EP0912868B1 - Installation d'echange thermique entre au moins trois fluides - Google Patents

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EP0912868B1
EP0912868B1 EP97931891A EP97931891A EP0912868B1 EP 0912868 B1 EP0912868 B1 EP 0912868B1 EP 97931891 A EP97931891 A EP 97931891A EP 97931891 A EP97931891 A EP 97931891A EP 0912868 B1 EP0912868 B1 EP 0912868B1
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EP
European Patent Office
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fluid
plates
plate core
bundle
outlet
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Expired - Lifetime
Application number
EP97931891A
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German (de)
English (en)
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EP0912868A1 (fr
Inventor
William Levy
Dominique Sabin
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Alfa Laval Packinox SAS
Original Assignee
Packinox SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Packinox SA filed Critical Packinox SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/0075—Supports for plates or plate assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0006—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids

Definitions

  • the subject of the present invention is a heat exchange system used for cool or heat a first fluid by exchange thermal with at least two other fluids.
  • Heat exchange systems have heat exchangers which are generally of two types.
  • the first type of heat exchanger has a U-shaped tube bundle or a bundle of straight tubes in which one of the fluids.
  • the second type of heat exchanger has a sealed enclosure in which is placed a bundle of plates arranged contiguously and parallel to each other.
  • the plates made of thin sheets the most often made of stainless steel, have edges with smooth surface and a central part provided with corrugations by which they are in contact with each other the others and by which they delimit channels forming fluid circulation circuits independent.
  • This type of bundle heat exchanger of plates works with various fluids like by example liquids or gases or a mixture biphasic.
  • Each plate heat exchanger is consisting of a sealed enclosure in which is arranged a bundle of plates delimiting two circuits one of which is intended for the main fluid to be heated or to cool.
  • the connecting pipes between the different exchangers for fluid transfer main between these exchangers constitute areas of unnecessary and parasitic pressure drop and areas of loss of calories which decreases the yields of the heat exchange installation.
  • each heat exchanger has three circulation circuits of the three fluids.
  • an exchanger thermal plate comprising an enclosure waterproof and a bundle of plates formed by a stack of plates defining between them intervals which determine a main circuit of a first fluid extending over the entire length of the beam and two secondary circulation circuits of two fluids perpendicular to the direction of circulation of the first fluid.
  • the object of the invention is to provide a compact heat exchange system which allows decrease the pressure losses as well as the weight and the size of this installation and increase yields.
  • FIGs. 1 to 3 there is shown a installation intended to carry out a heat exchange between a first fluid A consisting of a liquid or a gas or biphasic mixture and at least two fluids B and C each consisting of a liquid or a gas or a biphasic mixture.
  • This heat exchange installation is intended for example to cool the first fluid A by fluids B and C or to heat this first fluid A.
  • the first fluid A is cooled by two fluids B and C respectively.
  • this first fluid A can be cooled by more than two other fluids.
  • the heat exchange system shown in Figs. 1 to 3 includes a sealed enclosure 1 of elongated shape and of circular section, for example.
  • This sealed enclosure 1 is provided with organs support, not shown, intended to rest on a receiving surface and this sealed enclosure 1 is preferably arranged vertically.
  • the bundles of plates 10 and 40 are separated from each other.
  • the first bundle of plates 10 has a general parallelepiped shape and constitutes the exchange surface necessary for heat transfer between fluids A and B.
  • the first bundle of plates 10 is formed by a stack of 11 thin metal plates and by example in stainless steel, fitted with corrugations 12.
  • the plates 11 of the plate bundle 10 are parallel to each other and are in contact between them at the level of the corrugations 12 so as to delimit channels forming fluid circulation circuits independent.
  • These plates 11 form between them a first longitudinal circuit for the first fluid A, spanning the entire length of the plate bundle 10 and a second longitudinal circuit b for the second fluid B, also extending over the entire length of the bundle of plates 10.
  • the second bundle of plates 40 has a general parallelepiped shape and constitutes the surface necessary for heat transfer between the fluids A and C.
  • this second bundle of plates 40 is formed by a stack of metal plates 41, of small thickness and for example stainless steel, with corrugations 42.
  • the plates 41 of the plate bundle 40 are parallel to each other and are in contact between them at the level of the corrugations 42 so as to delimit channels forming fluid circulation circuits independent.
  • These plates 41 form between them a first longitudinal circuit for the first fluid A, extending over the entire length of the plate bundle 40 and a second longitudinal circuit c for the third fluid C, also extending over the entire length of the beam of plates 40.
  • the means of entry of the first fluid A into circuit a of first bundle of plates 10 are formed by a tubing 13 sealingly passing through enclosure 1 and connected to a collector 14 disposed on the inlet of the circuit a of the first bundle of plates 10.
  • the means of connection for the circulation of first fluid A between the two bundles of plates 10 and 40 are formed by a tube 15 connected by one from its ends to a manifold 16 disposed on the output of circuit a of the first bundle of plates 10 and by the other of its ends to a collector 43 arranged on the input of circuit a of the second bundle of plates 40.
  • the means for leaving the first fluid A of the second bundle of plates 40 are formed by a tubing 44 sealingly passing through enclosure 1 and connected to a collector 45 disposed on the outlet of the circuit a of said second bundle of plates 40.
  • the means of entry of the second fluid B into the first bundle of plates 10 are formed by a tubing 17 sealingly passing through enclosure 1 and connected to a collector 18 disposed on the inlet of the circuit b of said first bundle of plates 10.
  • the means for outputting the second fluid B from the first bundle of plates 10 are formed by a tubing 19 passing tightly through the enclosure 1 and connected to a collector 20 disposed on the outlet of the circuit b of said first bundle of plates 10.
  • the circulation of fluids A and B in the first bundle of plates 10 is against the current and, therefore, the inlet for fluid A and the outlet for fluid B are located on the same end of the bundle of plates 10 and the outlet of the fluid A and the inlet of the fluid B are located on the opposite end of said bundle of plates 10.
  • the circulation of fluids A and B in the first bundle of plates 10 can be co-current and in this case the entries of fluids A and B are located on the same end of said first bundle of plates 10.
  • outlets of fluids A and B are also located on the same end of this first bundle of plates 10.
  • the means for entering the third fluid C in the second bundle of plates 40 are formed by a tubing 46 opening into the sealed enclosure 1 and communicating with the input of circuit c of said second bundle of plates 40.
  • the third fluid C therefore circulates in the circuit c of the second bundle of plates 40 and is also diffused inside the waterproof enclosure 1 so as to pressurize said bundles of plates 10 and 40.
  • the means of output of the third fluid C from the second bundle of plates 40 are formed by a tubing 47 sealingly passes through enclosure 1 and connected to a collector 48 disposed on the outlet of the circuit c of said second bundle of plates 40.
  • the circulation of fluids A and C in the second bundle of plates 40 is against the current if although the inputs of fluids A and C are located on opposite ends of the second bundle of plates 40.
  • the circulation of fluids A and C in the second plate bundle 40 can be co-current and in this case the fluid inputs A and C are located on the same end of the second bundle of plates 40.
  • the means holding the first bundle of plates 10 are arranged at the fluid outlet A of this bundle of plates 10 and the means for holding the second bundle of plates 40 are arranged at the entry of the fluid A into this bundle of plates 40.
  • the means for maintaining the first beam of plates 10 include two plates, respectively 25 and 26, having substantially the shape of a half-disc.
  • These plates 25 and 26 include stiffening spacers 27 welded to said turntables.
  • Plates 25 and 26 and spacers 27 are connected to collectors 16 and 18, for example by welding.
  • the means for maintaining the first beam of plates 10 also include two plates, respectively 28 and 29, having substantially the shape of a half-disc.
  • These plates 28 and 29 also include stiffening spacers 30 fixed on said said welding plates.
  • the plates 28 and 29 are fixed by through their outer edges on the wall internal of the sealed enclosure 1, for example by welding.
  • the plates 25 and 26 support the first bundle of plates 10 and rest on the plates 28 and 29 integral with the sealed enclosure 1 ce which allows the first beam to expand plates 10 towards the inlet of the first fluid A, this is say towards the end of the sealed enclosure 1.
  • the means for maintaining the second beam of plates 40 include two plates, respectively 50 and 51, having substantially the shape of a half-disc and provided with stiffening spacers 52.
  • the plates 50 and 51 as well as the spacers 52 are fixed on the collectors 43 and 48, by example by welding.
  • the means of maintaining the second bundle of plates 40 also include two plates, respectively 53 and 54, having substantially the shaped like a half disc and fitted with spacers stiffening 55 fixed on said plates 53 and 54 by welding.
  • the plates 50 and 51 integral with the second bundle of plates 40 rest on the plates 53 and 54 integral with the sealed enclosure 1 which allows expansion of the second bundle of plates 40 towards the exit of the first fluid A from this second beam plates 40, i.e. towards the end of the enclosure waterproof 1.
  • the bundles of plates 10 and 40 can expand mainly in two opposite directions reducing from that makes any constraint at the level of the connection tube 15 between these two bundles of plates 10 and 40.
  • the first fluid A to be heated or to be cooled is introduced through the tubing 13 and through the collector 14 in circuit a of the first beam of plates 10.
  • This fluid A circulates in circuit a on the entire length of the first bundle of plates 10.
  • the second fluid B is introduced via tubing 17 and manifold 18 in circuit b of the first bundle of plates 10.
  • This fluid B circulates over the entire length of the first bundle of plates 10 and leaves the installation heat exchange via the manifold 20 and the tubing outlet 19.
  • This first fluid A then enters the circuit a of the second bundle of plates 40 passing through the manifold 16, the connecting pipe 15 and the collector 43 and runs along the entire length of said second bundle of plates 40.
  • the third fluid C is introduced into the circuit c of the second bundle of plates 40 via of the inlet tubing 46 and flows over all the length of this second bundle of plates 40.
  • the third fluid C leaves the circuit c of the second bundle of plates 40 by the collector 48 and the outlet pipe 47.
  • the envelope constituting the sealed enclosure 1 seals to the atmosphere and allows external pressurization of the bundles of plates 10 and 40 by the fluid C which is introduced into the sealed enclosure 1.
  • several beams of plates can be arranged one after the other others in the waterproof enclosure.
  • the heat exchange installation according to the invention makes it possible to obtain a large differential between the main fluid inlet temperature and its outlet temperature and therefore increase yields, while reducing the size of the installation.

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Description

La présente invention a pour objet une installation d'échange thermique utilisée pour refroidir ou réchauffer un premier fluide par échange thermique avec au moins deux autres fluides.
Les installations d'échange thermique comportent des échangeurs thermiques qui sont généralement de deux types.
Le premier type d'échangeur thermique comporte un faisceau de tubes en forme de U ou un faisceau de tubes droits dans lequel circule un des fluides.
Mais ce type d'échangeur est d'une conception coûteuse et le rendement thermique est limité compte tenu que le nombre de tubes dépend de la place disponible qui est dans la plupart des cas restreinte.
Le second type d'échangeur thermique comporte une enceinte étanche dans laquelle est placé un faisceau de plaques disposées jointivement et parallèlement les unes aux autres.
Les plaques constituées de tôles fines, le plus souvent en acier inoxydable, comportent des bords à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles délimitent des canaux formant des circuits de circulation de fluides indépendants.
Ce type d'échangeur thermique à faisceaux de plaques fonctionne avec divers fluides comme par exemple des liquides ou des gaz ou un mélange biphasique.
Avec ce type d'échangeur à plaques, faisant circuler les deux fluides dans les circuits respectifs, il se produit un échange thermique entre ces deux fluides ce qui permet de réchauffer l'un des fluides et de refroidir l'autre fluide ou inversement.
Pour certaines applications industrielles, il est nécessaire d'obtenir une différence de température importante du fluide à réchauffer ou à refroidir entre son entrée et sa sortie de l'échangeur à plaques.
C'est pourquoi plusieurs échangeurs à plaques sont, dans ce cas, placés les uns à la suite des autres.
Chaque échangeur thermique à plaques est constitué d'une enceinte étanche dans laquelle est disposé un faisceau de plaques délimitant deux circuits dont l'un est destiné au fluide principal à réchauffer ou à refroidir.
Ces circuits principaux des différents faisceaux de plaques sont reliés entre eux par des conduites de liaison qui traversent chaque enceinte de manière étanche de façon à réaliser une circulation continue du fluide principal dans les différents faisceaux de plaques.
De ce fait, la surface au sol nécessaire à ce genre d'installation est importante et le coût pour sa fabrication et sa maintenance est également important.
De plus, les conduites de liaison entre les différents échangeurs pour le transfert du fluide principal entre ces échangeurs constituent des zones de perte de charge inutiles et parasites et des zones de perte de calories ce qui diminue les rendements de l'installation d'échange thermique.
On connaít dans le manuel H.Haussen, H. Linde, « Tieftemperaturtechnik », Springer.Verlag, Berlin, Heidelberg, New-York, Tokyo, 1985, une installation d'échange thermique entre trois fluides :
  • deux échangeurs de chaleur disposés en série et formant trois circuits de circulation de trois fluides, du type comprenant :
    • deux échangeurs de chaleur disposés en série et formant trois circuits de circulation de trois fluides,
    • des moyens d'entrée et de sortie de chacun des fluides de l'échangeur correspondant,
    • et des moyens de communication entre les deux échangeurs pour la circulation des trois fluides dans ces deux échangeurs.
Par conséquent, chaque échangeur de chaleur comporte trois circuits de circulation des trois fluides.
On connaít dans le EP-A-740 949, un état de la technique selon l'article 54 (3) CBE, un échangeur thermique à plaques comprenant une enceinte étanche et un faisceau de plaques formé par un empilement de plaques définissant entre elles des intervalles qui déterminent un circuit principal d'un premier fluide s'étendant sur toute la longueur du faisceau et deux circuits secondaires de circulation de deux fluides perpendiculairement au sens de circulation du premier fluide.
On connaít également dans le US-A-5 333 681 une installation d'échange thermique comprenant une enceinte étanche verticale à l'intérieur de laquelle est disposé un faisceau de plaques pour la circulation de deux fluides.
L'invention a pour but de proposer une installation d'échange thermique compacte qui permet de diminuer les pertes de charge ainsi que le poids et l'encombrement de cette installation et d'augmenter les rendements.
L'invention a donc pour objet une installation d'échange thermique entre au moins trois fluides, du type comprenant :
  • une enceinte étanche de forme allongée,
  • au moins deux faisceaux de plaques séparés et disposés à l'intérieur de l'enceinte étanche et formés chacun par un empilement de plaques métalliques d'échange thermique munies d'ondulations et délimitant entres elles deux circuits de circulation de deux fluides indépendants,
  • des moyens d'entrée d'un premier fluide dans le circuit correspondant du premier faisceau de plaques,
  • des moyens de liaison d'un circuit du premier faisceau de plaques avec un circuit du second faisceau de plaques pour la circulation du premier fluide entre les deux faisceaux de plaques, lesdits moyens de liaison étant formés par une tubulure reliée par l'une de ses extrémités à un collecteur disposé sur la sortie du circuit correspondant du premier faisceau de plaques et par l'autre de ses extrémités à un collecteur disposé sur l'entrée du circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • des moyens de sortie dudit premier fluide du circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • des moyens d'entrée et de sortie d'un second fluide dans le circuit correspondant du premier faisceau de plaques,
  • des moyens d'entrée et de sortie d'un troisième fluide dans le circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • des moyens de maintien de chaque faisceau de plaques dans ladite enceinte étanche.
Selon d'autres modes particuliers de réalisation de l'invention :
  • les moyens d'entrée du premier fluide sont formés par une tubulure traversant l'enceinte étanche et reliée à un collecteur disposé sur l'entrée du circuit correspondant du premier faisceau de plaques,
  • les moyens de sortie du premier fluide sont formés par une tubulure traversant l'enceinte étanche et reliée à un collecteur disposé sur la sortie du circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • les moyens d'entrée du second fluide du premier faisceau de plaques sont formés par une tubulure traversant l'enceinte étanche et reliée à un collecteur disposé sur l'entrée du circuit correspondant du premier faisceau de plaques,
  • les moyens de sortie du second fluide du premier faisceau de plaques sont formés par une tubulure traversant l'enceinte étanche et reliée à un collecteur disposé sur la sortie du circuit correspondant du premier faisceau de plaques,
  • les entrées des circuits de circulation du premier fluide et du second fluide dans le premier faisceau de plaques sont situées sur la même extrémité dudit premier faisceau de plaques pour une circulation co-courante desdits fluides,
  • les entrées des circuits de circulation du premier fluide et du second fluide dans le premier faisceau de plaques sont situées respectivement sur une extrémité opposée dudit premier faisceau de plaques pour une circulation à contre-courant desdits fluides,
  • les moyens d'entrée du troisième fluide sont formés par une tubulure débouchant dans l'enceinte étanche et communiquant avec l'entrée du circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • les moyens de sortie du troisième fluide sont formés par une tubulure traversant l'enceinte étanche et reliée à un collecteur disposé sur la sortie du circuit correspondant du second faisceau de plaques,
  • les entrées des circuits de circulation du premier fluide et du troisième fluide dans le second faisceau de plaques sont situées sur la même extrémité dudit second faisceau de plaques pour une circulation co-courante desdits fluides,
  • les entrés des circuits de circulation du premier fluide et du troisième fluide dans le second faisceau de plaques sont situées respectivement sur une extrémité opposée dudit second faisceau de plaques pour une circulation à contre-courant desdits fluides,
  • les moyens de maintien du premier faisceau de plaques sont disposés au niveau de la sortie du premier fluide dudit faisceau de plaques et comportent, d'une part, deux platines ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées aux collecteurs correspondants et, d'autre part, deux platines ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées à la paroi interne de l'enceinte étanche, lesdites platines étant en appui l'une sur l'autre et permettant une dilatation dudit premier faisceau de plaques vers l'entrée du premier fluide,
  • les moyens de maintien du second faisceau de plaques sont disposés au niveau de l'entrée du premier fluide dans ledit faisceau de plaques et comportent, d'une part, deux platines ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées aux collecteurs correspondants et, d'autre part, deux platines ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées à la paroi interne de l'enceinte étanche, lesdites platines étant en appui l'une sur l'autre et permettant une dilatation dudit second faisceau de plaques vers la sortie du premier fluide.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig. 1 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée d'une installation d'échange thermique selon l'invention,
  • la Fig. 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de l'installation d'échange thermique selon l'invention,
  • la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2,
  • la Fig. 4 est une vue schématique en coupe transversale d'une portion du premier faisceau de plaques de l'installation d'échange thermique selon l'invention,
  • la Fig. 5 est une vue schématique en coupe transversale d'une portion du second faisceau de plaques de l'installation d'échange thermique selon l'invention,
  • la Fig. 6 est une vue en coupe longitudinale et à plus grande échelle montrant les moyens de maintien des faisceaux de plaques dans l'enceinte étanche.
Sur les Figs. 1 à 3, on a représenté une installation destinée à réaliser un échange thermique entre un premier fluide A constitué par un liquide ou un gaz ou mélange biphasique et au moins deux fluides B et C constitués chacun par un liquide ou un gaz ou un mélange biphasique.
Cette installation d'échange thermique est destinée par exemple à refroidir le premier fluide A par les fluides B et C ou a réchauffer ce premier fluide A.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, le premier fluide A est refroidi par deux fluides respectivement B et C.
Mais, ce premier fluide A peut être refroidi par plus de deux autres fluides.
L'installation d'échange thermique représentée sur les Figs. 1 à 3 comprend une enceinte étanche 1 de forme allongée et de section par exemple circulaire.
Cette enceinte étanche 1 est munie d'organes de support, non représentés, destinés à reposer sur une surface de réception et cette enceinte étanche 1 est de préférence disposée verticalement.
A l'intérieur de l'enceinte étanche 1 sont disposés, d'une part, un premier faisceau de plaques désigné dans son ensemble par la référence 10 et, d'autre part, un second faisceau de plaques désigné dans son ensemble par la référence 40.
Les faisceaux de plaques 10 et 40 sont séparés l'un de l'autre.
Le premier faisceau de plaques 10 présente une forme générale parallélépipèdique et constitue la surface d'échange nécessaire au transfert thermique entre les fluides A et B.
Comme représenté à la Fig. 4, le premier faisceau de plaques 10 est formé par un empilement de plaques 11 métalliques de faible épaisseur et par exemple en acier inoxydable, munies d'ondulations 12.
Les plaques 11 du faisceau de plaques 10 sont parallèles les unes aux autres et sont en contact entre elles au niveau des ondulations 12 de façon à délimiter des canaux formant des circuits de circulation de fluides indépendants.
Ces plaques 11 forment entres elles un premier circuit a longitudinal pour le premier fluide A, s'étendant sur toute la longueur du faisceau de plaques 10 et un second circuit b longitudinal pour le second fluide B, s'étendant également sur toute la longueur du faisceau de plaques 10.
Le second faisceau de plaques 40 présente une forme générale parallélépipèdique et constitue la surface d'échange nécessaire au transfert thermique entre les fluides A et C.
Ainsi que représenté à la Fig. 5, ce second faisceau de plaques 40 est formé par un empilement de plaques 41 métallique, de faible épaisseur et par exemple en acier inoxydable, munies d'ondulations 42.
Les plaques 41 du faisceau de plaques 40 sont parallèles les unes aux autres et sont en contact entre elles au niveau des ondulations 42 de façon à délimiter des canaux formant des circuits de circulation de fluides indépendants.
Ces plaques 41 forment entre elles un premier circuit a longitudinal pour le premier fluide A, s'étendant sur toute la longueur du faisceau de plaques 40 et un second circuit c longitudinal pour le troisième fluide C, s'étendant également sur toute la longueur du faisceau de plaques 40.
Par ailleurs, l'installation d'échange thermique comprend également :
  • des moyens d'entrée du premier fluide A dans le circuit a du premier faisceau de plaques 10,
  • des moyens de liaison du circuit a du premier faisceau de plaques 10 avec le circuit a du second faisceau de plaques 40 pour la circulation du premier fluide A entre lesdits faisceaux de plaques 10 et 40,
  • des moyens de sortie du premier fluide A du circuit a du second faisceau de plaques 40,
  • des moyens d'entrée et de sortie du second fluide B du circuit b correspondant du premier faisceau de plaques 10,
  • des moyens d'entrée et de sortie du troisième fluide C du circuit c correspondant du second faisceau de plaques 40,
  • et des moyens de maintien de chaque faisceau de plaques 10 et 40 dans ladite enceinte étanche 1.
Ainsi que représenté sur les Figs. 1 à 3, les moyens d'entrée du premier fluide A dans le circuit a du premier faisceau de plaques 10 sont formés par une tubulure 13 traversant de manière étanche l'enceinte 1 et reliée à un collecteur 14 disposé sur l'entrée du circuit a du premier faisceau de plaques 10.
Les moyens de liaison pour la circulation du premier fluide A entre les deux faisceaux de plaques 10 et 40 sont formés par une tubulure 15 reliée par l'une de ses extrémités à un collecteur 16 disposé sur la sortie du circuit a du premier faisceau de plaques 10 et par l'autre de ses extrémités à un collecteur 43 disposé sur l'entrée du circuit a du second faisceau de plaques 40.
Les moyens de sortie du premier fluide A du second faisceau de plaques 40 sont formés par une tubulure 44 traversant de manière étanche l'enceinte 1 et reliée à un collecteur 45 disposé sur la sortie du circuit a dudit second faisceau de plaques 40.
Les moyens d'entrée du second fluide B dans le premier faisceau de plaques 10 sont formés par une tubulure 17 traversant de manière étanche l'enceinte 1 et reliée à un collecteur 18 disposé sur l'entrée du circuit b dudit premier faisceau de plaques 10.
Les moyens de sortie du second fluide B du premier faisceau de plaques 10 sont formés par une tubulure 19 traversant de manière étanche l'enceinte 1 et reliée à un collecteur 20 disposé sur la sortie du circuit b dudit premier faisceau de plaques 10.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la circulation des fluides A et B dans le premier faisceau de plaques 10 est à contre-courant et, par conséquent, l'entrée du fluide A et la sortie du fluide B sont situées sur la même extrémité du faisceau de plaques 10 et la sortie du fluide A et l'entrée du fluide B sont situées sur l'extrémité opposée dudit faisceau de plaques 10.
Selon une variante, la circulation des fluides A et B dans le premier faisceau de plaques 10 peut être co-courante et dans ce cas les entrées des fluides A et B sont situées sur la même extrémité dudit premier faisceau de plaques 10.
Dans ce cas, les sorties des fluides A et B sont également situées sur la même extrémité de ce premier faisceau de plaques 10.
Les moyens d'entrée du troisième fluide C dans le second faisceau de plaques 40 sont formés par une tubulure 46 débouchant dans l'enceinte étanche 1 et communiquant avec l'entrée du circuit c dudit second faisceau de plaques 40.
Le troisième fluide C circule donc dans le circuit c du second faisceau de plaques 40 et est également diffusé à l'intérieur de l'enceinte étanche 1 de façon à préssuriser lesdits faisceaux de plaques 10 et 40.
Les moyens de sortie du troisième fluide C du second faisceau de plaques 40 sont formés par une tubulure 47 traversant de manière étanche l'enceinte 1 et reliée à un collecteur 48 disposé sur la sortie du circuit c dudit second faisceau de plaques 40.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la circulation des fluides A et C dans le second faisceau de plaques 40 est à contre-courant si bien que les entrées des fluides A et C sont situées sur des extrémités opposées du second faisceau de plaques 40.
Selon une variante, la circulation des fluides A et C dans le second faisceau de plaques 40 peut être co-courante et dans ce cas les entrées des fluides A et C sont situées sur la même extrémité du second faisceau de plaques 40.
En se reportant maintenant à la Fig. 6, on va décrire les moyens de maintien des faisceaux de plaques 10 et 40 à l'intérieur de l'enceinte étanche 1.
Comme représenté sur cette figure, les moyens de maintien du premier faisceau de plaques 10 sont disposés au niveau de la sortie du fluide A de ce faisceau de plaques 10 et les moyens de maintien du second faisceau de plaques 40 sont disposés au niveau de l'entrée du fluide A dans ce faisceau de plaques 40.
Les moyens de maintien du premier faisceau de plaques 10 comprennent deux platines, respectivement 25 et 26, ayant sensiblement la forme d'un demi-disque.
Ces platines 25 et 26 comportent des entretoises de rigidification 27 soudées sur lesdites platines.
Les platines 25 et 26 et les entretoises 27 sont reliées aux collecteurs 16 et 18, par exemple par soudage.
Les moyens de maintien du premier faisceau de plaques 10 comprennent également deux platines, respectivement 28 et 29, ayant sensiblement la forme d'un demi-disque.
Ces platines 28 et 29 comportent également des entretoises de rigidification 30 fixées sur lesdites platines par soudage.
Les platines 28 et 29 sont fixées par l'intermédiaire de leurs bords extérieurs sur la paroi interne de l'enceinte étanche 1, par exemple par soudage.
Ainsi, les platines 25 et 26 supportent le premier faisceau de plaques 10 et reposent sur les platines 28 et 29 solidaires de l'enceinte étanche 1 ce qui autorise une dilatation du premier faisceau de plaques 10 vers l'entrée du premier fluide A, c'est à dire vers l'extrémité de l'enceinte étanche 1.
Les moyens de maintien du second faisceau de plaques 40 comprennent deux platines, respectivement 50 et 51, ayant sensiblement le forme d'un demi-disque et munies d'entretoises de rigidification 52.
Les platines 50 et 51 ainsi que les entretoises 52 sont fixées sur les collecteurs 43 et 48, par exemple par soudage.
D'autre part, les moyens de maintien du second faisceau de plaques 40 comprennent également deux platines, respectivement 53 et 54, ayant sensiblement la forme d'un demi-disque et munies d'entretoises de rigidification 55 fixées sur lesdites platines 53 et 54 par soudage.
Ces platines 53 et 54 sont fixées par l'intermédiaire de leurs bords extérieurs sur la paroi interne de l'enceinte 1 par exemple par soudage.
Ainsi, les platines 50 et 51 solidaires du second faisceau de plaques 40 reposent sur les platines 53 et 54 solidaires de l'enceinte étanche 1 ce qui autorise une dilatation du second faisceau de plaques 40 vers la sortie du premier fluide A de ce second faisceau de plaques 40, c'est à dire vers l'extrémité de l'enceinte étanche 1.
Grâce à cette disposition, lors du fonctionnement de l'installation d'échange thermique, les faisceaux de plaques 10 et 40 peuvent se dilater principalement dans deux directions opposées réduisant de ce fait toute contrainte au niveau de la tubulure de liaison 15 entre ces deux faisceaux de plaques 10 et 40.
Lors du fonctionnement de l'installation d'échange thermique, le premier fluide A à réchauffer ou à refroidir est introduit par la tubulure 13 et par le collecteur 14 dans le circuit a du premier faisceau de plaques 10.
Ce fluide A circule dans le circuit a sur toute la longueur du premier faisceau de plaques 10.
Le second fluide B est introduit par l'intermédiaire de la tubulure 17 et du collecteur 18 dans le circuit b du premier faisceau de plaques 10.
Ce fluide B circule sur toute la longueur du premier faisceau de plaques 10 et sort de l'installation d'échange thermique par le collecteur 20 et la tubulure de sortie 19.
Au cours de la circulation des fluides A et B dans le premier faisceau de plaques 10, il se produit un échange thermique entre ces fluides ce qui permet de refroidir ou de réchauffer le premier fluide A.
Ce premier fluide A pénètre ensuite dans le circuit a du second faisceau de plaques 40 en passant par le collecteur 16, la tubulure de liaison 15 et le collecteur 43 et circule sur toute la longueur dudit second faisceau de plaques 40.
Le troisième fluide C est introduit dans le circuit c du second faisceau de plaques 40 par l'intermédiaire de la tubulure d'entrée 46 et circule sur toute la longueur de ce second faisceau de plaques 40.
Le troisième fluide C sort du circuit c du second faisceau de plaques 40 par le collecteur 48 et la tubulure de sortie 47.
Au cours du passage des fluides A et C dans le second faisceau de plaques 40, il se produit un échange thermique entre ces fluides A et C ce qui permet de refroidir ou de réchauffer le fluide A.
Le fluide A ainsi refroidi ou réchauffé sort de l'installation d'échange thermique par le collecteur 45 et la tubulure 44.
L'enveloppe constituant l'enceinte étanche 1 assure l'étanchéité vers l'atmosphère et permet la pressurisation externe des faisceaux de plaques 10 et 40 par le fluide C qui est introduit dans l'enceinte étanche 1.
Selon une variante, plusieurs faisceaux de plaques peuvent être disposés les uns à la suite des autres dans l'enceinte étanche.
L'installation d'échange thermique selon l'invention permet d'obtenir une différentielle importante entre la température d'entrée du fluide principal et sa température de sortie et par conséquent d'augmenter les rendements, tout en diminuant l'encombrement de l'installation.

Claims (13)

  1. Installation d'échange thermique entre au moins trois fluides A, B et C, de type comprenant:
    une enceinte étanche (1) de forme allongée,
    au moins deux faisceaux de plaques (10 ; 40) séparés et disposés à l'intérieur de l'enceinte étanche (1) et formés chacun par un empilement de plaques métalliques (11 ; 41) d'échange thermique munies d'ondulations (12 ; 42) et délimitant entres elles deux circuits de circulation de deux fluides indépendants,
    des moyens d'entrée (13, 14) d'un premier fluide A dans le circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10),
    des moyens de liaison (15, 16, 43) d'un circuit du premier faisceau de plaques (10) avec un circuit du second faisceau de plaques (40) pour la circulation du premier fluide A entre lesdits faisceaux de plaques (10; 40), lesdits moyens de liaison étant formés par une tubulure (15) reliée par l'une de ses extrémités à un collecteur (16) disposé sur la sortie du circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10) et par l'autre de ses extrémités à un collecteur (43) disposé sur l'entrée du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40),
    des moyens de sortie (44, 45) dudit premier fluide A du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40),
    des moyens d'entrée (17, 18) et de sortie (19, 20) d'un second fluide B du circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10),
    des moyens d'entrée (46) et de sortie (47, 48) d'un troisième fluide C du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40),
    et des moyens de maintien de chaque faisceau de plaques (10 ;40) dans ladite enceinte étanche (1).
  2. Installation selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que les moyens d'entrée du premier fluide (A) sont formés par une tubulure (13) traversant l'enceinte étanche (1) et reliée à un collecteur (14) disposé sur l'entrée du circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10).
  3. Installation selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que les moyens de sortie du premier fluide A sont formés par une tubulure (44) traversant l'enceinte étanche (1) et reliée à un collecteur (45) disposé sur la sortie du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40).
  4. Installation selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que les moyens d'entrée du second fluide B dans le premier faisceau de plaques (10) sont formés par une tubulure (17) traversant l'enceinte étanche (1) et reliée à un collecteur (18) disposé sur l'entrée du circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10).
  5. Installation selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que les moyens de sortie du second fluide B du premier faisceau de plaques (10) sont formés par une tubulure (19) traversant l'enceinte étanche (1) et reliée à un collecteur (20) disposé sur la sortie du circuit correspondant du premier faisceau de plaques (10).
  6. Installation selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que les entrées des circuits de circulation du premier fluide A et du second fluide B dans le premier faisceau de plaques (10) sont situées sur la même extrémité dudit premier faisceau de plaques (10) pour une circulation co-courante desdits fluides.
  7. Installation selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que les entrées des circuits de circulation du premier fluide A et du second fluide B dans le premier faisceau de plaques (10) sont situées respectivement sur une extrémité opposée dudit premier faisceau de plaques (10) pour une circulation à contre-courant desdits fluides.
  8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'entrée du troisième fluide C sont formés par une tubulure (46) débouchant dans l'enceinte étanche (1) et communiquant avec l'entrée du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40).
  9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de sortie du troisième fluide C sont formés par une tubulure (47) traversant l'enceinte étanche (1) et reliée à un collecteur (48) disposé sur la sortie du circuit correspondant du second faisceau de plaques (40).
  10. Installation selon les revendications 2 et 8, caractérisée en ce que les entrées des circuits de circulation du premier fluide A et du troisième fluide C dans le second faisceau de plaques (40) sont situées sur la même extrémité dudit second faisceau de plaques (40) pour une circulation co-courante desdits fluides.
  11. Installation selon les revendication 2 et 8, caractérisée en ce que les entrées des circuits de circulation du premier fluide A et du troisième fluide C dans le second faisceau de plaques (40) sont situées respectivement sur une extrémité opposée dudit second faisceau de plaques (40) pour une circulation à contre-courant desdits fluides.
  12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de maintien du premier faisceau de plaques (10) sont disposés au niveau de la sortie du premier fluide A dudit faisceau de plaques (1) et comportent, d'une part, deux platines (25, 26) ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées aux collecteurs (16, 18) correspondants et, d'autre part, deux platines (28, 29) ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées à la paroi interne de l'enceinte étanche (1), lesdites platines (25, 26 ; 28, 29) étant en appui l'une sur l'autre et permettant une dilatation dudit premier faisceau de plaques (10) vers l'entrée du premier fluide A.
  13. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les moyens de maintien du second faisceau de plaques (40) sont disposés au niveau de l'entrée du premier fluide A dans ledit faisceau de plaques (40) et comportent, d'une part, deux platines (50, 51) ayant sensiblement la forme d'un demi-disque, liées aux collecteurs (43, 48) correspondant et, d'autre part, deux platines (53, 54) ayant sensiblement la forme d'un demi disque, liées à la paroi interne de l'enceinte étanche (1), lesdites platines (50, 51 ; 53, 54) étant en appui l'une sur l'autre et permettant une dilatation dudit second faisceau de plaques (40) vers la sortie du premier fluide (A).
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