FR2496861A1 - Plate heat exchanger for two fluids - esp. where river water is used to heat halogenated hydrocarbon refrigerant - Google Patents

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Abstract

Plate heat exchanger for two fluids. A box or case has a top inlet for one fluid (a) which flows downwards towards a drain in the bottom of the box. In the box are pairs of corrugated plates. The two plates in each pair are joined together to make a hollow panel with a lower slot inlet and an upper slot outlet, so a second fluid (b) can be fed up the panels. The corrugated panels are joined together at periodic intervals to form numerous separate vertical channels for the downward flow of fluid (a). The separate vertical channels can pref. be cleaned by driving balls or cylindrical objects through them from time to time. The hollow panels pref.contain wires maintaining a constant distance between the two plates forming a panel. Fluid (a) is e.g. water obtd. from a river, lake or the sea; and heat can be transferred from the water to a Freon (RTM) flowing upwards through the panels. The corrugated profile of the panels means that the water channels can easily be cleaned.

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaque plus particulièrement destiné, à titre d'exemple, à vaporiser un fluide thermodynamique. The present invention relates to a plate heat exchanger more particularly intended, for example, to vaporize a thermodynamic fluid.

On connais des échangeurs de chaleur à plaques, généralement con titués par des plaques métalliques planes parallèles, groupées par paires pour constituer autant de canaux débouchant à chaque extrémité dans un COE partiment distributeur ou collecteur. L'un des fluides de l'échangeur est mis en circulation dans ces canaux, tandis que l'autre circule autour des canaux. De tels échangeurs à plaques présentent l'avantage d'une importante surface d'échange, et par conséquent une efficacité thermique intéressante. Plate heat exchangers are known, generally constituted by parallel flat metal plates, grouped in pairs to constitute as many channels opening at each end into a distributor or collector COE. One of the exchanger fluids is circulated in these channels, while the other circulates around the channels. Such plate heat exchangers have the advantage of a large exchange surface, and therefore an advantageous thermal efficiency.

Mais il est fréquent, dans l'exploitation industrielle de telc échangeurs, que ltun des fluides soit de l'eau directement prélevée dans un lac, une rivière, ou même éventuellement en mer, c1 est à dire un fluide chargé d'impuretés et utilisé en circuit ouvert sur l'échangeur. Dans ces conditions il se produit toujours des dépôts sur les plaques, extérieurement aux canaux puisquten général c'est plutôt le fluide dont on dispose alors sans limitation de débit que l'on fait circuler autour des canaux. But it is frequent, in the industrial exploitation of such exchangers, that one of the fluids is water directly taken from a lake, a river, or even possibly at sea, c1 is to say a fluid charged with impurities and used in open circuit on the exchanger. Under these conditions deposits are always produced on the plates, outside the channels since generally it is rather the fluid which is then available without limitation of flow which is circulated around the channels.

L'accumulation des dépôts réduit les échanges thermiques, si bien qu'il est nécessaire de procéder le plus souvent possible au nettoyage des plaques. Ceci est particulièrement difficile dans les échangeurs usuels à plaques, l'espace libre entre canaux pouvant notre que de l'ordre de 5 mn ; ceci ne permet pas le passage d'outils usuels de grattage qui devraient agir sur des surfaces importantes constituées par les surfaces extérieures des canaux.The accumulation of deposits reduces heat exchange, so it is necessary to clean the plates as often as possible. This is particularly difficult in the usual plate exchangers, the free space between channels being able to only be of the order of 5 min; this does not allow the passage of usual scraping tools which should act on large surfaces formed by the outer surfaces of the channels.

La présente invention concerne un échangeur qui, tout en conservant les qualités d'échanges thermiques usuels d'un échangeur à plaques, pe met un nettoyage facile des compartiments parcourus par un fluide chargé d'impuretés. The present invention relates to an exchanger which, while retaining the qualities of the usual heat exchanges of a plate exchanger, eg allows easy cleaning of the compartments traversed by a fluid charged with impurities.

L'invention concerne donc un échangeur de chaleur à plaques entre deux fluides, dans lequel lfun des fluides circule dans des canaux, formés chacun par deux plaques parallèles et débouchant d'une part dans un compartiment distributeur et d'autre part dans un compartiment collecteur, le deuxième fluide circulant autour des canaux et à l'intérieur d'une enceinte enfermant au moins la partie des plaques externe aux compartiments distribu.  The invention therefore relates to a plate heat exchanger between two fluids, in which one of the fluids circulates in channels, each formed by two parallel plates and opening on the one hand into a distributor compartment and on the other hand into a collecting compartment , the second fluid circulating around the channels and inside an enclosure enclosing at least the part of the plates external to the compartments distributed.

teur et collecteur. teur and collector.

Selon l'invention chaque canal est formé par deux plaques ondulées au même profil et maintenues équidistantes, chaque canal étant maintenu au contact des canaux adjacents avec un décalage d'une demi-onde, de fanon à créer entre deux canaux une succession de zones ouvertes au pàssa- ge du deuxième fluide, séparées par des lignes parallèles de contact entre plaques. According to the invention each channel is formed by two corrugated plates with the same profile and kept equidistant, each channel being kept in contact with the adjacent channels with a half-wave offset, with dewlap to create between two channels a succession of open areas on the second fluid passage, separated by parallel lines of contact between plates.

Selon une forme préférentielle de réalisation, les crêtes et les creux du profil dtondulation des plaques sont à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation, de telle sorte que les zones de passage du deuxième fluide permettent le passage d'un objet sphérique ou cylindrique de diamètre égal à la distance maximale entre plaques en regard de deux canaux adjacents. According to a preferred embodiment, the crests and the troughs of the wave profile of the plates have a circular path of radius equal to the wave height, so that the zones of passage of the second fluid allow the passage of a spherical object. or cylindrical with a diameter equal to the maximum distance between plates opposite two adjacent channels.

Egalement selon une forme préférentielle de réalisation, les ce- naux ondulés ont une forme générale rectangulaire dont la grande dimension est parallèle aux lignes de crêtes ; chaque canal débouche à chaque extrémité dans le compartiment distributeur ou collecteur par au moins un bec latéral traversant la paroi de enceinte contenant le deuxième fluide. Also according to a preferred embodiment, the corrugated channels have a generally rectangular shape whose large dimension is parallel to the crest lines; each channel opens at each end into the distributor or collector compartment by at least one lateral spout passing through the enclosure wall containing the second fluid.

L'invention sera mieux comprise en se référant à-un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexes. The invention will be better understood by referring to a particular embodiment given by way of example and represented by the accompanying drawings.

La figure 1 est une vue générale extérieure, avec coupes partielles, d'un échangeur réalisé selon l'inventions et fonctionnant en évapora
La figure 2 est une vue perspective simplifiée, avec coupes partielles, de la zone de raccordement des canaux avec un compartiment collecteur.~
La figure 3 est une coupe à plus grande échelle selon III-III de la figure 1.Figure 1 is a general exterior view, with partial sections, of an exchanger produced according to the invention and operating as an evaporator
Figure 2 is a simplified perspective view, with partial sections, of the channel connection zone with a collecting compartment. ~
FIG. 3 is a section on a larger scale along III-III of FIG. 1.

En se référant à l'ensemble des figures, on verra que Iséchangeur destiné à vaporiser un fluide thermodynamique est constitué par un caisson parallèlèpipédique 1, muni à sa partie supérieure d'une arrivée 2 du fluide primaire chaud qui ressort en 3 à la partie inférieure, après avoir traversé l'appareil de haut en bas selon les flèches 4, et cède une partie de sa chaleur pour vaporiser le fluide secondaire. Referring to all of the figures, it will be seen that the exchanger intended to vaporize a thermodynamic fluid is constituted by a parallelepipedic box 1, provided at its upper part with an inlet 2 for the hot primary fluid which emerges at 3 at the lower part , after having crossed the device from top to bottom according to arrows 4, and gives up part of its heat to vaporize the secondary fluid.

Conformément à l'invention, les tôles constituant les canaux de passage du fluide secondaire sont ondulées et assemblées par paires comme on le voit plus en détail sur la figure 3. Ainsi deux tôles 5 et 6, ondulées au meme profil sont maintenues équidistantes par des entretoises discontinues qui peuvent être des portions de fils 7, soudées d'abord à inter val les réguliers le long de lignes de crêtes ou de creux d'une tale, et sur lesquelles on vient ensuite souder la seconde tôle, par exemple à la molette. Les entretoises discontinues ne gênent pas la circulation du flu de liquide ou gazeux selon les flèches 8 dans le canal 9 formé entre les tales. According to the invention, the sheets constituting the channels for the passage of the secondary fluid are corrugated and assembled in pairs as can be seen in more detail in FIG. 3. Thus two sheets 5 and 6, corrugated with the same profile are kept equidistant by discontinuous spacers which may be portions of wires 7, firstly welded to the regulars along lines of ridges or hollows of a sheet, and onto which the second sheet is then welded, for example with a thumbwheel . The discontinuous spacers do not obstruct the circulation of the liquid or gaseous fluid according to the arrows 8 in the channel 9 formed between the blades.

Un autre moyen de réaliser l'entretoisement de deux plaques con juguées 5 et 6 peut aussi consister à créer, le long de lignes de crêtes ou de creux, des bossages emboutis discontinus tels que 11, représentés sur une autre partie de la figure 3. Lorsque les tôles sont rapprochées les parties des bossages en regard et au contact sont soudées à la molett
On pourrait encore envisager, comme représenté également sur la figure 3, de ne réaliser les bossages 13 que sur une seule tôle, ayant alors une prx fondeur égale à l'écartement désiré pour les canaux 9, et les crêtes des bossages sont alors soudées à la tôle conjuguée restée lisee.Another means of making the bracing of two plates con judged 5 and 6 can also consist in creating, along lines of ridges or hollows, discontinuous stamped bosses such as 11, represented on another part of FIG. 3. When the sheets are brought together, the parts of the bosses facing and in contact are welded to the knurl
It could also be envisaged, as also shown in FIG. 3, to produce the bosses 13 only on a single sheet, then having a smelter prx equal to the desired spacing for the channels 9, and the crests of the bosses are then welded to the conjugate sheet remained read.

Les tales ainsi assemblées en plaques creuses 15 au moyen des entretoises, et de soudures continues étanches 16 aux extrémités et latté ralement, sont ensuite juxtaposées avec décalage d'une demi-onde, chaque plaque étant mise en contact élastique avec les plaques adjacentes par leurs lignes de crêtes. L'ensemble constitue ainsi une succession de canaux verticaux 18 en quinconces, dans lequel passe le fluide primaire. The plates thus assembled into hollow plates 15 by means of the spacers, and of sealed continuous welds 16 at the ends and battened, are then juxtaposed with offset by half a wave, each plate being brought into elastic contact with the adjacent plates by their ridge lines. The assembly thus constitutes a succession of vertical channels 18 in staggered rows, through which the primary fluid passes.

Si, comme sur la figure 3, le profil d'ondulation des tales 5 et 6 comporte des crêtes et des creux à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation, on voit que les canaux verticaux 18 ont eux-mêmes ur section presque circulaire, ou du moins dans laquelle peut s'inscrire une section circulaire 19 de diamètre égal à la distance maximale entre plaque en regard. If, as in FIG. 3, the corrugation profile of the tales 5 and 6 comprises ridges and recesses with a circular path of radius equal to the corrugation height, it can be seen that the vertical channels 18 themselves have their cross section almost circular, or at least in which a circular section 19 of diameter equal to the maximum distance between facing plate can be inscribed.

Les plaques 15, de forme générale rectangulaire, comportent à ch que angle un bec transversal 20 utilisé pour leur maintien en position dan le caisson 1. A la partie supérieure les deux becs 20 des plaques sont ser tis dans la paroi 21 du caisson 1 et débouchent à l'extérieur de celui-ci. The plates 15, of generally rectangular shape, comprise at each angle a transverse spout 20 used to hold them in position in the box 1. At the upper part the two spouts 20 of the plates are used in the wall 21 of the box 1 and emerge outside of it.

A la partie inférieure, seul ici sur la figure 1 le bec 20 gauche travers la paroi du caisson, tandis que le bec droit est borgne et soudé à la paro intérieure du caisson.At the bottom, only here in FIG. 1, the left spout 20 passes through the wall of the box, while the right spout is blind and welded to the inside wall of the box.

Les zones où les becs latéraux des plaques débouchent à ltexté- rieur du caisson 1 sont coiffées par des caissons semi-cylindriques 23 et qui constituent ainsi des compartiments respectivement distributeur 25 et collecteurs 26, chacun raccordé aux circuits extérieurs par les tubulures d'entrée et de sortie 27 et 28.  The areas where the lateral slats of the plates open out inside the box 1 are capped by semi-cylindrical boxes 23 and which thus constitute compartments respectively distributor 25 and collectors 26, each connected to the external circuits by the inlet pipes and 27 and 28.

Appliqué à la vaporisation de fluides thermodynamiques spéciaux tels que des chlorofluorocarbones ou fluorocarbones, et par exemple des produits vendus sous la Marque Commerciale "FREON" par la Société DUPONT de NEMOURS utilisés dans des installations de récupération d'énergie à basse température, avec arrivée de liquide dans le compartiment 25 et sortie de la vapeur à la partie supérieure par les compartiments 26, l'échan- geur ainsi réalisé présente l'avantage d'un circuit de faible volume à l'intérieur desplaques, ce qui est appréciable lorsqu'il s'agit d'un flui-de onéreux. L'encrassement interne des plaques n'est pas à craindre lorsqu'il s'agit d'un fluide circulant en circuit fermé dans l'installation productrice d'énergie. Applied to the vaporization of special thermodynamic fluids such as chlorofluorocarbons or fluorocarbons, and for example products sold under the Trade Mark "FREON" by the Company DUPONT de NEMOURS used in energy recovery installations at low temperature, with arrival of liquid in compartment 25 and steam outlet at the top by compartments 26, the exchanger thus produced has the advantage of a small volume circuit inside the plates, which is appreciable when it is an expensive flui-de. Internal fouling of the plates is not to be feared in the case of a fluid circulating in a closed circuit in the energy-producing installation.

Le circuit du fluide chaud, qui dans ce cas peut être de l'eau de rivière, peut se faire à grand débit dans les canaux 18 dont le nettoyage sera facile à tout moment, en particulier au moyen de billes utilisées de façon usuelle pour le nettoyage de l'intérieur de tubes pour des échangeurs à tubes de types connus. The circuit of the hot fluid, which in this case may be river water, can be carried out at high flow rate in the channels 18, the cleaning of which will be easy at any time, in particular by means of balls normally used for the cleaning the inside of tubes for tube exchangers of known types.

Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation décrit à titre d'exesple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, et bien que ceci présente certains avantages, il n'est pas strictement nécessaire que la section des canaux 18 comporte des parties circulaires. L'utilisation de plaques ondulées, meme avec un profil sans parties circulaires, suffit pour créer des canaux de dimensions suffisantes pour que leur nettoyage soit facile, les outils de nettoyage devant alors avoir une forme adaptée à celle de la section des canaux 18.  Of course, the invention is not strictly limited to the embodiment described by way of example, but it also covers the embodiments which differ from it only in details, in variant embodiments or in the use of equivalent means. Thus, and although this has certain advantages, it is not strictly necessary that the section of the channels 18 comprises circular parts. The use of corrugated sheets, even with a profile without circular parts, is sufficient to create channels of sufficient dimensions for their cleaning to be easy, the cleaning tools then having to have a shape adapted to that of the section of the channels 18.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur à plaques, entre deux fluides, dans lequel l'un des fluides circule dans des canaux formés chacun par deux plaques parallèles et débouchant d'une part dans un compartiment distributeur et d'autre part dans un compartiment collecteur, le deuxième fluide circulant autour des canaux et à l'intérieur d'une enceinte enfermant au moins la parties plaques externe aux compartiments distributeur et collecteur, caractérisé par ledit que chaque canal est formé par deux plaques ondulée au même profil, et maintenues équidistantes, chaque canal étant maintenu ai contact des canaux adjacents avec un décalage d'une demi-onde de façon à créer entre deux canaux une succession de zones ouvertes au passage du deu xième fluide, séparées par des lignes parallèles de contact entre plaques. 1.- Plate heat exchanger, between two fluids, in which one of the fluids circulates in channels each formed by two parallel plates and opening on the one hand into a distributor compartment and on the other hand into a collecting compartment, the second fluid circulating around the channels and inside an enclosure enclosing at least the plate parts external to the distributor and collector compartments, characterized in that each channel is formed by two corrugated plates with the same profile, and kept equidistant, each channel being kept in contact with adjacent channels with a half-wave offset so as to create between two channels a succession of zones open to the passage of the second fluid, separated by parallel lines of contact between plates. 2,- Echangeur selon revendication 1, caractérisé par le fait que les crêtes et les creux du profil d'ondulation des plaques sont à tracé circulaire de rayon égal à la hauteur d'ondulation de telle sorte que les zones de passage du deuxième fluide permettent le passage d'un objet sphérique ou cylindrique de diamètre égal à la distance maximale entre-plaques en regard de deux canaux adjacents. 2, - Exchanger according to claim 1, characterized in that the ridges and the hollows of the corrugation profile of the plates have a circular path of radius equal to the corrugation height so that the zones of passage of the second fluid allow the passage of a spherical or cylindrical object with a diameter equal to the maximum distance between plates opposite two adjacent channels. 3.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les plaques ondulées formant un canal sont main tenues équidistantes par des portions de barrettes disposées et soudées à intervalles réguleras entre les deux plaques le long de lignes de crêtes de celles-ci. 3.- Exchanger according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the corrugated plates forming a channel are now held equidistant by portions of bars arranged and welded at regular intervals between the two plates along lines of crests of these. 4.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les plaques ondulées formant un canal sont main tenues équidistantes par la formation de bossages emboutis discontinus sur l'une au moins des deux plaques, et dirigés vers l'autre, formés à intervalles réguliers le long de lignes de crêtes, les sommets des bossages emboutis étant soudés l'un à l'autre ou à l'autre plaque. 4.- Exchanger according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the corrugated plates forming a channel are hand held equidistant by the formation of discontinuous stamped bosses on at least one of the two plates, and directed towards the other, formed at regular intervals along ridge lines, the tops of the stamped bosses being welded to each other or to the other plate. 5.- Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les canaux ondulés ont une forme génie rale rectangulaire dont la grande dimension est parallèle aux lignes de crêtes, chaque canal débouchant à chaque extrémité dans le compartiment distributeur ou collecteur par au moins un bec latéral traversant la paroi de l'enceinte contenant le deuxième fluide.  5.- Exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the corrugated channels have a rectangular engineering shape whose large dimension is parallel to the ridge lines, each channel opening at each end into the distributor or collector compartment. by at least one lateral spout passing through the wall of the enclosure containing the second fluid.
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