèles 21 de perforations allongées 6, lesdites perforations 6 étant de même dimension et régulièrement espacées le long desdites rangées 21, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 6 voisines sur une même rangée 21 étant inférieur à la longueur desdites perforations 6, les extrémités desdites perforations 6 étant en outre, d'une rangée à l'autre, alignées entre elles dans une direction perpendiculaire à la direction desdites rangées, et de plaques 2 comportant des rangées parallèles de types 22 et 23 de perforations allongées 9 et 10 respectivement, lesdites rangées étant entre elles à même distance que les rangées 21 sur les plaques 1, lesdites perforations 9 et 10 étant de même dimension que les perforations 6 des plaques 1 et régulièrement espacées le long desdites rangées de types 22 et 23 respectivement, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 9, ou de deux perforations 10, voisines sur une même rangée 22 ou 23 étant inférieur à la longueur desdites perforations 9 et 10, les extrémités desdites perforations 9 et 10 étant en outre d'une rangée 22 à une rangée 23 décalées en quinconce, les joints intercalés entre deux plaques consécutives quelconques 1 et 2 étant constitués de feuilles perforées de graphite expansé 3 dont les perforations 11 ont substantiellement la même forme et la même disposition que les perforations 6 des plaques 1, ou lesdits joints étant constitués de feuilles de graphite expansé 4 dont les perforations 12 et 13 ont substantiellement la même forme et la même disposition que les perforations 9 et 10 des plaques 2.8 -A device according to one of claims 1 to 7, characterized in that said exchange zone is formed by the alternating stack of plates 1 comprising parallel rows 21 of elongated perforations 6, said perforations 6 being of the same dimension and regularly spaced along said rows 21, the distance between the closest ends of two adjacent perforations 6 on the same row 21 being less than the length of said perforations 6, the ends of said perforations 6 being further, from row to row the other, aligned with each other in a direction perpendicular to the direction of said rows, and of plates 2 comprising parallel rows of types 22 and 23 of elongated perforations 9 and 10 respectively, said rows being between them at the same distance as rows 21 on the plates 1, said perforations 9 and 10 being of the same dimension as the perforations 6 of the plates 1 and regularly spaced along said rows of types 22 and 23 respectively, the distance between the ends closest to two perforations 9, or two perforations 10, neighboring on the same row 22 or 23 being less than the length of said perforations 9 and 10, the ends of said perforations 9 and 10 being further from a row 22 to a row 23 staggered, the seals inserted between any two consecutive plates 1 and 2 being made of perforated sheets of expanded graphite 3, the perforations 11 of which have substantially the same shape and the same arrangement as the perforations 6 of plates 1, or said seals being made of sheets of expanded graphite 4, the perforations 12 and 13 of which have substantially the same shape and arrangement as the perforations 9 and 10 of the plates 2. 9 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite zone d'échange est formée de l'empilement altemé de plaques 1 comportant des rangées parallèles de perforations allongées 6, lesdites perforations 6 étant de même dimension et régulièrement espacées le long desdites rangées, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 6 voisines sur une même rangée 21 étant inférieur à la longueur desdites perforations 6, les extrémités desdites perforations 6 étant en outre, d'une rangée à l'autre, alignées entre elles dans une direction perpendiculaire à la direction desdites rangées, et de plaques 2 comportant des rangées parallèles de types 22 et 23 de perforations allongées 9 et 10 respectivement, lesdites rangées étant entre elles à même distance que les rangées 21 sur les plaques 1, lesdites perforations 9 et 10 étant de même dimension que les perforations 6 des plaques 1 et régulièrement espacées le long desdites rangées de types 22 et 23 respectivement, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 9, ou de deux perforations 10, voisines sur une même rangée 22 ou 23 étant inférieur à la longueur desdites perforations 9 et 10, les extrémités desdites perforations 9 et 10 étant en outre d'une rangée 22 à une rangée 23 décalées en quinconce, les joints intercalés entre deux plaques consécutives quelconques 1 et 2 étant constitués chacun d'un ensemble de bandes perforées en graphite expansé 5 dont les perforations 15 correspondent aux perforations 6 des plaques 1 ou aux perforations 9 des plaques 2 et dont la largeur est au plus égale à la distance entre les bords les plus proches des perforations situées de part et d'autre des perforations 15 et au moins égale à la largeur des perforations 15 augmentée de- la moitié de la distance séparant deux bords les plus proches de deux rangées voisines.9 -A device according to one of claims 1 to 7, characterized in that said exchange zone is formed of the alternating stack of plates 1 comprising parallel rows of elongated perforations 6, said perforations 6 being of the same dimension and regularly spaced along said rows, the distance between the nearest ends of two adjacent perforations 6 on the same row 21 being less than the length of said perforations 6, the ends of said perforations 6 being further, from one row to the other, aligned with each other in a direction perpendicular to the direction of said rows, and of plates 2 comprising parallel rows of types 22 and 23 of elongated perforations 9 and 10 respectively, said rows being between them at the same distance as rows 21 on the plates 1, said perforations 9 and 10 being likewise dimension that the perforations 6 of the plates 1 and regularly spaced along said rows of types 22 and 23 respectively, the distance between the ends closest to two perforations 9, or two perforations 10, neighboring on the same row 22 or 23 being less than the length of said perforations 9 and 10, the ends of said perforations 9 and 10 being further from a row 22 to a row 23 staggered, the joints interposed between any two consecutive plates 1 and 2 each consisting of a set of perforated strips of expanded graphite 5, the perforations 15 of which correspond to the perforations 6 of the plates 1 or to the perforations 9 of the plates 2 and the width of which is at most equal to the distance between the edges closest to the perforations situated on either side other of the perforations 15 and at least equal to the width of the perforations 15 increased by half the distance separating two edges closest to two adjacent rows ines. 10 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite zone d'échange est formée de l'empilement alterné de plaques 1 comportant des rangées parallèles de perforations allongées 6, lesdites perforations 6 étant de même dimension et régulièrement espacées le long desdites rangées, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 6 voisines sur une même rangée 21 étant inférieur à la longueur desdites perforations 6, les extrémités desdites perforations 6 étant en outre, d'une rangée à l'autre, alignées entre elles dans une direction perpendiculaire à la direction desdites rangées, et de plaques 2 comportant des rangées parallèles de types 22 et 23 de perforations allongées 9 et 10 respectivement, lesdites rangées étant entre elles à même distance que les rangées 21 sur les plaques 1, lesdites perforations 9 et 10 étant de même dimension que les perforations 6 des plaques 1 et régulièrement espacées le long desdites rangées de types 22 et 23 respectivement, l'écart entre les extrémités les plus proches de deux perforations 9, ou de deux perforations 10, voisines sur une même rangée 22 ou 23 étant inférieur à la longueur desdites perforations 9 et 10, les extrémités desdites perforations 9 et 10 étant en outre d'une rangée 22 à une rangée 23 décalées en quinconce, les joints intercalés entre deux plaques consécutives quelconques 1 et 2 étant constitués chacun d'un ensemble de bandes 7 en graphite expansé, lesdites bandes 7 correspondant aux intervalles de séparation 8, entre les rangées voisines 21 des plaques 1 et entre les rangées voisines 22 et 23 des plaques 2 et dont la largeur est au plus égale à la distance séparant les bords les plus proches des perforations de deux rangées voisines et au moins égale au dixième de celle-ci.10 -A device according to one of claims 1 to 7, characterized in that said exchange zone is formed of the alternating stack of plates 1 having parallel rows of elongated perforations 6, said perforations 6 being of the same dimension and regularly spaced along said rows, the distance between the nearest ends of two adjacent perforations 6 on the same row 21 being less than the length of said perforations 6, the ends of said perforations 6 being further, from one row to the other, aligned with each other in a direction perpendicular to the direction of said rows, and of plates 2 comprising parallel rows of types 22 and 23 of elongated perforations 9 and 10 respectively, said rows being between them at the same distance as rows 21 on the plates 1, said perforations 9 and 10 being the same dimension as the perforations 6 of plates 1 and regularly spaced along said rows of types 22 and 23 r prospectively, the distance between the ends closest to two perforations 9, or two perforations 10, neighboring on the same row 22 or 23 being less than the length of said perforations 9 and 10, the ends of said perforations 9 and 10 being in addition to a row 22 to a row 23 staggered, the joints inserted between any two consecutive plates 1 and 2 each consisting of a set of bands 7 of expanded graphite, said bands 7 corresponding to the separation intervals 8, between the neighboring rows 21 of the plates 1 and between the adjacent rows 22 and 23 of the plates 2 and whose width is at most equal to the distance separating the edges closest to the perforations of two adjacent rows and at least equal to one tenth of it this.
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