FR2559575A1

FR2559575A1 - Echangeur de chaleur a plaques

Info

Publication number: FR2559575A1
Application number: FR8402221A
Authority: FR
Inventors: Bernhard Buchwald
Original assignee: GEA Ahlborn GmbH and Co KG
Current assignee: GEA Ahlborn GmbH and Co KG
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1985-08-16

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR FORME DE PLAQUES DE FORME IDENTIQUE DISPOSEES L'UNE DERRIERE L'AUTRE EN ETANT PIVOTEES DE 180 AUTOUR DE LEUR AXE D'UNE PLAQUE A LA SUIVANTE, LES PLAQUES COMPORTANT DES SURFACES D'ECHANGE DE CHALEUR QUI ONT UN PROFIL ONDULE, LES ONDULATIONS ETANT MUTUELLEMENT EN CONTACT ET COMPORTANT DANS CHAQUE CRETE DES CANAUX QUI SONT PARCOURUS PAR DES COURANTS PARTIELS AYANT DES TRAJETS D'ECOULEMENT DIFFERENTS. POUR OBTENIR UNE REPARTITION UNIFORME DE LA TEMPERATURE SUR TOUTE LA SURFACE DES PLAQUES D'ECHANGE THERMIQUE, LA SURFACE DE SECTION DES CANAUX 15 EST DIMENSIONNEE DE TELLE SORTE QUE LES VOLUMES DES COURANTS PARTIELS S A S LES PARCOURANT SOIENT EGAUX OU TOUT AU MOINS APPROXIMATIVEMENT DE MEME GRANDEUR. L'INVENTION PERMET D'ACCROITRE LA PUISSANCE D'ECHANGE THERMIQUE DE TELS ECHANGEURS.

Description

Echangeur de chaleur.

La présente invention concerne un échangeur de chaleur. on connatt des échangeurs de chaleur de ce type, se composant de plaques de même forme, disposées parallèlement l'une à l'autre avec sur un c8té de chaque plaque un joint d'étanchéité plat de manière à former des chambres comportant des ouvertures d'entrez et de sortie alternativement,d'une chambre à la suivante,pour chacun des deux agents participant a l'échange de chaleur,une plaque étant balayée sur une de ses faces par un agent et sur l'autre face par l'autre agent et ces plaques de même forme étant disposées alternativement tête-bêche par pivotement de 180 autour de leur axe pour qu'un même agent d'échange soit en contact alternativement dans deux plaques successives avec l'une puis l'autre face de la plaque type.

Dans des échangeurs de chaleur plaques tels que ci-dessus- qui sont formés de plaques d'un seul type, il est prévu des orifices d'entrée et de sortie qui,dans une chambre,sont placés d'un même côté de l'axe longitudinal des plaques. Ainsi les filets liquides ont à parcourir, entre l'entrée et la sortie, des trajets de longueurs différentes du fait qu'une partie du liquide circule en passant de l'autre côté de l'axe longitudinal de la plaque pour balayer la plaque suivant sa longueur et revenir du côté de la sortie alors qu'une autre partie balaye directement la plaque selon sa longueur entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie.Les deux parties du circuit correspondant au passage d'un côté à l'autre de l'axe longitudinal sont supprimées pour les filets liquides qui restent du côté des orifices d'entrée et de sortie.

Des trajets d'écoulement de longueurs différentes signifient également des pertes de charge de grandeurs différentes pour les différents filets et,par conséquent,des courants volumiques différents. Sur -le côté d'une chambre où règne la plus grande perte de charge,côté opposé aux orifices d'entrée et de sortie, il passe un courant plus faible avec moins de capacité calorifique alors que, par contre, dans la chambre adjacente la situation est précisément inversée,le courant circulant dans cette chambre au contact de la même partie de paroi passant directement de l'orifice d'entrée a l'orifice de sortie donc avec une plus faible perte de charge et donc un volume plus important avec une capacité calorifique plus grande.Les échanges de chaleur s'effectuent a travers chaque paroi entre des courants d'agents ayant des capacités calorifiques l'un plus grand, l'autre plus petit que la moyenne et, en conséquence, la puissance d'un tel échangeur de chaleur diminue.

Pour améliorer la situation décrite, on prévoit, d'une manière connue,un dispositif déflecteur en aval de l'orifice d'entrée et en amont de l'orifice de sortie de manière à égaliser les courants volumiques sur les deux côtés des plaques, en déviant un volume plus important de fluide vers le côté correspondant au trajet le plus long. Cet agencement constructif est cependant limité dans son efficacité car le dispositif déflecteur ne peut apporter une correction que sur une distance plus courte qu'un dispositif à répartition de résistance.

L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a pour objet un échangeur de chaleur du type précité, dans lequel la surface d'échange thermique est profilée sous la forme d'ondulations à crêtes et vallées alternées,deux plaques adjacentes étant accolées de manière que les sommets des ondulations soient en contact. Dans chaque sommet d'ondulation, il est prévu des dépressions formant des canaux transversaux qui sont parcourus par des courants partiels de l'agent participant à l'échange de chaleur pendant le mouvement de ce dernier depuis l'orifice d'entrée jusqu'à l'orifice de sortie de la chambre délimitée par les deux plaques.

L'invention a pour but d'améliorer la puissance de tels échangeurs de chaleur connus. Ce problème est résolu selon l'invention en dimensionnant les canaux transversaux dans les sommets des ondulations de manière que les volumes des courants partiels les parcourant soient égaux ou tout au moins approximativement égaux. Le moyen selon l'invention consiste par conséquent à dimensionner les canaux d'écoulement transversaux aux ondulations de manière que, dans la zone correspondant aux trajets d'écoulement les plus courts, la résistance à l'écoule- ment soit plus grande que dans la zone correspondant aux trajets d'écoulement les plus longs pour l'agent participant à l'échange de chaleur.Pour obtenir ce résultat, il est prévu, conformément à une caractéristique de l'invention, que le diamètre hydraulique des canaux transversaux parcourus par un même courant partiel augmente à mesure que croit le trajet d'écoulement du courant partiel.

Selon un mode très avantageux de réalisation de l'échangeur de chaleur conforme à l'invention, les crêtes des ondulations et les vallées des ondulations sont disposées parallèlement dans chaque plaque. En principe, il ne se produit aucune variation lorsque les crêtes et les vallées des ondulations d'ureplaque recoupent suivant un angle déterminé ceux de la plaque adjacente.

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les canaux transversaux aux ondulations parcourus par un même courant partiel sont disposés en coincidence en étant alignés.

On décrira plus en détail ci-après un exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels
La figure 1 est une vue en élévation schématique
du côté avant d'une plaque d'échange thermique de
l'échangeur de chaleur conforme à l'invention; la
figure 2 est une vue schématiquepu coté arrière
d'une plaque d'échange thermique de l'échangeur de
chaleur conforme à l'invention; la figure 3 est une
coupe latérale partielle de deux plaques d'échange
thermique, placées l'une contre l'autre, de l'échan-
geur de chaleur conforme à l'invention; la figure
4 est une vue isométrique éclatée d'une partie de
11 échangeur de chaleur conforme à l'invention et
la figure 5 est une vue isométrique partielle de la
plaque d'échange thermique de l'échangeur de chaleur
conforme à l'invention.

Tout d'abord il est à noter que l'échangeur de chaleur représenté sur la figure 4 a été représenté pour simplifier le dessin comme ne comportant que deux plaques 1, 2. Il est clair qu'un tel échangeur de chaleur comporte en pratique normalement plus de deux plaques de sorte que l'objet de l'invention n'est en aucune manière limité au mode de réalisation à deux plaques.

Sur la figure 4, on n'a également pas représenté, pour simplifier le dessin, les deux plaques extrêmes entre lesquelles sont maintenues, par des moyens appropriés, les plaques d'échange thermique 1, 2.

Les deux plaques 1, 2 ont la même forme et elles comportent des orifices d'entrée et de sortie des agents participant à l'échange de chaleur. Ainsi, par exemple, dans la plaque d'échange thermique 2, l'orifice d'entrée de l'agent le plus chaud a été désigné par la référence numérique 3 tandis que l'orifice de passage de l'agent le plus froid a été désigné par la référence numérique 4. L'agent qui cède de la chaleur sort ensuite par l'orifice 5 tandis que l'agent le plus froid circule à travers l'orifice 6.

Par contre, dans la plaque d'échange thermique 1, l'orifice de passage de l'agent le plus chaud a été désigné par la référence numérique 7 tandis que l'orifice d'entrée de l'agent le plus froid a été désigné par la référence numérique 8. L'orifice de sortie de l'agent le plus froid est désigné par. 9 tandis que l'agent qui s'est refroidi pendant le processus d'échange de chaleur dans la chambre formée sur l'autre face de la plaque 1 est évacué par l'orifice 10.

Sur un côté de chaque plaque 1, 2, sont positionnés des joints d'étanchéité plats 11, 12 de manière qu'unie des plaques soit balayée sur une de ses faces par un agent circulant dans la chambre formée par cette plaque 1, le joint 11 et la plaque 2 adjacente et sur son autre face par l'autre agent circulant dans une autre chambre délimitée par cette autre face, le joint 12 et la plaque 2 adjacente.

Comme le montre nettement le dessin, la surface d'échange de chaleur des plaques 1, 2 est profilée sous la forme de crêtes 13 et de vallées 14 d'ondulations qui sont alternées. A cet égard, deux plaques adjacentes 1, 2 sont toujours placées l'une contre l'autre de manière que les sommets 13 des ondulations soient en contact l'un avec l'autre, comme le montre la figure 3.

Dans ce cas, il est prévu dans chaque crête d'ondulation 13 des canaux 15 qui sont parcourus par des courants partiels sl (figure 1) de l'agent participant à l'échange thermique pendant la circulation de ce dernier de l'orifice d'entrée, par exemple 3, jusqu'à l'orifice de sortie, par exemple 5, de la plaque, par exemple 2. La surface de section f (figure 5) de ces canaux est dimensionnée de manière que les volumes des courants partiels sl à 56 les parcourant soient égaux ou tout au moins de même grandeur. Pour ce faire le diamètre hydraulique des canaux 15 parcourus par un même courant partiel de sl à augmente à mesure que le trajet d'écoulement desdits courants partiels croit.Le trajet d'écoulement croissant de s2 à s6,le diamètre hydraulique des canaux 15 parcourus par le courant S6 est plus grand que celui des canaux 15 parcourus par le courant s5 et ainsi de suite jusqu'à s2 qui est sensiblement aussi long que
Comme le montre notamment la figure 5, les crêtes 13 et les vallées 14 des ondulations de chaque plaque 1, 2 sont orientées parallèlement. Les crêtes et les vallées des ondulations peuvent également faire un certain angle entre elles.

Comme le montrent les figures 1 et 2, les canaux transversaux parcourus par un même courant partiel, par exemple sl , sont placés en coincidence, c'est-à-dire sont alignés.

Les canaux 15 de chaque crête 14 d'ondulation sont disposés à distance l'un de l'autre.

Avec l'agencement conforme à l'invention, on obtient que, par un dimensionnement correspondant des sections des canaux 15,les volumes des différents courants partiels sl-s6 soient égaux, ou tout au moins soient approximativement de même grandeur, ce qui garantit une répartition uniforme de la température dans l'ensemble de la plaque et par conséquent également un rendement thermique extraordinairement favorable.

Claims

Revendications

1. Echangeur de chaleur, se composant de plaques de même forme, disposées l'une derrière l'autre, en étant pivotées pour une plaque sur deux de 1800 autour de leur axe d'une plaque à la suivante et dans chacune desquelles sont ménagés des orifices d'entrée et de sortie pour les agents participant à l'échange de chaleur avec,sur un côté de chaque plaque,un joint d'étan chéité plat de manière à former une chambre entre deux plaques successives une des plaques étant balayée sur une de ses- faces par un agent et sur son autre face par l'autre agent, les entrée et sortie de l'agent dans une chambre étant disposées alternativement d'un côté et de l'autre de l'axe et la surface d'échange de chaleur étant profilée sous la forme de crêtes et de vallées alternées d'ondulations et deux plaques adjacentes étant accolées de manière que les zones des crêtes des ondulations soient en contact tandis qu'il est prévu dans chaque crête d'ondulation des canaux transversaux qui sont parcourus par des courants partiels établissant des trajets d'écoulement différents pour l'agent participant à l'échange de chaleur pendant le mouvement de celui-ci depuis l'orifice d'entrée jusqu'à l'orifice de sortie de la chambre delimitée par les deux plaques, caractérisé en ce que la surface de section (f) des canaux (15) est dimensionnée de manière que les volumes des courants partiels les parcourant (51 ~ 56) soient égaux ou tout au moins approximativement de même grandeur.

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre hydraulique des canaux (15) parcourus par un même courant partiel î - s6) augmente à mesure que croit la distance d'écoulement du courant partiel (51 à 56)

3. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les crêtes (14) et les vallées (13) des ondulations de chaque plaque (1, 2) sont disposées parallèlement dans chaque plaque.

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (15) parcourus par un même courant partiel (sl à s6) sont mutuellement en coincidence en étant alignés.

5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux (15) de chaque crête d'ondulation (14) sont placés à distance l'un de l'autre.