EP3861270B1 - Paire de plaques pour un échangeur de chaleur à plaques - Google Patents

Paire de plaques pour un échangeur de chaleur à plaques

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EP3861270B1
EP3861270B1 EP19769513.3A EP19769513A EP3861270B1 EP 3861270 B1 EP3861270 B1 EP 3861270B1 EP 19769513 A EP19769513 A EP 19769513A EP 3861270 B1 EP3861270 B1 EP 3861270B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
panel
joining
plates
pair
Prior art date
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Application number
EP19769513.3A
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German (de)
English (en)
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EP3861270A1 (fr
Inventor
Henricus NEEFS
Constantin Popescu
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Axens SA
Original Assignee
Axens SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Axens SA filed Critical Axens SA
Publication of EP3861270A1 publication Critical patent/EP3861270A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3861270B1 publication Critical patent/EP3861270B1/fr
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    • 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
    • F28D9/0031—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 paired plates touching each other
    • 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
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • 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
    • F28D9/0031—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 paired plates touching each other
    • F28D9/0037—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 paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the invention relates to the field of plate heat exchangers used in particular for the exchange of heat between two gases, but also between two liquids or between a liquid and a gas.
  • Heat exchangers of particular interest for the invention are gas-gas exchangers which operate with large or small flow volumes at relatively low pressures, for example from 0.1 to 1.5 MPa. They can be used for example as air preheaters for furnaces or can be part of NOx reduction plants ("DeNOx" devices).
  • Plate heat exchangers recover heat by arranging a plurality of plates stacked parallel to each other at predetermined intervals. The plates are spaced such that the space between two adjacent plates forms a channel through which a fluid can flow. A high-temperature fluid and a low-temperature fluid are alternately supplied to successive channels so as to effect heat transfer between the high-temperature fluid and the low-temperature fluid through each plate.
  • the patent application US2010/0006274A1 describes a plate heat exchanger consisting of quadrilateral plates having at least two opposite edges curved relative to the heat transfer surface. Fluid channels are defined by the space between a pair of identical plates that are positioned as mirror images of each other. Therefore, the two curved edges of one plate are in contact with the two curved edges of the symmetrical plate. Thus, the plates are curved on at least two opposite edges.
  • the document FR 2 969 269 A1 describes a pair of heat exchanger plates according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide an improved plate heat exchanger, in particular with a plate design ensuring a reduced number of manufacturing operations and/or a reduced manufacturing time, and preferably without affecting the heat transfer performance and the corrosion resistance, in particular the resistance to cracking corrosion.
  • a "plane" side within the meaning of the invention is to be understood with its usual meaning, namely that the side is entirely planar, from one end to the other of the edge in question, and it therefore does not include any portion which is not, and which, for example, would be inclined.
  • the corrosion resistance of the heat exchanger plate according to the invention is improved.
  • the plate according to the invention makes it possible to maintain the temperature of the plate wall above the dew point of the fluid, while a hot gas flows at the inlet and outlet of the heat exchanger channel, which reduces the risk of corrosion due to condensed acids.
  • the design of the channel inlet and outlet has a geometry with a lower risk of cracking corrosion since the number of bent edges is reduced.
  • the plate according to the invention can be welded in such a way that it is not necessary to compensate for the expansion of the corners of the plate and it is not necessary to use a dedicated expansion device in the casing of the heat exchanger.
  • the first junction panel of the heat exchanger plate according to the invention comprises a first part, in particular a single part, said first part forming an angle ⁇ with said central panel.
  • the plate is very easy to manufacture.
  • the first joining panel of the heat exchanger plate according to the invention is manufactured from a first part and a second part extending from said first part, said first part forming an angle ⁇ with the central panel and said second part being parallel to the central panel.
  • the first joining panel can be manufactured with both parts in a single bending operation.
  • the second part can advantageously be used to weld the first joining panel to another heat exchanger plate.
  • the plate with a single joining panel can be manufactured in a single bending operation. As a result, the plate is very easy to manufacture and can be very easily assembled to another plate.
  • the angle ⁇ between the first part of the first junction panel and the central panel is preferably between 10° and 90°, preferably between 20° and 60°, and more preferably between 30° and 50°.
  • the second joining panel can be used to mechanically connect the central panel of said heat exchanger plate to another heat exchanger plate.
  • the heat exchanger plates may be substantially similar: the second joining panel is located alternately on one side and the other of the first joining panel, for two plates that follow one another in the stack of plates. Indeed, the second joining panels may thus be opposite each other when two successive pairs are assembled. This makes assembly easy and reduces manufacturing costs: to form a stack of pairs, it is sufficient, for example, only to prepare a first stack of plates of the first type and a second stack of plates to manufacture the stack. The process may be automated.
  • central panel side of the central panel is used with reference to the periphery of the central panel, over a certain width, for example up to 5% of the width of the plate.
  • the invention can be used, for example, for plate heat exchangers operating according to the cross-flow principle in which the fluids flowing over both sides of each plate are directed substantially perpendicular to each other.
  • the invention can also be used for plate heat exchangers operating according to a counter-flow principle, in which the fluids flowing over both sides of each plate are directed substantially in opposite directions.
  • the invention can also be used for plate heat exchangers operating according to a co-current flow principle in which the fluids flowing over both sides of each plate are directed substantially in the same direction.
  • the invention can also be used for plate-type heat exchangers operating according to other flow principles.
  • the invention is more particularly suitable for the exchange between two gases, in particular gas flows at the inlet and outlet of a single piece of equipment, such as for example the air to be conveyed to a furnace and the fumes from the same furnace or similarly, the hot stream coming from a NOx reduction system and the cold stream going to the same NOx reduction system.
  • a plate heat exchanger according to the invention can be used for fluids operating at a pressure ranging from full vacuum pressure up to 1.5 MPa, preferably from 0.1 to 1.0 MPa, more preferably from 0.1 to 0.6 MPa.
  • a plate heat exchanger according to the invention may consist either of channels of uniform height or of channels of different heights on each circuit.
  • the height of the first junction panel and the heights of the second and third junction panels, if any, may be similar or different.
  • the channel height (the spacing between two consecutive plates) can be determined according to the service conditions. Typically, it can be 5 to 30 mm, including 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm or any suitable height.
  • the width of the heat exchanger plate according to the invention may typically be between 1000 mm and 2000 mm, preferably between 1300 mm and 1700 mm.
  • the length of the plate heat exchanger according to the invention may typically be between 1000 mm and 7500 mm, preferably between 1500 mm and 7000 mm.
  • the thickness of the plate may be between 0.6 mm and 6 mm, preferably between 1.5 mm and 2.0 mm.
  • the central panel of the heat exchanger plate according to the invention may have any suitable shape, for example trapezoidal, hexagonal or quadrilateral.
  • the central panel is most preferably quadrilateral, in particular rectangular or square, possibly with truncated corners.
  • the central panel comprises a first face (or lower face) and a second face (or upper face) opposite the first face.
  • the first and second faces may be flat but may also locally include reliefs, grooves or protrusions.
  • dimples may be added or pressed into the central panel of the plates.
  • Dimples may be implemented on one face of the plate or on both faces of the plate with several arrangements depending on the characteristics of the plate and the use of said dimples.
  • the dimples may be used as spacers and are intended to minimize deformation of the plates when stacked on top of each other.
  • Single or double dimples are typically distributed over the surface of the central panel of the heat exchanger plates.
  • pin fins or pin fins may also be welded onto the central panel of the heat exchanger plate according to the invention using resistance welding.
  • the hot fluid to be treated in the plate heat exchanger on the hot side can be sent to the "direct channels” and the cold fluid to be treated on the cold side can be sent to the "live channels”.
  • the cold fluid to be treated in the plate heat exchanger on the cold side can be sent to the "direct channels” and the hot fluid to be treated on the hot side can be sent to the "live channels”.
  • closing means may be used where appropriate to close the lateral sides of the second channel and ensure the sealing of the channel.
  • said closing means may be mechanically connected to the plates by any means known to those skilled in the art, for example by welding, in particular by seam welding or by bolting.
  • spacers made for example from strips, profiles, protrusions or pin fins may be inserted into the channel to ensure spacing between the plates. They may be loose or may be spot welded or may be held in place using U-shaped profile clamps at the supply and discharge sides.
  • the second junction panel may be oriented downwards relative to the plane of the central panel, with an angle ⁇ of between 60° and 120°, preferably between 70° and 110°, and more preferably between 80° and 100°.
  • the second portion of the second junction panel may extend from the first portion of the second junction panel parallel to the plane of the central panel, said second portion being either oriented towards the inside of the channel or towards the outside of the channel.
  • the channel formed between plate A and plate B constitutes a first channel of the heat exchanger made up of the plates according to the invention, in which a first fluid F 1 can flow.
  • the first channel has a trapezoidal flow cross-section and said cross-section is the same over the entire length of the channel.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur à plaques utilisés notamment pour l'échange de chaleur entre deux gaz, mais également entre deux liquides ou entre un liquide et un gaz.
  • Les échangeurs de chaleur particulièrement intéressants pour l'invention sont les échangeurs gaz-gaz qui fonctionnent avec de grands ou de petits volumes d'écoulement à des pressions relativement basses, par exemple de 0,1 à 1,5 MPa. Ils peuvent être utilisés par exemple sous forme de préchauffeurs d'air pour des fours ou peuvent faire partie d'installations de réduction des NOx (dispositifs « DeNOx »).
  • Les échangeurs de chaleur ont pour fonction de mettre en œuvre un échange thermique entre un fluide à haute température et un fluide à basse température sans les mélanger. Les échangeurs de chaleur à plaques ont de bonnes performances thermiques grâce à leur grande surface d'échange, tout en étant compacts.
  • Les échangeurs de chaleur à plaques récupèrent la chaleur en disposant une pluralité de plaques empilées parallèlement les unes aux autres à intervalles prédéterminés. Lesdites plaques sont espacées de telle sorte que l'espace entre deux plaques adjacentes forme un canal à travers lequel peut s'écouler un fluide. Un fluide à haute température et un fluide à basse température sont fournis en alternance aux canaux successifs de manière à effectuer un transfert thermique entre le fluide à haute température et le fluide à basse température par le biais de chaque plaque.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE:
  • Le brevet EP165179B1 décrit un échangeur de chaleur à plaques caractérisé en ce que les canaux sont définis par l'espace inclus entre des plaques quadrilatérales pressées. Lesdites plaques pressées comprennent deux paires de bords opposés recourbés à 90° dans des directions opposées : une paire vers le haut et une paire vers le bas si l'on considère les plaques dans un plan horizontal. Les plaques pressées sont montées symétriquement et sont associées les unes aux autres par soudage de leurs bords verticaux. Dans un tel échangeur de chaleur, l'entrée et la sortie de chaque canal sont identiques. Chaque plaque pressée requiert au moins quatre opérations de pliage pour sa fabrication.
  • La demande de brevet US2010/0006274A1 décrit un échangeur de chaleur à plaques constitué de plaques quadrilatérales ayant au moins deux bords opposées recourbées par rapport à la surface de transfert thermique. Les canaux de fluide sont définis par l'espace entre une paire de plaques identiques qui sont positionnées en étant une image en miroir l'une par rapport à l'autre. Par conséquent, les deux bords recourbés d'une plaque sont en contact avec les deux bords recourbés de la plaque symétrique. Ainsi, les plaques sont recourbées sur au moins deux bords opposées. Le document FR 2 969 269 A1 décrit une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon le préambule de la revendication 1.
  • L'invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur à plaques amélioré, notamment avec une conception de plaques garantissant un nombre réduit d'opérations de fabrication et/ou un temps de fabrication réduit, et de préférence sans affecter la performance du transfert thermique et la résistance à la corrosion, notamment la résistance à la corrosion par fissuration.
    • RÉSUMÉ DE L'INVENTION :
  • La paire de plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention, comprenant un panneau central avec au moins quatre côtés, ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, peut être définie comme suit :
    • un premier côté du panneau central est incliné par rapport audit panneau central et forme un premier panneau de jonction
    • le côté opposé dudit premier côté est plan.
  • On précise qu'un côté « plan » au sens de l'invention est à comprendre avec son acception habituelle, à savoir que le côté est entièrement plan, d'une extrémité à l'autre du bord en question, et il ne comprend donc pas de portion qui ne le serait pas, et, qui, par exemple serait inclinée.
  • Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention est produite avec un nombre réduit d'opérations, dans la mesure où seulement une opération de pliage est requise pour fabriquer la plaque. La plaque d'échangeur de chaleur présente une performance de transfert thermique similaire à celle des plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles.
  • Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, un unique panneau de jonction sur deux plaques d'échangeur de chaleur successives est éventuellement suffisant pour les relier mécaniquement.
  • Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la résistance à la corrosion de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est améliorée. La plaque selon l'invention permet de maintenir la température de la paroi de la plaque au-dessus du point de rosée du fluide, tandis qu'un gaz chaud s'écoule au niveau de l'entrée et de la sortie du canal de l'échangeur de chaleur, ce qui réduit le risque de corrosion sous l'effet d'acides condensés. De plus, la conception de l'entrée et de la sortie du canal présente une géométrie présentant un moindre risque de corrosion par fissuration dans la mesure où le nombre de bords recourbés est réduit.
  • Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention peut être soudée de manière telle qu'il ne soit pas nécessaire de compenser la dilatation des coins de la plaque et qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser un dispositif de dilatation dédié dans le châssis (« casing » selon la terminologie anglo-saxonne) de l'échangeur de chaleur.
  • Avantageusement, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle α avec ledit panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer.
  • Selon l'invention, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle α avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le premier panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de pliage. La deuxième partie peut avantageusement être utilisée pour souder le premier panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. Ainsi, la plaque avec un seul panneau de jonction peut être fabriquée en une seule opération de pliage. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et peut être très facilement assemblée à une autre plaque.
  • Dans ces deux derniers cas, l'angle α entre la première partie du premier panneau de jonction et le panneau central est de préférence compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, un deuxième côté du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction. En outre, le côté opposé dudit deuxième côté peut être soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction.
  • Dans ce premier mode de réalisation, le deuxième panneau de jonction peut être utilisé pour relier mécaniquement le panneau central de ladite plaque d'échangeur de chaleur à une autre plaque d'échangeur de chaleur.
  • Dans ce premier mode de réalisation, soit le côté opposé dudit deuxième côté est plan et les deux panneaux de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon ce mode de réalisation peuvent être reliés mécaniquement à deux plaques d'échangeur de chaleur comportant deux panneaux de jonction, chacun des panneaux de jonction étant relié à l'une des deux plaques. Soit, en variante, le côté opposé dudit deuxième côté est incliné de manière à former un troisième panneau de jonction qui est une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction, c'est-à-dire que le bord opposé au deuxième panneau de jonction est incliné dans la même direction que le deuxième panneau de jonction. La plaque d'échangeur de chaleur avec trois panneaux de jonction peut être reliée mécaniquement à deux autres plaques d'échangeur de chaleur ayant seulement un premier panneau de jonction, le premier panneau de jonction étant relié à une plaque et le deuxième et le troisième panneau de jonction étant reliés à l'autre plaque.
  • Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer.
  • Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le deuxième panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de pliage, de telle sorte que la plaque avec deux panneaux de jonction peut être fabriquée en deux opérations de pliage. La deuxième partie du panneau de jonction peut être utilisée pour souder le deuxième panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et très facile à assembler avec deux autres plaques comportant deux panneaux de jonction. Le troisième panneau de jonction, le cas échéant, est une image en miroir du deuxième panneau de jonction et requiert une troisième opération de pliage. Toutefois, la plaque avec trois panneaux de jonction peut être assemblée avec deux plaques ayant seulement un premier panneau de jonction de sorte que dans l'ensemble, la fabrication d'une paire de plaques ne requiert que quatre opérations de pliage.
  • Avantageusement, dans les deux derniers cas du premier mode de réalisation, ledit angle β entre la première partie du deuxième panneau de jonction et le panneau central est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 110°, et plus préférablement entre 30° et 100° ou, notamment, est de 45° ou 90°.
  • Un autre objet de la présente invention est une paire de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées, telles que décrites ci-dessus, c'est-à-dire une première et une deuxième plaque d'échangeur de chaleur, dont les panneaux centraux sont parallèles l'un à l'autre, dans laquelle
    • le premier panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur et le premier panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sont disposés de manière à se faire face, en regard l'un de l'autre,
    • le premier panneau de jonction de ladite première plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté plan opposé,
    • le premier panneau de jonction de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté plan opposé,
    • l'espace entre la première et la deuxième plaque d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier fluide.
  • Les deux plaques de la paire de plaques selon l'invention sont assemblées par leurs premiers panneaux de jonction. L'espace entre les deux plaques forme le premier canal pour recevoir un premier fluide. Le premier canal présente une section trapézoïdale qui reste identique sur toute sa longueur. La vitesse du fluide est sensiblement constante sur toute la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides.
  • Comme le temps de fabrication de chaque plaque d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, le temps de fabrication de la paire de plaques est également réduit.
  • Un autre objet de la présente invention est un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur, comprenant deux paires de plaques espacées successives telles que décrites ci-dessus, une première paire de plaques d'échangeur de chaleur et une deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel :
    • ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre,
    • l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide,
    • préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire, ou ladite deuxième paire estune image en miroir de ladite première paire.
  • L'empilement de deux paires de plaques successives espacées selon l'invention permet de former le deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide. Le deuxième canal présente une section qui varie sur la longueur du deuxième canal. La vitesse du fluide varie sur la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides. Le temps de fabrication de chaque paire de plaques d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de paires de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, de sorte que le temps de fabrication de l'empilement de paires de plaques est également réduit.
  • Avantageusement, les deux paires successives de l'empilement de paires de plaques selon l'invention sont reliées latéralement par des moyens de fermeture, lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, appelé mode à « panneau de jonction unique » dans tout le présent texte, les plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention n'ont pas de deuxième panneau de jonction.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, appelé mode à « deux panneaux de jonction » dans tout le présent texte, l'empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur tel que décrit ci-dessus ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire, comprend des plaques d'échangeur de chaleur telles qu'un deuxième côté du panneau central est incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième coté étant adjacent au premier côté et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction étant incliné dans la direction opposée par rapport au premier panneau de jonction, et le côté opposé dudit deuxième côté est plan. L'empilement selon l'invention est alors tel que :
    • avantageusement, le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire et le deuxième panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire,
    • en option, soit des moyens de fermeture peuvent relier latéralement lesdites deux paires, sur le côté des deuxièmes panneaux de jonction, soit la zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction peut être mise en forme de manière à relier mécaniquement lesdites deux paires.
  • L'empilement de deux paires de plaques successives espacées selon ce mode de réalisation de l'invention permet d'utiliser le premier et le deuxième panneau de jonction pour relier mécaniquement les plaques d'échangeur de chaleur. Le temps de fabrication de chaque paire de plaques d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de paires conventionnelles de plaques d'échangeur de chaleur, et le temps de fabrication de l'empilement de paires de plaques est également réduit.
  • Lorsque la zone de coin au niveau de l'intersection du premier et du deuxième panneau de jonction est formée de manière à relier mécaniquement les deux paires de plaques, il peut ne pas être nécessaire d'utiliser des plaques de recouvrement.
  • Dans le mode à « deux panneaux de jonction », l'empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur peut comprendre avantageusement des plaques d'échangeur de chaleur dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central, ou dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
  • Un autre objet de l'invention est un échangeur de chaleur à plaques comprenant les plaques d'échangeur de chaleur et/ou des paires de plaques d'échangeur de chaleur et/ou un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comme décrit précédemment, disposés dans un châssis (« casing » selon la terminologie anglo-saxonne) approprié.
  • La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une paire de plaques d'échangeur de chaleur comme décrite ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
    • préparer deux panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
    • pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle α avec le panneau central,
    • optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central,
    • disposer les deux plaques d'échangeur de chaleur de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs panneaux centraux soient parallèles l'un à l'autre,
    • joindre les deux plaques d'échangeur de chaleur de manière à former une paire de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide,
    • fixer mécaniquement les deux plaques le long de leurs premiers panneaux de jonction.
  • L'assemblage de la paire de plaques d'échangeur de chaleur est facile et présente un nombre réduit d'opérations de pliage, ce qui réduit les coûts et le temps de fabrication.
  • La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comme décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant :
    • préparer au moins quatre panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
    • pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle avec le panneau central,
    • optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central,
    • disposer les plaques d'échangeur de chaleur par paires de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre, en se faisant face, et que leurs panneaux centraux soient parallèles l'une à l'autre,
    • joindre les plaques d'échangeur de chaleur de manière à former au moins deux paires de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide,
    • fixer mécaniquement les deux plaques de chaque paire le long de leurs premiers panneaux de jonction,
    • empiler les au moins deux paires de plaques, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide,
    • Optionnellement, fixer mécaniquement les deux paires de plaque le long de leurs deuxièmes panneaux de jonction.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention à « panneau de jonction unique », les plaques de l'échangeur de chaleur peuvent être sensiblement identiques, et sont de préférence identiques, ce qui rend l'assemblage plus facile et réduit les coûts de fabrication : pour former un empilement de paires, il suffit seulement, par exemple, de préparer une première pile de plaques, et une deuxième pile de plaques dans lesquelles les plaques, notamment toutes identiques, ont subi une rotation de 180° et ont été retournées. Ensuite, les plaques sont prises en alternance depuis les deux piles pour fabriquer au fur et à mesure l'empilement. Le processus peut être automatisé.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention à « deux panneaux de jonction », les plaques de l'échangeur de chaleur peuvent être sensiblement similaires : le deuxième panneau de jonction se situe en alternance d'un côté et de l'autre du premier panneau de jonction, pour deux plaques qui se suivent dans l'empilement de plaques. En effet, les deuxièmes panneaux de jonction peuvent ainsi être en regard l'un de l'autre lorsque deux paires successives sont assemblées. Cela rend l'assemblage facile et réduit les coûts de fabrication : pour former un empilement de paires, il suffit seulement, par exemple, de préparer une première pile de plaques du premier type et une deuxième pile de pour fabriquer l'empilement. Le processus peut être automatisé.
    • DESCRIPTION
  • Dans l'ensemble du présent texte, les termes « alimentation » ou « entrée » et « sortie » ou « évacuation » et « dans » ou « hors de » sont utilisés en référence au sens d'écoulement des fluides.
  • Dans l'ensemble du présent texte, le terme « côté » du panneau central est utilisé en référence à la périphérie du panneau central, sur une certaine largeur, par exemple jusqu'à 5 % de la largeur de la plaque.
  • Dans l'ensemble du présent texte, le terme « image en miroir » signifie une symétrie par rapport à un plan situé au milieu de l'espace séparant l'objet de son image.
  • L'invention peut être utilisée par exemple pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon le principe à écoulement croisé dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement perpendiculairement l'un à l'autre. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon un principe à contre-courant, dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement dans des directions opposées. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon un principe d'écoulement en co-courant dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement dans la même direction. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur de type à plaques fonctionnant selon d'autres principes d'écoulement.
  • L'invention est particulièrement adaptée pour l'échange entre deux fluides, notamment deux gaz, mais peut également être utilisée pour échanger de la chaleur entre deux liquides ou entre un liquide et un gaz.
  • L'invention est plus particulièrement adaptée pour l'échange entre deux gaz, notamment des flux de gaz à l'entrée et à la sortie d'un équipement unique, comme par exemple l'air devant être acheminé à un four et les fumées du même four ou de manière similaire, le courant chaud provenant d'un système de réduction des NOx et le courant froid allant au même système de réduction des NOx.
  • Un échangeur de chaleur à plaques selon l'invention peut être utilisé pour des fluides fonctionnant à une pression allant de la pression de vide total jusqu'à 1,5 MPa, de préférence de 0,1 à 1,0 MPa, plus préférablement de 0,1 à 0,6 MPa.
  • Un échangeur de chaleur à plaques selon l'invention peut être constitué soit de canaux de hauteur uniforme, soit de canaux de hauteurs différentes sur chaque circuit. De manière correspondante, la hauteur du premier panneau de jonction et les hauteurs du deuxième et du troisième panneau de jonction, le cas échéant, peuvent être similaires ou différentes.
  • La hauteur des canaux (l'espacement entre deux plaques consécutives) peut être déterminée en fonction des conditions de service. Typiquement, elle peut être de 5 à 30 mm, notamment de 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm ou toute hauteur appropriée quelconque.
  • La largeur de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être typiquement comprise entre 1 000 mm et 2 000 mm, de préférence entre 1 300 mm et 1 700 mm. La longueur de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être typiquement comprise entre 1 000 mm et 7 500 mm, de préférence entre 1 500 mm et 7 000 mm. L'épaisseur de la plaque peut être comprise entre 0,6 mm et 6 mm, de préférence entre 1,5 mm et 2,0 mm.
  • Le panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut avoir une forme quelconque appropriée, par exemple trapézoïdale, hexagonale ou quadrilatérale. Le panneau central est le plus préférablement quadrilatéral, notamment rectangulaire ou carré, éventuellement avec des coins tronqués.
  • Le panneau central comprend une première face (ou face inférieure) et une deuxième face (ou face supérieure) opposée à la première face. La première et la deuxième face peuvent être planes mais peuvent également comporter localement des reliefs, des cannelures ou des excroissances.
  • Avantageusement, des excroissances (« dimples » selon la terminologie anglo-saxonne) peuvent être ajoutées ou pressées dans le panneau central des plaques. Des excroissances peuvent être mises en œuvre sur une face de la plaque ou sur les deux faces de la plaque avec plusieurs agencements en fonction des caractéristiques de la plaque et de l'utilisation desdits excroissances. Les excroissances peuvent être utilisées en tant qu'éléments d'espacement et sont prévues pour minimiser les déformations des plaques lorsqu'elles sont empilées les unes sur les autres. Des excroissances simples ou doubles sont typiquement réparties sur la surface du panneau central des plaques d'échangeur de chaleur.
  • Éventuellement, des ailettes en épingle ou en picot (« pin fins » selon la terminologie anglo-saxonne) peuvent également être soudées sur le panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention en utilisant le soudage par résistance.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'échangeur de chaleur selon l'invention est tel que:
    • le premier canal est situé entre les deux plaques d'échangeur de chaleur d'une seule paire de plaques selon l'invention. Lesdites deux plaques sont reliées mécaniquement par leurs premiers panneaux de jonction de chaque côté. Le premier canal présente une section transversale trapézoïdale et ladite section conserve la même dimension sur toute la longueur du canal. Le fluide entre directement à une vitesse donnée dans le canal. Ensuite, la vitesse de l'écoulement du fluide est constante sur toute la longueur du canal. Le fluide sort également à la même vitesse. Par conséquent, on dit que le premier canal présente des zones d'entrée et de sortie « directes » (« bluff » dans la terminologie anglo-saxonne), contrairement au deuxième canal.
    • au contraire, le deuxième canal est situé entre deux paires successives espacées de deux plaques. La section du canal n'est pas constante sur toute la longueur du canal. En effet, une section transversale du deuxième canal montre que les zones d'entrée et de sortie sont plus grandes que la section centrale rectangulaire du canal. Par conséquent, la vitesse du fluide varie sur la longueur du deuxième canal : elle augmente lorsque la section de canal diminue dans la première partie du canal (l'entrée) et elle diminue lorsque la section du canal augmente dans la dernière partie du canal (la sortie). Par conséquent, on dit que le deuxième canal présente une zone d'entrée et de sortie «vives» (« sharp » dans la terminologie anglo-saxonne), contrairement au premier canal.
  • Dans le reste du présent texte, le premier canal avec une entrée et une sortie « directes » est appelé « canal direct » et le deuxième canal avec l'entrée et la sortie « vives » est appelé « canal vif ».
  • Selon un premier mode de fonctionnement de l'invention, le fluide chaud devant être traité dans l'échangeur de chaleur à plaques sur le côté chaud peut être envoyé aux « canaux directs » et le fluide froid devant être traité sur le côté froid peut être envoyé aux « canaux vifs ».
  • Selon un deuxième mode de fonctionnement de l'invention, le fluide froid devant être traité dans l'échangeur de chaleur à plaques sur le côté froid peut être envoyé aux « canaux directs » et le fluide chaud devant être traité sur le côté chaud peut être envoyé aux « canaux vifs ».
  • Lorsque le fluide chaud s'écoule dans le « canal direct », le profil de la plaque d'échangeur de chaleur est favorable à la condensation de la vapeur du fluide chaud. Au contraire, lorsque le fluide chaud s'écoule dans le « canal vif », le profil de la plaque d'échangeur de chaleur est favorable pour éviter la condensation du fluide chaud.
  • Avantageusement, des moyens de fermeture peuvent être utilisés le cas échéant pour fermer les côtés latéraux du deuxième canal et assurer l'étanchéité du canal. Avantageusement, lesdits moyens de fermeture peuvent être reliés mécaniquement aux plaques par n'importe quel moyen connu de l'homme du métier, par exemple par soudage, notamment par soudage à molette (« seam welding » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par boulonnage.
  • Dans un empilement de paires de plaques selon le mode à « panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction, le deuxième canal est avantageusement pourvu de moyens pour fermer son côté latéral entre deux paires de plaques successives. Lesdits moyens de fermeture peuvent être des barreaux latéraux (« edge bars » selon la terminologie anglo-saxonne) ou des plaques de recouvrement dédiées (« cover parts » dans la terminologie anglo-saxonne) ou n'importe quels moyens équivalents. Les plaques de recouvrement peuvent être fabriquées en une ou plusieurs pièces, certaines ayant une forme en C, ou une forme en U ou un profil quelconque permettant d'assembler la deuxième plaque de la première paire et la première plaque de la deuxième paire. La forme de la plaque de recouvrement peut également être octogonale de manière à s'ajuster d'une seule pièce avec la section transversale du deuxième canal. Des moyens de fermeture peuvent être disposés longitudinalement suivant la direction d'écoulement du deuxième fluide au niveau de l'entrée et de la sortie du deuxième canal.
  • Dans un empilement de paires de plaques selon le « mode à deux panneaux de jonction », dans lequel des plaques d'échangeur de chaleur ont deux panneaux de jonction, les paires successives sont assemblées par le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque de la première paire sur un côté et par le deuxième panneau de jonction de la première plaque de la deuxième paire sur l'autre côté.
  • Dans ce cas, soit, des moyens de fermeture peuvent être, avantageusement, disposés longitudinalement suivant la direction d'écoulement du deuxième fluide au niveau de l'entrée et au niveau de la sortie du deuxième canal. Lesdits moyens de fermeture peuvent de préférence être une plaque de recouvrement polygonale ayant une forme quadrilatérale ou pentagonale.
  • Soit, la zone de coin au niveau de l'intersection entre les premier et deuxième panneaux de jonction peut être avantageusement pressée ou formée de telle sorte que ladite zone de coin soit utilisée pour relier mécaniquement la deuxième plaque de la première paire et la première plaque de la deuxième paire, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des moyens de fermeture. Typiquement, ladite zone de coin peut être estampée, gaufrée, pressée, martelée et agrandie suffisamment pour être soudée aux panneaux de plaques adjacents.
  • Les premier et deuxième canaux, notamment le deuxième canal, peuvent être soit complètement vides (canal libre), soit peuvent comprendre un type quelconque d'élément de renforcement tel que des barreaux de connexion (« connecting bars » selon la terminologie anglo-saxonne).
  • Avantageusement, des éléments d'espacement (« spacers » selon la terminologie anglo-saxonne) fabriqués par exemple à partir de bandes (« strips » selon la terminologie anglo-saxonne), profilés, excroissances ou ailettes à épingle, peuvent être insérés dans le canal afin de garantir l'espacement entre les plaques. Ils peuvent être lâches ou peuvent être soudés par points ou peuvent être maintenus en place en utilisant des pinces (« clamps » dans la terminologie anglo-saxonne) profilées en U au niveau de l'alimentation et de l'évacuation.
  • Avantageusement, le premier et le deuxième panneau de jonction, comprenant une partie, notamment une partie unique, ou fabriqués à partir de deux parties, sont constitués de plaques planes ou sensiblement planes.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier panneau de jonction ou le deuxième panneau de jonction peuvent être fixés mécaniquement au panneau central de la plaque adjacente par une technique quelconque possible, typiquement par soudure.
  • Avantageusement, la deuxième partie du premier et/ou du deuxième panneau de jonction peut être suffisamment grande pour permettre une fixation mécanique de la deuxième partie au panneau central de la plaque adjacente par un moyen quelconque, connu de l'homme du métier.
  • Selon une première variante, le deuxième panneau de jonction peut être orienté vers le bas par rapport au plan du panneau central, avec un angle β compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
  • Selon une deuxième variante, le deuxième panneau de jonction peut être orienté vers le bas par rapport au plan du panneau central, avec un angle β compris entre 60° et 120°, de préférence entre 70° et 110°, et plus préférablement entre 80° et 100°.
  • En variante, la deuxième partie du deuxième panneau de jonction peut s'étendre depuis la première partie du deuxième panneau de jonction parallèlement au plan du panneau central, ladite deuxième partie étant soit orientée vers l'intérieur du canal soit vers l'extérieur du canal.
  • Chacun du premier, deuxième ou troisième panneau de jonction peut de préférence être formé en une seule étape, par déformation. La déformation peut être obtenue par formage à la presse et/ou par cintrage.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention, différentes zones du panneau central d'échangeur de chaleur peuvent être pourvues d'une couche d'isolation, constituée d'une partie de plaque métallique parallèle au panneau central avec de l'air entre la partie de plaque métallique et le panneau central. Ladite couche d'isolation peut permettre de modifier localement la température de la paroi de la plaque d'échangeur de chaleur. Ladite couche d'isolation peut typiquement être mise en œuvre dans les zones les plus froides du canal froid et est décrite par exemple dans le brevet CZ298773B6 .
  • Selon un autre mode de réalisation de la paire de deux plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention, un embout (« ferrule » selon la terminologie anglo-saxonne) peut être monté par-dessus les bords des deux plaques adjacentes soudées ensemble, servant de bouclier protégeant la jonction. L'embout est typiquement fabriqué à partir d'une pièce de tôle métallique cintrée de manière à pouvoir recouvrir le joint de soudure. L'embout peut être soudé sur chacune des deux plaques.
  • La plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être formée d'une seule pièce, habituellement par déformation en une étape d'une tôle métallique plate constituée d'un matériau soudable, par exemple une plaque en acier ou une plaque en acier inoxydable. Le premier et éventuellement le deuxième et le troisième panneau de jonction peuvent faire partie du panneau central ou peuvent également être fixés à ceux-ci. Dans le mode à « deux panneaux de jonction », une deuxième étape de déformation de la tôle métallique plate peut être requise pour former le deuxième panneau de jonction latéral. Les déformations peuvent être obtenues par formage à la presse et/ou par cintrage. La plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut également être fabriquée en assemblant plusieurs pièces de plaque indépendantes.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante fournie à titre purement illustratif et non limitatif, qui doit être lue en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
    • La figure 1a représente deux plaques d'échangeur de chaleur identiques A et B selon le mode à «panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction et la figure 1b représente la paire de plaques correspondante selon l'invention lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées.
    • Les figures 2a et 2b représentent deux plaques A et B selon le mode à « deux panneaux de jonction », dans lequel lesdites plaques ont un premier et un deuxième panneau de jonction, selon deux modes de réalisation différents.
    • La figure 3a représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation et dans la figure 3b, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    • Les figures 4a et 4b représentent une vue éclatée d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur similaires à celles des figures 3a et 3b, mais illustrant également des plaques de recouvrement et des barreaux d'espacement.
    • La figure 5 représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention, dans le mode à « deux panneaux de jonction ».
  • Pour des raisons de clarté, les figures ne représentent pas nécessairement les plaques dans la position spatiale dans laquelle elles peuvent être assemblées ou utilisées.
  • Les symboles de référence représentés sur les figures sont indiqués ci-dessous en rapport avec les composants auxquels ils se réfèrent :
    • A-Plaque d'échangeur de chaleur A
    • B - Plaque d'échangeur de chaleur B
    • A0, - Panneau central de la plaque A
    • B0 - Panneau central de la plaque B
    • A1, A2, A3, A4 - côtés du panneau central A0
    • B1, B2, B3, B4 - côtés du panneau central B0
    • JA - premier panneau de jonction du panneau central A0
    • JB - premier panneau de jonction du panneau central B0
    • A5 - première partie du premier panneau de jonction JA
    • A6 - deuxième partie du premier panneau de jonction JA
    • B5 - première partie du premier panneau de jonction JB du panneau central B0
    • B6 -deuxième partie du premier panneau de jonction JB
    • KA- deuxième panneau de jonction du panneau central A0
    • KB- deuxième panneau de jonction du panneau central B0
    • A7 - première partie du deuxième panneau de jonction KA
    • A8 - deuxième partie du deuxième panneau de jonction KA
    • B7 -première partie du deuxième panneau de jonction KB
    • B8 - deuxième partie du deuxième panneau de jonction KB
    • A9 - zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction JA and KA
    • B9 -zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction JB and KB.
    Les références des composants représentés restent les mêmes d'une figure à l'autre.
  • La figure 1a représente deux plaques d'échangeur de chaleur identiques A et B selon le mode à « panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction. Le panneau central A0 est rectangulaire et présente 4 côtés numérotés, dans le sens des aiguilles d'une montre, A1, A2, A3 et A4. Par souci de concision, toutes les parties de la plaque B sont numérotées de la même manière.
  • Un premier côté A1 du panneau central est incliné par rapport au panneau central et forme un premier panneau de jonction JA. Le côté A3 du panneau central situé à l'opposé du premier panneau de jonction JA est un bord plan. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1a, le premier panneau de jonction JA est formé de deux parties, une première partie A5 formant un angle α avec le panneau central et une deuxième partie A6, qui est parallèle à la plaque de panneau central. Le premier panneau de jonction JA est connecté par la ligne de pliure au panneau central, mais il pourrait également avoir été fourni en tant que deuxième pièce et avoir été fixé au panneau central. Le premier panneau de jonction en deux parties est de préférence formé en une seule passe, par déformation. Le premier panneau de jonction JA est orienté vers le bas suivant un angle d'environ 45° par rapport au plan du panneau central A0.
  • La plaque d'échangeur de chaleur B est identique à A et est positionnée de manière symétrique par rapport à A par rapport au point situé au centre de l'espace entre la plaque A et la plaque B. Cela signifie que la plaque B a été disposée après avoir été retournée et tournée de 180°, les premiers panneaux de jonction des plaques A et B étant en regard l'un de l'autre.
  • La figure 1b illustre une vue en perspective schématique de la manière suivant laquelle les deux plaques A et B de la figure 1a sont assemblées et reliées mécaniquement pour former une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention.
  • Les deux plaques de la figure 1a ont été superposées de manière à pouvoir être reliées mécaniquement. La « face inférieure » de la plaque A fait face à la « face inférieure » de la plaque B. Le premier panneau de jonction JA de la plaque A fait face au premier panneau de jonction JB de la plaque B. La deuxième partie A6 du premier panneau de jonction JA de la plaque A est soudée sur le côté plan B3 du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur B. De manière similaire, la deuxième partie B6 du premier panneau de jonction JB de la plaque B est soudée sur le côté plan A3 du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur A.
  • Le canal formé entre la plaque A et la plaque B constitue un premier canal de l'échangeur de chaleur constitué des plaques selon l'invention, dans lequel un premier fluide F1 peut s'écouler. Le premier canal présente une section transversale d'écoulement trapézoïdale et ladite section transversale est la même sur toute la longueur du canal.
  • Les figures 2a et 2b représentent une vue en perspective de deux plaques A et B selon le mode à « deux panneaux de jonction », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur ont un deuxième panneau de jonction, selon deux modes de réalisation différents.
  • La figure 2a représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B dans un premier mode de réalisation du mode à « deux panneaux de jonction ». Les plaques A et B sont sensiblement identiques avec un deuxième côté de leur panneau central A0 ou B0, respectivement qui est incliné par rapport au panneau central, sur un côté adjacent A2 ou B2, respectivement au premier panneau de jonction, et qui forme un deuxième panneau de jonction KA et KB, respectivement. On notera, néanmoins, que les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB des plaques A et B sont situés sur des côtés adjacents opposés, par rapport aux premiers panneaux de jonction respectifs JA et JB. Ainsi la plaque B est une image symétrique de la plaque A suivant une symétrie centrale par rapport au point situé au centre de l'espace délimité par les plaques A et B ce qui permet de les associer aisément en paire. Les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB sont faits d'une seule partie A7 ou B7 qui forme un angle de 90° avec le panneau central (perpendiculaire au plan du panneau central). Les deuxièmes panneaux de jonction sont de préférence formés en une seule passe, par déformation. La déformation peut être obtenue par formage à la presse et/ou par cintrage. Par ailleurs, les plaques d'échangeur de chaleur A et B sont équipées d'excroissances 1, qui peuvent être positionnées différemment sur la plaque A et la plaque B.
  • La figure 2b représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B dans un deuxième mode de réalisation du mode « à deux panneaux de jonction ». Les plaques B et A sont principalement similaires aux plaques A et B de la figure 2a mais les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB sont fabriqués à partir de deux parties, la première partie A7 et B7, respectivement et la deuxième partie A8 et B8, respectivement. La première partie A7 ou B7 est reliée par une ligne de pliure au panneau central sur le bord A2 ou B2, respectivement et forme un angle d'environ 45° avec le panneau central. La deuxième partie A8 ou B8 est parallèle au plan du panneau central. Une autre différence avec la figure 2a est que les zones de coin A9 et B9 au niveau de l'intersection entre les premier et deuxième panneaux de jonction JA et KA, JB et KB, respectivement, n'ont pas été découpées. Au contraire, lesdites zones de coin A9 et B9 ont été formées de telle sorte qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser des plaques de recouvrement lorsque les deux plaques sont assemblées par paire.
  • Les figures 3a et 3b représentent un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation et un deuxième mode de réalisation de l'invention.
  • La figure 3a représente un premier mode de réalisation d'un empilement de deux paires espacées de plaques d'échangeur de chaleur, chaque paire étant similaire à la paire de plaques A et B représentée dans la figure 1b. Dans ce mode de réalisation, deux paires identiques de deux plaques ont été superposées. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide F2. La section du deuxième canal n'est pas constante sur la longueur du canal. En effet, le deuxième fluide F2 entre tout d'abord dans un volume rectangulaire, puis dans un volume trapézoïdal, puis à nouveau dans un volume rectangulaire. À la sortie du canal, la situation est inversée : le deuxième fluide entre dans un volume trapézoïdal puis dans un volume rectangulaire.
  • La figure 3b représente un autre mode de réalisation de l'empilement de deux paires espacées de plaques d'échangeur de chaleur, chaque paire étant similaire à la paire de plaques représentée à la figure 1b, mais l'une des deux paires ayant été retournée afin d'obtenir une deuxième paire qui est une image en miroir de la première paire. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide. La section du canal n'est pas constante et est différente de la section du canal formée dans la figure 3a. Les plaques d'échangeur de chaleur sont équipées d'excroissances 1, mais l'on pourrait en variante également utiliser par exemple des bandes ou des profilés en U.
  • Les figures 4a et 4b représentent une vue éclatée d'assemblages similaires à ceux des figures 3a et 3b, illustrant des plaques de recouvrement et des barreaux d'espacement. Toutes les plaques d'échange thermique sont équipées d'excroissances doubles 2.
  • La figure 4a illustre les deux plaques de recouvrement C qui sont utilisées pour relier mécaniquement les deux paires de plaques successives, agencées de manière similaire aux paires représentées à la figure 3a. Les plaques de recouvrement C sont des octogones ayant la forme de la section transversale du deuxième canal. Les plaques de recouvrement C peuvent être soudées à la plaque B et à la plaque A ou peuvent être fixées par n'importe quel moyen mécanique. Des barreaux d'espacement latérales G sont réalisées dans le premier canal formé entre les plaques A et B. Les barreaux d'espacement pourraient également avoir été mis en œuvre dans le deuxième canal.
  • La figure 4b illustre les deux plaques de recouvrement D qui sont utilisées pour relier mécaniquement les deux paires de plaques successives, disposées de manière similaire aux paires représentées dans la figure 3b. Les plaques de recouvrement D sont des octogones ayant la forme de la section transversale du deuxième canal. Les plaques de recouvrement D peuvent être soudées à la plaque A et B ou peuvent être fixées par tout autre moyen mécanique. Des barreaux d'espacement G sont implémentées dans le premier canal formé entre les plaques A et B.
  • La figure 5 représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention, dans le mode à « deux panneaux de jonction ». Chaque paire est constituée d'une plaque A et d'une plaque B, qui sont similaires aux plaques représentées dans la figure 2a. Les plaques A et B ont été assemblées et reliées mécaniquement par leur premier panneau de jonction. Entre la plaque A et la plaque B est formé un premier canal capable de recevoir un premier fluide F1. Des barreaux d'espacement G sont mis en œuvre dans le premier canal. Deux paires de plaques espacées identiques sont superposées et reliées mécaniquement par leurs deuxièmes panneaux de jonction. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide F2. La section du deuxième canal n'est pas constante sur la longueur du canal. Les moyens de fermeture de chaque côté du deuxième canal ne sont pas représentés.

Claims (14)

  1. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B), comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées l'une de l'autre, désignées première (A) et deuxième (B) plaque d'échangeur de chaleur, et dont les panneaux centraux (A0, B0) sont parallèles l'un à l'autre (A ; B), chacune desdits plaques comprenant , un panneau central (A0 ; B0) avec au moins quatre côtés (A1, A2, A3, A4 ; B1, B2, B3, B4), ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, et tel que :
    - un premier côté (A1 ; B1) du panneau central est incliné par rapport audit panneau central (A0 ; B0) et forme un premier panneau de jonction (JA ; JB),
    - le côté opposé (A3 ; B3) dudit premier côté (A1 ; B1) est plan,
    la dite paire de plaques d'échangeurs de chaleur (A,B) étant telle que
    - le premier panneau de jonction (JA) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) et le premier panneau de jonction (JB) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) sont disposés de manière à se faire face,
    - le premier panneau de jonction (JA) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) est fixé directement au panneau central (B0) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) sur ledit côté plan opposé (B3),
    - le premier panneau de jonction (JB) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) est fixé directement au panneau central (A0) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) sur ledit côté plan opposé (A3),
    - lesdits premiers panneaux de jonction (JA ; JB) sont fabriqués à partir d'une première partie (A5 ; B5) et d'une deuxième partie (A6 ; B6) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (α) avec le panneau central (A0 ; B0) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central,
    - l'espace entre lesdites première (A) et deuxième (B) plaques d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier écoulement de fluide (F1).
  2. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B)selon la revendication 1, dans laquelle ledit premier panneau de jonction (JA ; JB) comprend une première partie formant un angle (α) avec ledit panneau central.
  3. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B)selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle ledit angle (α) entre la première partie (A5 ; B5) du premier panneau de jonction et le panneau central (A0 ; B0) est compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
  4. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
    - un deuxième côté (A2 ; B2) du panneau central (A0 ; B0) est incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté (A1 ; B1) et ledit deuxième côté forme un deuxième panneau de jonction (KA ; KB) incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction (JA ; JB),
    - le côté opposé (A4 ; B4) dudit deuxième côté (A2 ; B2) est soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction.
  5. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B)selon la revendication 4, dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) comprend une première partie, notamment une partie unique (A7 ; B7), ladite première partie formant un angle (β) avec le panneau central.
  6. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication 5, dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) est fabriqué à partir d'une première partie (A7 ; B7) et d'une deuxième partie (A8 ; B8) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (β) avec le plan du panneau central (A0 ; B0) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
  7. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B)selon l'une des revendications 5 ou 6, dans laquelle ledit angle (β) entre la première partie (A7 ; B7) du deuxième panneau de jonction et le panneau central (A0 ; B0) est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 110°, et plus préférablement entre 30° et 100° ou notamment est de 45° ou 90°.
  8. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux paires de plaques successives espacées selon l'une des revendications précédentes, désignées par première paire de plaques d'échangeur de chaleur et deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel :
    - ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre,
    - l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire ou ladite deuxième paire est une image en miroir de ladite première paire.
  9. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication précédente, formant un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, dans lequel lesdites deux paires espacées successives sont reliées latéralement par des moyens de fermeture (C ; D), lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale.
  10. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication 8, ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur telles qu'un deuxième côté (A2, B2) de leur panneau central soit incliné par rapport au panneau central (A0, B0), ledit deuxième côté (A2, B2) étant adjacent au premier côté (A1, B1) et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction (KA ; KB) incliné dans la direction opposée par rapport au premier panneau de jonction (JA ; JB), et le côté opposé (A4 ; B4) dudit deuxième côté (A2 ; B2) étant plan, dans lequel :
    - le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire et le deuxième panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire,
    - en option, soit des moyens de fermeture relient latéralement lesdites deux paires sur le côté des deuxième panneaux de jonction, soit la zone de coin à l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction est formée de manière à relier mécaniquement lesdites deux paires.
  11. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon la revendication précédente, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement comprend une partie, notamment une partie unique, ladite partie formant un angle (β) avec le panneau central ou dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (β) avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
  12. Échangeur de chaleur à plaques comprenant des paires de plaques d'échangeur de chaleur ou des empilements de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, lesdites paires ou empilement étant disposés dans un châssis approprié.
  13. Procédé de fabrication d'une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7 , ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
    - préparer deux panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
    - pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle (α) avec le panneau central (A0 ; B0),
    - optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central,
    - disposer les deux plaques d'échangeur de chaleur de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient parallèles l'une à l'autre,
    - joindre les deux plaques d'échangeur de chaleur de manière à former une paire de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide,
    - fixer mécaniquement les deux plaques le long de leurs premiers panneaux de jonction.
  14. Procédé de fabrication d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 8 à 11, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
    - préparer au moins quatre panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
    - pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté du panneau central de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle avec le panneau central,
    - optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle β avec le panneau central,
    - disposer les plaques d'échangeur de chaleur par paires de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient parallèles l'une à l'autre,
    - joindre les plaques d'échangeur de chaleur de manière à former au moins deux paires de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide,
    - fixer mécaniquement les deux plaques de chaque paire le long de leurs premiers panneaux de jonction,
    - empiler les au moins deux paires de plaques, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide,
    - optionnellement, fixer mécaniquement les deux paires de plaques le long de leurs deuxièmes panneaux de jonction.
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