EP3207326B1

EP3207326B1 - Échangeur thermique

Info

Publication number: EP3207326B1
Application number: EP15787303.5A
Authority: EP
Inventors: Stéphane Colasson; Mathieu Mariotto; Guillaume MONTZIEUX
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: WO2016059597A1; FR3027382B1; EP3207326A1; FR3027382A1

Description

L'invention appartient au domaine technique des échangeurs Un échangeur selon le préambule de la revendication 1 est connu du document WO 2007/078240 .
On connait de nombreuses structures d'échangeur thermique.
On peut notamment citer le document CN202734640 qui décrit un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de micro-canaux parallèles.
Ainsi, tous les canaux créés dans cet échangeur sont des canaux droits, à section constante.
On peut également citer le document US7686070 qui décrit un échangeur de chaleur comprenant un canal pour le passage d'un fluide de transfert thermique et dans lequel sont prévus des moyens créant des turbulences à l'intérieur de ces canaux.
L'échangeur décrit dans le document US7686070 présente donc l'avantage de créer des turbulences à l'intérieur du canal de passage du fluide. Ainsi, un tel échangeur permet d'obtenir des transferts thermiques plus importants que dans un échangeur dont tous les canaux sont droits, comme celui décrit dans le document CN202734640 .
Cependant, la structure décrite dans le document US7686070 est relativement complexe à réaliser, les moyens créant les turbulences comprenant une pluralité de convolutions dont la définition et la fabrication sont délicates.
L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un échangeur thermique dont la structure permet de générer des transferts thermiques importants par la création de turbulences, tout en étant d'une réalisation simple et économique.
Cet échangeur peut avoir de nombreuses applications, comme le refroidissement de composants électroniques ou d'électronique de puissance, notamment des composants embarqués pouvant être utilisés dans le domaine de l'aéronautique ou de l'aérospatiale.
Cet échangeur peut aussi assurer la fonction d'un échangeur régénérateur, par exemple pour un moteur du type Stirling ou encore pour une machine magnétocalorique, comme une pompe à chaleur. Dans le premier cas, le fluide sera un gaz et dans le second cas, un liquide.
Du fait de sa compacité, cet échangeur pourra également être utilisé dans les domaines de la réfrigération ou encore de la climatisation domestique.
Ainsi, l'invention concerne un échangeur thermique selon la revendication 1.
Lorsque les parties en saillie desdits au moins deux éléments tridimensionnels sont réparties selon la même période P, le décalage entre lesdits au moins deux éléments est inférieur à P/2.
De préférence, ce décalage est inférieur à P/4.
Dans une variante de réalisation, l'échangeur comporte une structure tridimensionnelle et une surface plane, en contact avec les arêtes des parties en saillie de ladite structure.
Dans une autre variante de réalisation, l'échangeur comporte deux structures tridimensionnelles assemblées de telle sorte que les parties en saillie d'une structure sont imbriquées dans les parties en saillie de l'autre structure, pour réaliser un contact entre les arêtes d'une structure et des parties planes de l'autre structure et vice versa.
Dans cette deuxième variante de réalisation, les deux structures tridimensionnelles peuvent être identiques et elles sont alors disposées tête-bêche.
Par ailleurs, les parties en saillie ont une section présentant avantageusement la forme d'un triangle rectangle.
Enfin, l'échangeur selon l'invention comprend également des moyens pour alimenter en fluide ladite au moins une structure tridimensionnelle et des moyens pour collecter ledit fluide après son passage dans ladite au moins une structure.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est une vue de dessus de l'échangeur thermique selon l'invention illustrant de façon schématique le principe de l'écoulement du fluide de transfert thermique dans l'échangeur,
la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation de l'échangeur selon l'invention,
la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 qui illustre une variante de réalisation de l'échangeur thermique illustré à la figure 2.
la figure 4 est également une vue similaire à la figure 2, illustrant une autre variante de réalisation de l'échangeur thermique selon l'invention,
la figure 5 comprend les figures 5a et 5b qui illustrent deux exemples de forme des parties en saillie de l'échangeur selon l'invention,
la figure 6 est une vue tridimensionnelle illustrant l'échangeur thermique selon la figure 2 et
la figure 7 comprend les figures 7a et 7b qui illustrent de manière schématique deux variantes de moyens d'entrée/sortie du fluide, associés à l'échangeur.

Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références. Par ailleurs, il est précisé sur chaque figure un repère orthogonal direct (O ; X, Y, Z), d'origine O.
Il est tout d'abord fait référence à la figure 1.
La flèche F désigne le sens global de l'écoulement du fluide à l'intérieur de l'échangeur, le fluide étant apporté sur la face d'entrée de l'échangeur.
Par ailleurs, la circulation du fluide à l'intérieur de l'échangeur 1 est réalisée au moyen de canaux s'étendant sensiblement perpendiculairement à la flèche F, c'est-à-dire sensiblement perpendiculairement au sens de la circulation globale du fluide dans l'échangeur.
La circulation du fluide dans les canaux est schématisée par les flèches f₁, f₂ et f₁', f₂', dans chaque moitié de l'échangeur.
On notera que les flèches f₂, respectivement f₂' sont orientées dans le sens opposé de celui des flèches f₁, f₁'. Ces flèches représentent schématiquement le sens de l'écoulement local du fluide, lequel s'effectue sensiblement perpendiculairement à l'écoulement global du fluide représenté par la flèche F.
Il est maintenant fait référence à la figure 2 qui illustre un exemple de réalisation d'un échangeur thermique selon l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II-II.
Cet échangeur est formé de deux structures tridimensionnelles 2 et 3 qui sont disposées entre deux parois planes (non illustrées sur la figure 2).
En pratique, chacune des ces parois planes est en contact avec la base 20, 30 d'une structure tridimensionnelle 2, 3.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, les deux structures tridimensionnelles 2, 3 sont identiques.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et les deux structures pourraient être de forme différente.
La structure 2 va maintenant être décrite en référence aux figures 2 et 6.
Ainsi, la structure 2 comporte elle-même deux éléments tridimensionnels 21 et 22. Ces deux éléments tridimensionnels 21, 22 sont donc situés dans un même plan. En effet, ils présentent chacun une paroi formant la base 20 de la structure tridimensionnelle 2.
L'invention n'est cependant pas limitée à ce mode de réalisation et une structure pourrait comporter plus de deux éléments tridimensionnels.
Ces éléments présentent une épaisseur E identique et sont en contact l'un avec l'autre. Ainsi, l'épaisseur de l'échangeur est ici égale à 2E.
Ces deux éléments tridimensionnels sont ici identiques.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et les deux éléments tridimensionnels pourraient être de forme différente.
Ainsi, l'élément 21 comporte des parties en saillie 211 qui s'étendent à partir de la base 20 de la structure 2 et selon la direction D.
Comme l'illustre plus en détail la figure 5a, une partie en saillie 211 est définie par deux parties planes 211a et 211b reliées par une arête 211d et formant entre elles un angle γ non nul.
Ces deux parties planes 211a et 211b sont elles-mêmes reliées par une partie plane 211c qui coïncide sensiblement avec la base 20 de la structure 2.
L'angle β est défini entre les parties planes 211b et 211c et l'angle α entre les parties planes 211a et 211c.
Comme le montrent les figures 2 et 6, ces parties en saillie s'étendent selon une direction déterminée D et sont adjacentes les unes aux autres de telle sorte qu'une partie plane 211d d'une partie en saillie est prolongée par une partie plane 211a de la partie en saillie adjacente.
Ainsi, l'élément tridimensionnel 21 forme une structure dentelée, les parties en saillie étant réparties selon une période P correspondant à leur largeur, c'est-à-dire à la longueur de la partie 211c.
Dans l'exemple illustré aux figures 2, 6 et 5a, les parties en saillie 211 présentent, dans un plan transversal, la forme d'un triangle rectangle, l'angle β entre les deux surfaces planes 211b et 211c étant égal à 90°.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, comme on le verra notamment au regard des figures 3 et 4.
L'élément tridimensionnel 22 est décalé par rapport à l'élément 21 selon la direction D dans laquelle les parties en saillie s'étendent.
En d'autres termes, les parties en saillie 211 et 221 de chaque élément tridimensionnel 21 et 22 s'étendent dans la même direction D. Cependant, les parties en saillie 211 et 221 des éléments 21 et 22 ne coïncident pas ou encore ne superposent pas. Au contraire, chaque partie en saillie 221 de l'élément 22 est décalée d'une distance p par rapport à une partie en saillie 211 de l'élément 21. Cette distance p est dénommée «pas de serration » et correspond au décalage d'un élément tridimensionnel par rapport à l'autre.
Comme indiqué plus haut, la structure tridimensionnelle 3 est identique à la structure 2. Elle ne sera donc pas décrite en détail.
Elle comprend donc deux éléments tridimensionnels 31 et 32, décalés l'un par rapport à l'autre d'une distance p, le décalage entre les deux éléments de la structure 3 étant sensiblement identique au décalage entre les deux éléments de la structure 2. Un autre décalage pourrait être envisagé mais un décalage identique au niveau des structures est préféré.
Chacun de ces éléments 31 et 32 est formé de parties en saillie 311 et 321 adjacentes et reparties selon la période P. Elles présentent également la forme d'un triangle rectangle.
Comme l'illustrent les figures 2 et 6, les deux structures 2 et 3 sont disposées l'une sur l'autre, leurs parties en saillie étant en regard.
Par ailleurs, ces deux structures 2 et 3 sont disposées tête-bêche, de telle sorte que le contact entre les deux structures 2 et 3 est réalisé entre les arêtes d'une structure et les parties planes de l'autre structure et vice versa.
Ainsi, la figure 2 montre que les arêtes 211d et 221d des parties en saillie 211 et 221 de la structure 2 sont en contact avec les parties planes 311a et 321a des parties en saillie 311 et 321 de la structure 3. De même, les arêtes 311d et 321d des parties en saillie 311 et 321 de la structure 3 sont en contact avec les parties planes 211a et 221a des parties en saillie 211 et 221 des éléments 21 et 22 de la structure 2.
L'assemblage entre les structures 2 et 3 peut être réalisé par soudure, brasure ou collage, selon le matériau constitutif de ces structures.
Les figures 2 et 6 montrent que cette imbrication entre les deux structures 2 et 3 permet de définir des canaux de forme triangulaire et présentant des sections de passage différentes.
Ces canaux sont continus dans la mesure où les éléments tridimensionnels de chaque structure sont en contact.
Tous ces canaux permettent le passage du fluide de transfert et ils s'étendent selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction D dans laquelle s'étendent les parties en saillie des structures.
Ainsi, la figure 2 montre des canaux C de forme triangulaire présentant une section de passage S qui se prolongent, dans l'épaisseur d'échangeur par deux canaux c de section de passage s, la surface s étant inférieure à la surface S. Les deux canaux c sont donc situés dans l'arrière-plan d'un canal C, selon l'épaisseur de l'échangeur. L'un de ces deux canaux c forme une entrée de fluide pour le canal C et l'autre de ces deux canaux c forme une sortie de fluide pour le canal C.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, les canaux C de section de passage S sont ménagés entre les éléments 31 et 21, tandis que les canaux c de section de passage s sont ménagés entre les éléments 22, 32, 21 et 31.
Comme l'illustrent les figures 2 et 6, grâce à cette conception, chaque canal C est en relation avec quatre canaux c définis dans l'échangeur, ces canaux permettant la circulation du fluide à l'intérieur de l'échangeur. En effet, il convient de noter que, pour un canal C tel que montré sur la figure 2, il y a également, toujours selon l'épaisseur de l'échangeur, deux canaux c situés dans l'avant-plan de la figure 2 (ces deux canaux c ne sont pas visibles sur la figure 2, du fait que cette figure est un plan de coupe de la figure 1). Là également, l'un de ces deux canaux c forme une entrée de fluide pour le canal C et l'autre de ces deux canaux c forme une sortie de fluide pour le canal C.
Ainsi, selon la direction D donnée et l'épaisseur totale de l'échangeur (2E), le canal pour le passage du fluide ne présente pas une section constante puisqu'il est constitué d'un canal C et de deux canaux c dans son prolongement.
Par ailleurs, le contour des sections de passage de tous ces canaux définit un triangle isocèle.
L'échangeur thermique décrit en référence aux figures 2 et 3 comporte donc des parties en saillie présentant la forme d'un triangle rectangle. Ceci permet de définir des canaux C présentant tous la même section de passage S et des canaux de sortie c présentant tous la même section de passage s.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation.
Ainsi, les parties en saillie des éléments tridimensionnels de l'échangeur peuvent présenter une section différente, comme l'illustrent les figures 3 et 4.
Il est maintenant fait référence à la figure 3 qui illustre un autre exemple de réalisation de l'échangeur selon l'invention.
Cet échangeur est toujours constitué de deux structures tridimensionnelles 4 et 5, ici identiques.
Chacune de ces structures est composée de deux éléments tridimensionnels 41, 42 ; 51, 52 qui sont également identiques et décalés l'un de l'autre d'un pas de serration p.
Ces éléments ne seront pas décrits en détail. En effet, ils sont identiques à ceux décrits en référence à la figure 2, sauf en ce qui concerne la forme des parties en saillie de chacun des éléments tridimensionnels.
On va essentiellement s'intéresser aux parties en saillie 411 de l'élément tridimensionnel 41 de la structure 4.
Comme l'illustre la figure 5b, la partie en saillie 411 est définie par deux parties planes 411a et 411b reliées par une arête 411d, ces deux parties planes formant un angle non nul γ.
Par ailleurs, les deux parties planes 411a et 411b sont reliées par une partie plane 411c qui coïncide sensiblement avec la base 40 de l'élément 4.
L'angle β entre les parties planes 411b et 411c est ici inférieur à 90°.
Comme pour l'échangeur illustré à la figure 2, les deux structures 4 et 5 sont disposées l'une sur l'autre, leurs parties en saillie étant en regard.
Elles sont également disposées tête-bêche, de telle sorte que les arêtes 411d des parties en saillie 411 de l'élément 41 de la structure 4 sont en contact avec les parties planes 511a des parties en saillie 511 de l'élément 51 de la structure 5. De même, les arêtes 511d des parties en saillie 511 de l'élément 51 sont en contact avec les parties planes 411a des parties en saillie 411 de l'élément 41.
Des contacts similaires sont établis entre les arêtes et les parties planes respectives de l'élément 42 de la structure 4 et de l'élément 52 de la structure 5.
L'assemblage entre les deux structures 4 et 5 peut être également réalisé par soudure, brasage ou collage, selon le matériau constitutif de ces structures.
La figure 3 montre que cette imbrication entre les structures 4 et 5 permet de définir des canaux de forme triangulaire.
Ces canaux s'étendent selon direction sensiblement perpendiculaire à la direction D dans laquelle s'étendent les parties en saillie des structures.
La figure 3 montre des canaux C définis entre les éléments 41 et 51 des structures 4 et 5.
Des canaux C présentent une section de passage S dont le contour définit un triangle. Contrairement aux canaux définis dans l'échangeur illustré à la figure 2, ce contour n'est pas un triangle isocèle.
Par ailleurs, entre les éléments 42 et 52 sont définis des canaux c présentant des sections de passage s₁, s₂ différentes.
En effet, la figure 3 montre des sections de passage s₁ et s₂ de forme et de surface différentes.
Il reste que dans cette conception, chaque canal C est en relation avec quatre canaux c, à l'intérieur de l'échangeur. Ainsi, selon la direction D et l'épaisseur totale de l'échangeur, le canal pour le passage du fluide ne présente pas une section constante.
L'échangeur illustré à la figure 3 permet donc d'avoir un degré de liberté supplémentaire sur la valeur de la section de passage des canaux c définis entre les éléments 42 et 52 de chaque structure.
Ceci est obtenu sans modifier l'épaisseur totale de l'échangeur.
Il est ainsi possible de réduire la taille du diamètre hydraulique de ces canaux c. Il en résulte une augmentation de la vitesse du fluide dans les canaux. Il est alors possible de réduire la taille de la structure.
Cependant, la forme de ces parties en saillie ne peut pas être quelconque. En particulier, les parties planes 411a, 411b et 411c d'une partie en saillie 411 ne doivent pas définir un triangle isocèle.
En effet, dans un tel cas, lorsque les deux structures sont identiques, une fois assemblées, le contact entre les deux structures ne serait pas établi entre les parties planes d'une structure et les arêtes de l'autre structure. Au contraire, des contacts existeraient entre les parties planes de chaque structure, aucun canal pour le passage du fluide ne pouvant alors être créé.
En d'autres termes, il convient que l'angle α défini entre les parties planes 411a et 411c de la partie en saillie 411 soit strictement inférieur à l'angle β entre les parties planes 411b et 411c.
Dans les exemples de réalisation de l'échangeur illustrés aux figures 2 et 3, l'angle β entre les parties planes 211c et 211b ou 411c et 411b est inférieur ou égal à 90°.
L'invention n'est pas imitée à cette condition et la figure 4 illustre un exemple de réalisation d'un échangeur selon l'invention dans lequel cet angle β est supérieur à 90°.
Comme les échangeurs précédemment décrits, l'échangeur illustré à la figure 4 comporte deux structures tridimensionnelles 6 et 7 composées chacune de deux éléments tridimensionnels 61, 62 et 71, 72.
Comme précédemment, le contact entre les structures 6 et 7 s'effectue entre les arêtes d'une structure et des parties planes de l'autre structure.
Cet échangeur peut présenter un intérêt pour définir des canaux dont les angles sont plus marqués, c'est-à-dire des angles compris entre 0 et 90°. Ceci permet d'augmenter les forces capillaires.
Cependant, un tel échangeur est d'une réalisation plus délicate. Il est également plus fragile, contenu des efforts de compression qu'il peut subir.
On comprend que dans les différents modes de réalisation de l'échangeur thermique selon l'invention, les parties en saillie s'étendent selon une période P déterminée, cette période correspondant à la longueur d'une partie en saillie.
En référence à la figure 5, cette période P correspond à la longueur de la partie plane 211c (figure 5a) ou de la partie plane 411c (figure 5b).
Par ailleurs, pour permettre la création de canaux, il est nécessaire que le pas de serration p soit non nul.
De plus, pour permettre l'interconnexion des différents canaux créés à l'intérieur de l'échangeur de l'échangeur et un fonctionnement optimal pour des canaux c présentant une surface identique, il est également nécessaire que le pas de serration p soit inférieur ou égal à P/2.
De préférence, pour l'échangeur illustré à la figure 2, le pas de serration est inférieur à P/4.
On rappelle ici que pour le mode de réalisation illustré à la figure 2, l'angle β est égal à 90° et les parties en saillie présentent une section formant un triangle rectangle.
Avec cette valeur particulière du pas de serration, les sections de passage des canaux c présenteront toutes une surface identique.
Par ailleurs, avec cette valeur particulière, les pertes de pression singulières liées à ces entrées/sorties seront les plus faibles. En effet, les canaux c présentant une surface identique en entrée et en sortie du fluide, la vitesse d'écoulement du fluide est théoriquement identique. De ce fait, les turbulences et les pertes de charge sont limitées.
Les différents exemples d'échangeur selon l'invention peuvent être réalisés en un matériau métallique, comme de l'acier, de l'acier inoxydable, de l'aluminium ou encore du cuivre.
Ils peuvent être également réalisés en un matériau polymère ou encore un matériau actif comme un magnétocalorique. A cet égard, on peut citer des matériaux du type Gadolinium ou un matériau appartenant à la famille des alliages du type LaFeSi.
Par ailleurs, les éléments tridimensionnels peuvent être réalisés par différentes techniques.
Ils peuvent être obtenus par usinage direct d'une matière, notamment fraisage.
Ils peuvent également être obtenus par électro-érosion, par moulage (mettant en oeuvre du sable, une cire perdue ou encore une coquille) ou encore par moulage par injection de matière plastique.
L'échangeur thermique selon l'invention présente de nombreux avantages.
Tout d'abord, l'écoulement du fluide à l'intérieur d'un canal ménagé dans l'échangeur connait de nombreux changements de direction. En effet, la section du canal n'est pas constante dans toute l'épaisseur de l'échangeur. Ceci résulte du fait que les canaux créés entre deux éléments de deux structures tridimensionnelles présentent une section différente des autres canaux créés entre les deux autres éléments des deux structures tridimensionnelles.
Ces changements de direction sont susceptibles de créer des turbulences et donc des transferts thermiques plus importants.
Par ailleurs, au sein d'un échangeur selon l'invention, le fluide peut être réparti de façon homogène du fait de l'interconnexion des canaux entre eux. Ceci permet d'optimiser les transferts thermiques à l'intérieur de l'échangeur.
Par ailleurs, ces sections de passage de diamètres différents créent des obstacles à l'intérieur d'un même canal, ce qui augmente les échanges avec les éléments tridimensionnels de l'échangeur.
Ces canaux comportent également des chicanes, ce qui génère des turbulences et favorise les échanges thermiques.
Il convient encore de noter que dans les exemples de réalisation décrits en référence aux figures 3 à 4, l'échangeur comporte deux structures tridimensionnelles disposées en regard l'une de l'autre de façon à créer des canaux pour le passage du fluide de transfert.
Cependant, l'invention n'est pas l'imitée à ces exemples de réalisation.
En effet, un échangeur selon l'invention pourrait ne comprendre qu'une seule structure tridimensionnelle, cette structure tridimensionnelle étant disposée entre deux parois planes.
Dans cette configuration, les canaux pour le passage du fluide seraient créés entre les parties en saillie de la structure tridimensionnelle et la paroi de l'échangeur avec lesquelles arêtes des parties en saillie seraient en contact.
Cette forme de réalisation permet de réduire l'épaisseur totale de l'échangeur et donc de le rendre plus compact. Ceci peut se révéler essentiel dans certaines applications.
Il va maintenant être décrit plus en détail les avantages conférés par des canaux présentant une section de passage de contour triangulaire.
De façon générale, cet avantage existe pour des échangeurs thermiques diphasiques du type liquide/vapeur ou liquide/gaz.
En effet, cette forme particulière de la section de passage des canaux permet, par capillarité, de maintenir le film liquide dans les angles de la section de passage et la phase vapeur ou le gaz au centre du canal.
Le maintien du film liquide en paroi permet d'éviter un assèchement prématuré de l'évaporateur.
Ainsi, l'écoulement global du fluide de transfert au sein de l'échangeur est peu sensible à des effets inertiels ou gravitaires.
En d'autres termes, l'échangeur selon l'invention peut fonctionner efficacement indépendamment de son orientation et indépendamment des mouvements auxquels il peut être soumis, ces mouvements pouvant résulter d'une accélération ou d'un changement de direction.
Bien entendu, dans ce dernier cas, il convient que la force capillaire reste supérieure à la force d'accélération à laquelle l'échangeur est soumis.
On peut encore noter que l'on peut adapter la forme des canaux définis dans l'échangeur en modifiant la géométrie des parties en saillie et la valeur du pas de serration p.
Ceci permet d'adapter la structure interne de l'écoulement aux conditions de fonctionnement spécifiques de l'échangeur et notamment aux fluides de transfert employés.
En pratique, en modifiant le pas de serration p, les ouvertures c entre les canaux C sont plus ou moins importantes.
Il est maintenant fait référence à la figure 7 qui illustre deux variantes de moyens d'entrée/sortie du fluide, associés à l'échangeur.
Ainsi, la figure 7 illustre schématiquement un échangeur 1 selon l'invention qui présente une forme sensiblement plane. La référence 10 désigne une boîte d'alimentation en fluide de transfert et la référence 11 une boîte collectrice du fluide de transfert, après son passage dans l'échangeur. Comme indiqué précédemment au regard de la figure 1, le fluide apporté par la boîte 10 se répartit sur toute la face d'entrée de l'échangeur. Le fluide traverse l'échangeur en passant par les canaux pour ressortir dans la boîte 11 par la face de sortie de l'échangeur et être évacué.
Dans l'exemple illustré à la figure 7a ces boîtes présentent une forme cylindrique. Cependant elles pourraient également présenter une forme parallélépipédique.
Par ailleurs, dans l'exemple illustré, cette boîte s'étend selon la largeur totale de l'échangeur.
Dans l'exemple illustré à la figure 7a, les deux boîtes 10 et 11 débouchent du même côté de l'échangeur.
La figure 7b illustre une variante de réalisation, dans laquelle les boîtes 10 et 11 débouchent sur des faces opposées de l'échangeur.
Du fait d'une configuration différente entre les entrées et les sorties des boîtes illustrés sur les figures 7a et 7b, l'écoulement dans l'échangeur 1 peut être plus ou moins homogène sur toute sa surface.
Enfin, un échangeur selon l'invention peut présenter une surface comprise quelques cm² et 1 m². Son épaisseur peut être comprise entre 1 mm et 1 m.
Par ailleurs, les structures tridimensionnelles de l'échangeur présentent une épaisseur de l'ordre du millimètre voire inférieure au millimètre.
A titre d'exemple, pour une partie en saillie du type illustré aux figures 1 et 5a, avec une hauteur h (correspondant à la longueur de la partie plane 211b) égale à 0,5mm et une hypoténuse h' (correspondant à la longueur de la partie plane 211a) égale à 1,5 mm, le diamètre hydraulique du canal C est égal à environ 0.35 mm.

Claims

Echangeur thermique dans lequel circule un fluide de transfert thermique, cet échangeur comportant au moins une structure tridimensionnelle (2 à 7) définissant des surfaces d'échange avec ledit fluide et des canaux (C, c) de forme triangulaire pour le passage dudit fluide, dans lequel au moins un desdits canaux, s'étendant dans une première direction, présente une section non constante dans cette direction et selon l'épaisseur de l'échangeur, pour créer des turbulences dans l'écoulement dudit fluide, caractérisé en ce que ladite au moins une structure tridimensionnelle (2 à 6) comporte au moins deux éléments tridimensionnels (21, 22 ; 31, 32 ; 41, 42 ; 51, 52 ; 61, 62; 71, 72), chacun d'eux définissant des parties en saillie adjacentes (211, 221 ; 311, 321 ; 411, 421 ; 511, 521 ; 611, 621 ; 711, 721) s'étendant selon une deuxième direction déterminée et selon une période P, chaque partie en saillie étant définie par deux parties planes formant un angle γ non nul et reliées par une arête, lesdits au moins deux éléments étant situés dans un même plan et décalés l'un par rapport à l'autre selon ladite deuxième direction.
Echangeur selon la revendication 1 dans lequel les parties en saillie desdits aux moins deux éléments tridimensionnels sont réparties selon la même période P, le décalage entre lesdits au moins deux éléments étant inférieur à P/2.
Echangeur selon la revendication 2, dans lequel ce décalage est inférieur à P/4.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, comportant une structure tridimensionnelle et une surface plane, en contact avec les arêtes des parties en saillie de ladite structure.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 3, comportant deux structures tridimentionnelles assemblées de telle sorte que les parties en saillie d'une structure sont imbriquées dans les parties en saillie de l'autre structure, pour réaliser un contact entre les arêtes d'une structure et les parties planes de l'autre structure et vice versa.
Echangeur selon la revendication 5, dans lequel les deux structures tridimensionnelles sont identiques et sont disposées tête-bêche.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les parties en saillie (211, 221 ; 311, 321) ont une section présentant la forme d'un triangle rectangle.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant des moyens (10) pour alimenter en fluide ladite au moins une structure tridimensionnelle et des moyens (11) pour collecter ledit fluide après son passage dans ladite au moins une structure.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits au moins deux éléments tridimensionnels (21, 22 ; 31, 32 ; 41, 42 ; 51, 52 ; 61, 62 ; 71, 72) présentent chacun une paroi formant une base (20) de ladite au moins une structure tridimensionnelle.
Echangeur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel lesdits au moins deux éléments tridimensionnels (21, 22 ; 31, 32 ; 41, 42 ; 51, 52 ; 61, 62 ; 71, 72) sont en contact l'un avec l'autre dans l'épaisseur de l'échangeur.