EP1966560A1 - Nouvelles ondes d'echange de chaleur et leurs applications - Google Patents

Nouvelles ondes d'echange de chaleur et leurs applications

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Publication number
EP1966560A1
EP1966560A1 EP06847185A EP06847185A EP1966560A1 EP 1966560 A1 EP1966560 A1 EP 1966560A1 EP 06847185 A EP06847185 A EP 06847185A EP 06847185 A EP06847185 A EP 06847185A EP 1966560 A1 EP1966560 A1 EP 1966560A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wave
waves
legs
leg
plates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06847185A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sophie Deschodt
François LECLERCQ
Marc Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1966560A1 publication Critical patent/EP1966560A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • 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
    • F28D9/0062—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0068—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 conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow

Definitions

  • the present invention relates to new heat exchange waves and their applications.
  • the brazed plate and fin exchanger (EPAB) technique is commonly used to provide a large exchange surface in a very compact body.
  • the EPABs consist of a stack of embossed sheets, called “waves”, separated by flat sheets called “separating plates” and closed on the sides by bars.
  • the assembly constitutes a fluid passage layer.
  • exchangers thus consist of several superimposed plates between which are inserted heat exchange waves or heat exchange fins, whose geometry is particularly varied. These constituent elements of the exchanger are usually aluminum.
  • the assembly is carried out by soldering in a salt bath or under vacuum.
  • Each fluid flows in the space between two adjacent separation plates, called passage.
  • the flows can be countercurrent, co-current or cross flow.
  • the interest of these exchangers is to offer a large exchange area, in a rather small volume.
  • An exchanger body may consist of a large number (more than one hundred) of solidarity layers.
  • the waves inserted between the plates have the function of increasing the exchange surface and thus increase the overall transfer performance: integral with the primary surface by brazing, they transfer heat flow by conduction.
  • the surface of the separation plates in direct contact with the fluid is the primary surface and the secondary surface constituted by the transfer waves, represents approximately 50% to 90% of the total exchange surface.
  • soldered waves ensure the mechanical strength of the entire exchanger.
  • Exchange waves based on folded flat product, perforated, punctured or stamped have given rise to a large number of variants.
  • the right wave which is a simple embossed metal plate of generally crenellated form
  • the perforated wave which is a straight wave realized with perforated bands (plates)
  • the partial offset wave ("serrated ").
  • the partial shift wave is characterized by a waveform such that the legs of the waves are perpendicular to the separation plates and by a shift of the wavebands at regular intervals.
  • the choice of the type of wave to be used in a heat exchanger depends on the required heat exchange and the maximum permitted pressure drops. However, a wave that has good thermal performance often generates high pressure losses; the best solution therefore generally involves a compromise between these two quantities.
  • the wave most often used is the partial shift wave. Its manufacture is widespread and well controlled: it is made by folding and stamping sheet usually aluminum with appropriate tools.
  • the wave thickness creates a restriction for fluid flow.
  • the edge of the fins creates a stopping point for the fluid.
  • FR-A-2807828 proposes an improvement of these waves which consists of removing material over a short length at the beginning of the partial offset: The pressure drop is then lower and the heat exchange slightly degraded.
  • brazed plate or fin exchangers having an improved exchange coefficient relative to the partial shift waves.
  • EP-A-1123763 discloses partial shift waves in which the wave legs are inclined relative to the separation plates and the length of each connection portion in the longitudinal direction of each waveband is less than or equal to to the thickness of the plate forming said strip to minimize the connection length between adjacent strips.
  • a wave band for EPAB of the partial shift type comprising a series of zones intended to be brazed on a first separating plate, a series of zones intended to be brazed on a second plate separation member, adjacent to the first separation sheet, and a series of legs, said fin legs, characterized in that at least one of the legs of at least one wave is inclined without being perpendicular to the separation plates and at least one leg has at least one portion perpendicular to the separation plates.
  • angles indicated are those formed by a leg seen in cross-section with respect to the intended flow direction for a fluid.
  • the zero angle is the direction of the separating plates, shown horizontally in the figures below.
  • the nature of the modifications is indicated by taking as a reference the conventional rectangular shape of a partial offset wave viewed in cross-section with respect to the intended flow direction for a fluid, and the shapes, unless otherwise indicated, are indicated by taking as a point of view the intended flow direction for a fluid and accordingly observing the section transversely to this direction of circulation.
  • wave the part of a waveband, analogous to the notion of "wavelength” in physics.
  • at least one of the legs of a wave is inclined at an angle of 43 ° to 80 °, preferably 45 ° to 75 °, preferably 50 ° to 75 °, especially 60 ° to 75 °, especially 60 ° to 70 °.
  • the conventional rectangular shape of a wave and preferably each wave is modified to form a trapezoid with a right angle. This type of modification is called type 1.
  • Only part of the waves can have one of its legs which is inclined, but preferably at least 20%, especially at least 40%, especially at least 60% of the waves.
  • all the waves of a wave band have one of their legs which is inclined.
  • Preferably only one of the legs of a wave is inclined, in particular always that located on the same side of the wave (left or right) of a waveband.
  • the inclined leg of a wave comprises an additional folding.
  • This type of modification represented hereinafter, is called type 2.
  • this additional folding is not performed parallel to the general direction of bending of the plates forming the waves, which is the general direction of flow intended for a fluid. This creates a vortex generation in the inclined part of the wave, which improves the heat transfer. This folding makes it possible to create a flow in 3 dimensions.
  • outward folding is provided on a vertical leg to form an inclined portion as shown in the figures below.
  • This type of modification is called type 3.
  • a sloping leg and a vertical leg having an inclined zone are combined on the same wave.
  • bends are provided on one leg to form at least one step.
  • This type of modification is called type 4. From preferably, one combines on the same wave an inclined leg and a bent leg to form a step.
  • the proposed patterns advantageously allow a junction between successive partial shifts to form a wave mat from folding a flat sheet and can be easily installed in a heat exchanger.
  • the zones of a wave intended to be brazed on a first separating plate and the zones intended to be brazed on a second separation plate are parallel to each other, especially when they are brazed on their plates or separation plates.
  • windows are provided in the sides of the waves according to the same principle as the windowed partial offset waves.
  • These new waves and wavebands can be made from flat products, by folding like the conventional partial shift wave, by modifying the profiles of the usual tools.
  • the cuts and bends can be made in the same direction as with the tool for manufacturing conventional partial offset waves, the shape of the folding rules being different.
  • the waves and wavebands object of the present invention have very interesting properties and qualities. Recall that the partial shift wave is characterized in particular by a wave shift at regular intervals.
  • the inclinations of the legs periodically vary between the partial offsets, so as to periodically change the direction of the leading edge.
  • the edges of attacks can be vertical, horizontal or inclined.
  • the solution proposed by the invention given the periodic change in the direction of the leading edges at each waveband allows to involve all the fluid in the heat exchange, without leaving a more weakly mixed zone. It also makes it possible to make the partial shift more efficient in the case of flow where the bonding does not have time to take place between two partial offsets: here the flow is intersected (and turbulence is created) in another plan.
  • These new waves have a surface gain for low densities.
  • the brazing surface is then reduced with respect to the partial shift wave.
  • These waves are therefore of particular interest for medium or low pressure passages for which it is sought to reduce the pressure drop (where high and low density partial offset waves are usually used).
  • the waves according to have a height of between 3 and 10 mm.
  • the present application also relates to a device comprising at least two parallel plates or separation plates between which are installed wavebands comprising waves as defined above, in particular a heat exchanger with brazed plates or fins. comprising waves as defined above.
  • each partial offset when for example the conventional shape of each partial offset is deformed to form a trapezoid comprising a right angle, at each partial shift, the pattern can be inverted and shifted.
  • the fluid approaches during its displacement leading edges successively inclined to the right and left.
  • FIG. 1 shows a perspective view, partially in section and exploded, of a conventional brazed plate heat exchanger (EPAB);
  • FIG. 2 represents a sectional view of three successive patterns of conventional partial offset waves;
  • Figure 3 shows the leading edges encountered in the direction of fluid flow in a conventional partial offset wave exchanger;
  • FIG. 1 shows a perspective view, partially in section and exploded, of a conventional brazed plate heat exchanger (EPAB);
  • FIG. 2 represents a sectional view of three successive patterns of conventional partial offset waves;
  • Figure 3 shows the leading edges encountered in the direction of fluid flow in a conventional partial offset wave exchanger;
  • FIG. 4 represents a sectional view of six successive wave patterns according to the present invention, in which the left leg or the right leg of each wave is inclined such that each wave has a rectangular trapezoidal shape;
  • Figure 5 is a view similar to that of Figure 3, but in the case of the wavebands of Figure 4;
  • Fig. 6 is a perspective view of the series of wave patterns of Fig. 4;
  • FIG. 7 shows a variant of a wave of FIG. 4, 5 or 6, in which the inclined leg of the wave comprises an additional folding to create a vortex effect;
  • FIG. 8 represents a series of 9 wavebands comprising trapezoidal waves with a right angle, and waves of this same type but further comprising a profile in steps; the same sequence is resumed after the eighth band.
  • FIG. 9 represents a view similar to those of FIGS.
  • Figure 10 also shows a series of 7 wave patterns, all in accordance with the present invention.
  • Figure 1 there is a whole series of separating plates
  • FIG. 1 planes and parallels, delimiting superimposed levels of passage of fluids.
  • exchange wave bands 2 brazed to the separating plates 1.
  • a whole series of bars 3 installed around the periphery of the exchanger, and generally soldered to the sheets, seal the assembly.
  • the pipe system 4 comprising cylindrical distribution boxes, and the design of the assembly are made so that at least 2 fluids can flow so that each fluid flows at different levels.
  • Figure 2 shows the shape of a conventional partial shift wave, as well as the lateral shift of the successive wave patterns.
  • the top 11 and lower surfaces 12 of a waveband are soldered to upper and lower separation plates 1, not shown.
  • the general rectangular cross-sectional shape of the conventional partial offset wave can be observed, as well as in FIG.
  • FIG. 4 represents the modified profile of the waves according to the invention called type 1 waves. These have lost their rectangular shape, which has been modified to become a trapezoidal shape with right angles.
  • the right leg 14 is inclined at an angle ⁇ (alpha) at 45 ° with respect to the surface of the separating plates 1 not shown.
  • the 45 ° angle corresponds to the opening angle of a leg, compared to the conventional rectangular shape of a conventional partial shift wave.
  • the left leg is in its entirety perpendicular to the separation plates (angle ⁇ (alpha) equal to 90 °). It is observed that for successive wave bands, alternately the left leg and then the right leg is inclined to form, in cross section, a trapezium.
  • Figure 6 is a perspective view of such a sequence, wherein the wave band shown in the foreground corresponds to that shown at the top of Figure 4, and successively.
  • FIG. 5 it can be observed that when the fluid flows between two separator plates provided with such a succession of wavebands, the leading edges are not only perpendicular, as in the offset wavebands. classical partial, but also inclined in the model represented at 45 °. An increase of almost 15% of the surface secondary is thus obtained with respect to the serrated wave of the same height, thickness and density.
  • the wave patterns A, C, D, F and H are of type 1
  • the wave patterns B, E and G are wave patterns of the same type, but in which the leg 13 perpendicular to the separating plates 1 comprises two folds which give this leg 13 a staircase profile thus comprising two portions perpendicular to the separating plates 1.
  • the waveband C comprises left and right lateral legs, each provided with an additional fold, such that each of the lateral legs comprises a portion perpendicular to the separating plates 1, and an inclined part.
  • Such a leg is inclined without being perpendicular to the separation plates and at the same time has a portion perpendicular to the separation plates.
  • the dotted arrows represent the lines according to which successive wave legs are interconnected, thus enabling them to be manufactured from a flat sheet.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Une bande d'ondes (2) pour échangeurs à plaques et ailettes brasés du type à décalage partiel comportant une série de zones destinées à être brasées sur une première tôle de séparation (1 ), une série de zones destinées à être brasées sur une seconde tôle de séparation (1 ), adjacente à la première tôle de séparation (1 ), et une série de jambes (13, 14), lesdites jambes formant des ailettes, dont au moins une des jambes (14) d'une onde au moins est inclinée, sans être perpendiculaire aux tôles de séparation (1 ), et dont au moins une des jambes (13) comporte au moins une portion perpendiculaire aux tôles de séparation (1 ) et échangeur à plaques ou ailettes brasées comportant de telles ondes.

Description

Nouvelles ondes d'échange de chaleur et leurs applications
La présente invention concerne de nouvelles ondes d'échange de chaleur et leurs applications. La technique des échangeurs à plaques et ailettes brasés (EPAB) est couramment utilisée afin d'offrir une grande surface d'échange dans un organe très compact.
Les EPAB sont constitués d'un empilage de tôles gaufrées, appelées les "ondes", séparées par des tôles planes dites "tôles de séparation" et fermés sur les côtés par des barres. L'ensemble constitue une couche de passage du fluide.
Ces échangeurs sont ainsi constitués de plusieurs plaques superposées entre lesquelles sont insérées des ondes d'échange de chaleur ou ailettes d'échange de chaleur, dont la géométrie est particulièrement variée. Ces éléments constitutifs de l'échangeur sont généralement en aluminium. Le montage s'effectue par brasage au bain de sel ou sous vide.
Chaque fluide s'écoule dans l'espace compris entre deux tôles de séparation adjacentes, appelé passage. Les écoulements peuvent être à contre-courant, co-courant ou à courants croisés. L'intérêt de ces échangeurs est d'offrir une grande surface d'échange, dans un volume assez réduit. Ce sont des échangeurs très compacts. Un corps d'échangeur peut être constitué d'un grand nombre (plus d'une centaine) de couches solidaires. Pour les procédés à grande échelle, il est fréquent que l'échangeur soit composé d'un ou plusieurs corps parallèles montés en batteries.
Les ondes insérées entre les plaques ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange et d'accroître ainsi les performances globales de transfert : solidaires de la surface primaire par brasage, elles transfèrent du flux thermique par conduction. La surface des tôles de séparation en contact direct avec le fluide est la surface primaire et la surface secondaire constituée par les ondes de transfert, représente environ 50% à 90% de la surface d'échange totale.
Les ondes jouent un double rôle dans les EPAB. En plus de fournir la majeure partie de la surface d'échange thermique, les ondes brasées assurent la tenue mécanique de l'ensemble de l'échangeur. Les ondes d'échange à base de produit plat plié, perforé, crevé ou embouti ont donné lieu à un grand nombre de variantes.
On peut citer l'onde droite, qui est une simple plaque de métal gaufrée de forme généralement crénelée, l'onde perforée, qui est une onde droite réalisée avec des bandes (plaques) perforées, et l'onde à décalage partiel (« serrated »). L'onde à décalage partiel se caractérise par une forme d'ondes telle que les jambes des ondes sont perpendiculaires aux tôles de séparation et par un décalage des bandes d'ondes à intervalles réguliers. Le choix du type d'onde à utiliser dans un échangeur dépend de l'échange thermique requis et des pertes de charge maximales admises. Cependant, une onde qui a de bonnes performances thermiques génère souvent de fortes pertes de charges ; la meilleure solution passe donc en général par un compromis entre ces deux grandeurs. L'onde la plus souvent utilisée est l'onde à décalage partiel. Sa fabrication est largement répandue et bien maîtrisée : elle est réalisée par pliage et emboutissage de tôles généralement d'aluminium grâce à des outils appropriés.
En gardant tous les autres paramètres constants, on constate que l'augmentation de la fréquence des décalages améliore les performances thermiques tout en induisant de plus grandes pertes de charge.
En y incluant le cas extrême de l'onde droite, la famille des ondes à décalage partiel de même densité est un bon exemple du compromis à trouver entre performances thermiques et pertes de charge. Le motif de l'onde à décalage partiel est représenté ci-après sur les figures.
Au niveau de chaque ligne de décalage, l'épaisseur des ondes crée une restriction pour le passage du fluide. D'autre part, le bord des ailettes crée un point d'arrêt pour le fluide. Ces deux effets combinés augmentent la perte de charge dans les ondes, d'autant plus que les décalages sont fréquents.
FR-A-2807828 propose une amélioration de ces ondes qui consiste à enlever de la matière sur une faible longueur au début de la décalage partiel: La perte de charge est alors plus faible et l'échange thermique peu dégradé.
Il serait cependant souhaitable de disposer d'échangeurs à plaques ou ailettes brasées disposant ayant un coefficient d'échange amélioré par rapport aux ondes à décalage partiels.
Par ailleurs, EP-A-1123763 décrit des ondes à décalage partiel dans lesquelles les jambes des ondes sont inclinées par rapport aux tôles de séparation et la longueur de chaque partie de connexion dans la direction longitudinale de chaque bande d'ondes est inférieure ou égale à l'épaisseur de la plaque formant ladite bande pour minimiser la longueur de connexion entre bandes adjacentes.
Or après de longues recherches la demanderesse a découvert qu'en modifiant l'inclinaison des jambes des ondes d'une géométrie classique à décalage partiel, on obtenait des ondes permettant de faire participer tout le fluide à l'échange thermique, sans laisser de zone plus faiblement mélangée et présentant un gain de surface pour les faibles densités d'ondes.
C'est pourquoi la présente demande a pour objet une bande d'ondes pour EPAB du type à décalage partiel comportant une série de zones destinées à être brasées sur une première tôle de séparation, une série de zones destinées à être brasées sur une seconde tôle de séparation, adjacente à la première tôle de séparation, et une série de jambes, lesdites jambes formant des ailettes, caractérisée en ce qu'au moins une des jambes d'une onde au moins est inclinée sans être perpendiculaire aux tôles de séparation et en ce qu'au moins une des jambes comporte au moins une portion perpendiculaire aux tôles de séparation.
Dans la présente demande et dans ce qui suit, les angles indiqués sont ceux formés par une jambe vue en coupe transversale par rapport à la direction de circulation prévue pour un fluide. Par convention l'angle nul est la direction des tôles de séparation, représentée horizontalement sur les figures ci- après. La nature des modifications est indiquée en prenant comme référence la forme rectangulaire conventionnelle d'une onde à décalage partiel vue en coupe transversale par rapport à la direction de circulation prévue pour un fluide, et les formes, sauf indication contraire sont indiquées en prenant comme point de vue la direction de circulation prévue pour un fluide et en conséquence en observant la coupe transversalement à cette direction de circulation.
On appelle "onde" la partie d'une bande d'onde, analogue à la notion de "longueur d'onde" en physique. Dans des conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, au moins une des jambes d'une onde est inclinée selon un angle de 43° à 80° avantageusement de 45° à 75° de préférence de 50° à 75° notamment de 60° à 75°, tout particulièrement de 60° à 70°. Ainsi, la forme conventionnelle rectangulaire d'une onde et de préférence de chaque onde est modifiée pour former un trapèze avec un angle droit. Ce type de modification est appelé type 1.
Une partie des ondes seulement peut avoir une de ses jambes qui est inclinée, mais de préférence au moins 20 %, notamment au moins 40 %, tout particulièrement au moins 60 % des ondes. Très avantageusement, toutes les ondes d'une bande d'ondes ont une de leurs jambes qui est inclinée. De préférence une seule des jambes d'une onde est inclinée, notamment toujours celle située du même côté de l'onde (gauche ou droit) d'une bande d'ondes.
Dans d'autres conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, la jambe inclinée d'une onde comporte un pliage supplémentaire. Ce type de modification, représenté ci-après est appelé type 2. Avantageusement, ce pliage supplémentaire n'est pas réalisé parallèlement à la direction générale de pliage des plaques formant les ondes, qui est la direction générale de circulation prévue pour un fluide. On crée ainsi une génération de vortex dans la partie inclinée de l'onde, qui améliore le transfert thermique. Ce pliage permet de créer un écoulement en 3 dimensions.
Dans encore d'autres conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, un pliage vers l'extérieur est prévu sur une jambe verticale pour former une portion inclinée comme représenté sur les figures ci-après. Ce type de modification est appelé type 3. De préférence, on combine sur une même onde une jambe inclinée et une jambe verticale comportant une zone inclinée.
Dans toujours d'autres conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, des pliages sont prévus sur une jambe pour constituer au moins une marche d'escalier. Ce type de modification est appelé type 4. De préférence, on combine sur une même onde une jambe inclinée et une jambe pliée pour constituer une marche d'escalier.
Les différents pliages ci-dessus peuvent avantageusement être combinés entre eux sur une même onde ou sur les ondes d'une même bande d'ondes.
Les motifs proposés permettent avantageusement une jonction entre les décalage partiels successives afin de former un tapis d'onde à partir par pliage d'une tôle plane et pouvant être installé facilement dans un échangeur. Dans toujours d'autres conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, les zones d'une onde destinées à être brasées sur une première tôle de séparation et les zones destinées à être brasées sur une seconde tôle de séparation sont parallèles entre elles, notamment lorsqu'elles sont brasées sur leurs plaques ou tôles de séparation. Dans toujours d'autres conditions préférentielles de mise en œuvre de l'invention, des fenêtres sont prévues dans les côtés des ondes selon le même principe que les ondes à décalage partiel classiques fenêtrées.
Ces nouvelles ondes et bandes d'ondes peuvent être fabriquées à partir de produits plats, par pliage comme l'onde à décalage partiel classique, en modifiant les profils des outils habituels. Les découpes et pliages peuvent être réalisés dans le même sens qu'avec l'outil pour fabrication d'ondes à décalage partiel classiques, la forme des règles de pliage étant différente.
Les ondes et bandes d'ondes objet de la présente invention possèdent de très intéressantes propriétés et qualités. Rappelons que l'onde à décalage partiel se caractérise notamment par un décalage des ondes à intervalles réguliers.
Les inclinaisons des jambes varient périodiquement entre les décalage partiels, de façon à changer périodiquement la direction du bord d'attaque. Les bords d'attaques peuvent être verticaux, horizontaux ou inclinés. La solution proposée par l'invention, compte tenu du changement périodique de la direction des bords d'attaque au niveau de chaque bande d'ondes permet de faire participer tout le fluide à l'échange thermique, sans laisser de zone plus faiblement mélangée. Elle permet également de rendre plus efficace la décalage partiel dans le cas d'écoulement où le recollement n'a pas le temps de se faire entre 2 décalages partiels : on recoupe ici l'écoulement (et on crée de la turbulence) dans un autre plan. Ces nouvelles ondes présentent un gain de surface pour les faibles densités. La surface de brasage est alors réduite par rapport à l'onde à décalage partiels. Ces ondes présentent donc un intérêt particulier pour des passages moyenne ou basse pression pour lesquels on cherche à réduire la perte de charge (où on utilise habituellement des ondes à décalage partiel hautes et peu denses). Les ondes selon ont une hauteur d'entre 3 et 10 mm.
Ces propriétés sont illustrées ci-après dans la partie expérimentale. Elles justifient l'utilisation des ondes et bandes d'ondes ci-dessus décrites, dans la fabrication d'échangeurs à plaques ou ailettes brasées (EPAB).
Elles trouvent des applications en condensation ou en distribution, où ses caractéristiques de faibles pertes de charge peuvent être les facteurs importants.
Elles trouvent une grande utilisation pour les fluides di-phasiques en évaporation, ou condensation.
C'est pourquoi la présente demande a aussi pour objet un dispositif comprenant au moins deux plaques ou tôles de séparation parallèles entre lesquelles sont installées des bandes d'ondes comportant des ondes telles que définies ci-dessus, notamment un échangeur à plaques ou ailettes brasées comportant des ondes telles que définies ci-dessus.
Entre deux tôles de séparation parallèles, lorsque par exemple la forme conventionnelle de chaque décalage partiel est déformée pour former un trapèze comprenant un angle droit, à chaque décalage partiel, le motif peut être inversé et décalé. Ainsi le fluide aborde au cours de son déplacement des bords d'attaque inclinés successivement à droite et à gauche.
Les conditions préférentielles de mise en œuvre des ondes ci- dessus décrites s'appliquent également aux autres objets de l'invention visés ci- dessus, notamment aux bandes d'ondes, aux dispositifs comprenant au moins deux plaques parallèles entre lesquelles sont installées des bandes d'ondes et aux échangeurs à plaques ou ailettes brasées telles que définies ci-dessus. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective, partiellement en coupe et éclatée, d'un échangeur à plaques brasées (EPAB) conventionnel ; - la figure 2 représente une vue en coupe de trois motifs successifs d'ondes à décalage partiel classique ; la figure 3 représente les bords d'attaque rencontrés dans la direction de la circulation d'un fluide dans un échangeur muni d'ondes à décalage partiel classiques ; - la figure 4 représente une vue en coupe de six motifs d'ondes successifs selon la présente invention, dans lesquelles la jambe de gauche ou la jambe de droite de chaque onde est inclinée de telle sorte que chaque onde a une forme de trapèze rectangle ; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 3, mais dans le cas des bandes d'ondes de la figure 4 ; la figure 6 est une vue en perspective de la série de motifs d'ondes de la figure 4 ; la figure 7 représente une variante d'une onde de la figure 4, 5 ou 6, dans laquelle la jambe inclinée de l'onde comporte un pliage supplémentaire pour créer un effet vortex ; la figure 8 représente une série de 9 bandes d'ondes comprenant des ondes trapézoïdales avec un angle droit, et des ondes de ce même type mais comportant en outre un profil en marches d'escalier ; la même séquence est reprise après la huitième bande. - la figure 9 représente une vue analogue à celles des figures
3 ou 5, mais mettant en œuvre la succession de motifs d'ondes de la figure 8 ; et enfin, la figure 10 représente également une série de 7 motifs d'ondes, toutes selon la présente invention. Sur la figure 1 , on distingue toute une série de tôles de séparation
1 planes et parallèles, délimitant des niveaux superposés de passage de fluides. Entre chaque paire de tôles de séparation 1 adjacentes, on trouve des bandes d'ondes d'échange 2 brasées aux tôles de séparation 1. De manière générale, toute une série de barres 3 installées sur le pourtour de l'échangeur, et généralement brasées aux tôles, assurent l'étanchéité de l'ensemble. Le système de tuyauteries 4 comportant des boites cylindriques de distribution, et la conception de l'ensemble sont réalisés pour qu'au moins 2 fluides puissent circuler de telle sorte que chaque fluide circule à des niveaux différents. La figure 2 montre la forme d'une onde à décalage partiel conventionnelle, ainsi que le décalage latéral des motifs d'ondes successifs. Les surfaces supérieure 11 et inférieure 12 d'une bande d'ondes sont brasées sur des tôles de séparation 1 supérieure et inférieure non représentées. On peut observer la forme générale rectangulaire en coupe transversale de l'onde à décalage partiel classique, ainsi que sur la figure 3, la succession des bords d'attaque rencontrés par un fluide lors de sa circulation. Chaque onde comporte également deux surfaces latérales 13 et 14 perpendiculaires aux tôles de séparation 1. Les jambes 13 et 14 des ondes sont perpendiculaires aux tôles de séparation 1 et les bandes d'ondes sont décalées à intervalles réguliers. La figure 4 représente le profil modifié des ondes selon l'invention dénommées ondes de type 1. Celles-ci ont perdu leur forme rectangulaire, qui a été modifiée pour devenir une forme trapézoïdale avec des angles droits. Sur la bande représentée à la partie supérieure du dessin, on observe que la jambe droite 14 est inclinée d'un angle α (alpha) à 45° par rapport à la surface des tôles de séparation 1 non représentées. L'angle de 45° correspond à l'angle d'ouverture d'une jambe, par rapport à la forme conventionnelle, rectangulaire, d'une onde à décalage partiel classique. La jambe gauche est dans sa totalité perpendiculaire aux tôles de séparation (angle α (alpha) égal à 90°). On observe que pour des bandes d'ondes successives, alternativement la jambe gauche puis la jambe droite est inclinée pour former, en coupe transversale, un trapèze.
La figure 6 est une vue en perspective d'un tel enchaînement, dans laquelle la bande d'onde représentée en premier plan correspond à celle représentée en haut de la figure 4, et successivement. Sur la figure 5, on peut observer que lorsque le fluide s'écoule entre deux plaques séparatrices munies d'une telle succession de bandes d'ondes, les bords d'attaque sont non seulement perpendiculaires, comme dans les bandes d'ondes à décalage partiel classique, mais également inclinés dans le modèle représenté à 45°. Une augmentation de près de 15% de la surface secondaire est ainsi obtenue par rapport à l'onde serrated de mêmes hauteur, épaisseur et densité.
Sur la figure 7, on observe que la jambe inclinée 14 d'une onde des figures 4, 5 et 6 comporte un pliage supplémentaire. Ainsi, la jambe droite 14 de l'onde représentée sur la figure 7 est constituée de deux plaques 15 et 16. En outre, le pliage entre les bandes 15 et 16 n'est pas réalisé parallèlement au pliage réalisé entre la bande 16 et la surface supérieure 11 ou entre la surface supérieure 11 et la jambe 13. De ce fait, lors de la circulation du fluide, un effet vortex est obtenu. Ce type de modification a été appelé type 2. Sur la figure 8, on peut observer que les motifs d'ondes A, C, D, F et H sont de type 1 , tandis que les motifs d'ondes B, E et G sont des motifs d'ondes du même type, mais dans lesquelles la jambe 13 perpendiculaire aux tôles de séparation 1 comporte deux pliages qui confèrent à cette jambe 13 un profil en marches d'escalier comportant donc deux portions perpendiculaires aux tôles de séparation 1.
Les bords d'attaque rencontrés par le fluide lors de la circulation entre deux tôles de séparation 1 munies d'une telle succession de tels motifs d'ondes est représenté à la figure 9.
Sur la figure 10, on peut observer que la bande d'onde C comprend des jambes latérales gauche et droite, chacune munie d'une pliure supplémentaire, de telle sorte que chacune des jambes latérales comprend une partie perpendiculaire aux tôles de séparation 1 , et une partie inclinée. Une telle jambe est inclinée sans être perpendiculaire aux tôles de séparation et en même temps comporte une portion perpendiculaire aux tôles de séparation. Enfin, sur les figures 8 et 10, les flèches pointillées représentent les lignes selon lesquelles des jambes d'ondes successives sont reliées entre elles permettant ainsi leur fabrication à partir d'une tôle plane.
Dans la présente invention, et de manière générale, on choisira avantageusement les profils des jambes d'ondes, ainsi que leurs séquences de telle sorte que le formage de l'onde soit possible à partir d'une tôle plane tant pour les jambes que pour les surfaces supérieures et inférieures des bandes d'ondes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une bande d'ondes (2) pour échangeurs à plaques et ailettes brasés du type à décalage partiel comportant une série de zones destinées à être brasées sur une première tôle de séparation (1 ), une série de zones destinées à être brasées sur une seconde tôle de séparation (1), adjacente à la première tôle de séparation (1 ), et une série de jambes (13, 14), lesdites jambes formant des ailettes, caractérisée en ce qu'au moins une des jambes (14) d'une onde au moins est inclinée, sans être perpendiculaire aux tôles de séparation (1 ), et en ce qu'au moins une des jambes (13) comporte au moins une portion perpendiculaire aux tôles de séparation (1 ).
2. Une bande d'ondes selon la revendication 1 , caractérisée en ce que au moins une des jambes (14) d'une onde est inclinée selon un angle de 43° à 80°.
3. Une bande d'ondes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que au moins 60 % des ondes ont au moins une de leurs jambes (14) qui est inclinée.
4. Une bande d'ondes selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une seule des jambes (14) d'une onde est inclinée.
5. Une bande d'ondes selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la jambe inclinée (14) d'une onde comporte un pliage supplémentaire (15, 16).
6. Une bande d'ondes selon la revendication 5, caractérisée en ce que les ondes sont formées par pliage de plaques et en ce que le pliage supplémentaire (15, 16) n'est pas réalisé parallèlement à la direction générale de pliage des plaques formant les ondes.
7. Une bande d'ondes selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une même onde comprend une jambe inclinée (14) et une jambe verticale comportant une zone inclinée.
8. Une bande d'ondes selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que des pliages sont prévus sur une jambe d'une onde au moins pour constituer au moins une marche d'escalier.
9. Une bande d'ondes selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que différents pliages sont combinés entre eux sur une même onde ou sur les ondes d'une même bande d'ondes.
10. Un échangeur à plaques ou ailettes brasées comportant des ondes telles que définies à l'une des revendications 1 à 9.
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