FR2604246A1

FR2604246A1 - Modular heat exchanger

Info

Publication number: FR2604246A1
Application number: FR8613143A
Authority: FR
Inventors: Maurice Dumont; Gerard Marie
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-03-25
Also published as: FR2604246B1

Abstract

It consists of an assembly of elements which delimit separate passages for the circulation of two fluids. Passage elements have at least one longitudinal passage for the circulation of the first fluid. They are assembled to form levels of circulation of this first fluid. Intermediate elements 4 are arranged between two neighbouring levels of circulation of the first fluid so as to determine a space for the circulation of the second fluid. Connection means 16, 18 hold, on the one hand, the passage elements 2 mutually in their relative position and, on the other hand, the intermediate elements 4 relative to the passage elements. Sealing means are provided between the passage elements and the intermediate elements.

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR ODULAIRE
DESCRIPTION
L'invention, réalisée dans le cadre de L'accord CEA AFE (6roupement pour la Recherche sur les Echangeurs
Thermiques), concerne un échangeur de chaleur pour assurer un échange thermique entre un premier et un second fluides. Plus particulièrement, l'invention concerne un échangeur pour des fluides présentant une température élevée, constitue d'un assemblage d'éléments qui dé Limitent des passages pour la circulation de ces fluides.ODULAR HEAT EXCHANGER
DESCRIPTION
The invention, carried out within the framework of the CEA AFE agreement (Group for Research on Exchangers
), Concerns a heat exchanger to ensure a heat exchange between a first and a second fluids. More particularly, the invention relates to an exchanger for fluids having a high temperature, consists of an assembly of elements which limit passages for the circulation of these fluids.

On connatt ("High-temperature cerarr.ic recuperator and combustion air burner programs", M. Coombs, D. Kotchick,
N. Strumpf, R. Researche Manufacturing company, Toi tance,
Californie, USA, avril 1982 - Report PB 83-210 427) des échangeurs de chaleur en céramique fonctionnant à contre-courants ou en courants croisés, constitues par un empilement de pieces allongées présentant une section transversale en forme de peigne délimitant des canaux de passage pour La circulation de l'un des fluides. Ce tels éléments sont superposés et une étanchéité est assurée par un ramollissement du matériau, c'est-à-dire la céramique, qui constitue ces éléments.We know ("High-temperature cerarr.ic recuperator and combustion air burner programs", M. Coombs, D. Kotchick,
N. Strumpf, R. Researche Manufacturing company, Toi tance,
California, USA, April 1982 - Report PB 83-210 427) ceramic heat exchangers operating in counter-currents or cross currents, constituted by a stack of elongated pieces having a comb-shaped cross section delimiting passage channels for the circulation of one of the fluids. These elements are superimposed and sealing is provided by a softening of the material, that is to say the ceramic, which constitutes these elements.

Les canaux dans Lesquels circule le second fluide sont parallèles ou perpendiculaires aux canaux dans lesquels circule le premier fluide. Dans ce dernier cas, on a a'faire à un échangeur à courants croisés. The channels in which the second fluid flows are parallel or perpendicular to the channels in which the first fluid flows. In the latter case, we are dealing with a cross-current exchanger.

On conna5t également des échangeurs de chaleur constitués par des briques comportant des canaux creux orientés selon La direction longitudinale de La brique. Ces briques sont juxtaposées pour former une couche ou niveau de circulation de l'un des fluides. On dispose des éLéments intercalaires orientés selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale des briques. Heat exchangers are also known which consist of bricks having hollow channels oriented in the longitudinal direction of the brick. These bricks are juxtaposed to form a layer or level of circulation of one of the fluids. There are intermediate elements oriented in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the bricks.

Afin d'assurer L'étanchéité, qui est indispensable dans tout échangeur de chaleur, entre les fluides primaire et secondaire, les éléments ainsi assemblés sont chauffes jusqu'à une température pour laquelle le matériau constituant les briques se trouve à une température voisine de l'état pâteux afin de souder les différentes éléments entre eux. In order to ensure the seal, which is essential in any heat exchanger, between the primary and secondary fluids, the elements thus assembled are heated to a temperature for which the material constituting the bricks is at a temperature close to l 'pasty state in order to weld the different elements together.

Cependant, L'échangeur de chaleur ainsi constitue est tres fragile. En effet, particulièrement dans un échangeur à courants croisés et à température élevée, il existe une zone située au voisinage de l'entrée des fluides primaire et secondaire où l'écart de température est très élevé, de l'ordre de 1200 C, tandis que dans une zone opposée, l'écart de température entre ces fluides n'est que de 1000C environ. Il en résulte des dilatations différentielles qui s' ajoutent aux chocs thermiques qui se produisent inévitablement au cours du fonctionnement transitoire de l'échangeur. Ces dilatations différentielles et ces chocs thermiques créent des amorces de fissures qui provoquent un défaut d'étanchéité entre les circuits primaire et secondaire de l'échangeur. However, the heat exchanger thus formed is very fragile. Indeed, particularly in a cross-flow exchanger at high temperature, there is a zone located near the inlet of the primary and secondary fluids where the temperature difference is very high, of the order of 1200 C, while that in an opposite zone, the temperature difference between these fluids is only about 1000C. This results in differential expansions which are added to the thermal shocks which inevitably occur during the transient operation of the exchanger. These differential expansions and thermal shocks create cracks which cause a leak between the primary and secondary circuits of the exchanger.

La présente invention a précisément pour objet un échangeur de chaleur constitué par un assemblage d'éléments modulaires pouvant etre réalisés en un matériau tel que la céramique, afin de constituer un échangeur de chaleur à température élevée dans lequel les inconvénients mentionnés cidessus sont évités. En d'autres termes, l'échangeur de l'invention doit présenter une insensibilité aux dilatations différentielles et aux chocs thermiques de manière à supprimer l'apparition de fissures et à permettre une étanchéité parfaite des circuits primaire et secondaire. The present invention specifically relates to a heat exchanger constituted by an assembly of modular elements which can be made of a material such as ceramic, in order to constitute a heat exchanger at high temperature in which the drawbacks mentioned above are avoided. In other words, the exchanger of the invention must be insensitive to differential expansion and thermal shock so as to suppress the appearance of cracks and allow perfect sealing of the primary and secondary circuits.

Ces objectifs sont atteints grâce au fait que
L'échangeur de L'invention comporte : - des éléments de passage présentant au moins un passage
longitudinal pour La circulation du premier fluide, et
assemblés pour former des niveaux de circulation de ce premier
fluide, - des éléments intercalaires disposés entre deux niveaux voisins
de circulation du premier fluide de manière à déterminer un
espace pour la circulation du second fluide, - des moyens de liaison pour assurer d'une part le maintien en
position relative desdits éléments de passage entre eux et
d'autre part le maintien des éléments intercalaires
relativement aux éléments de passage, - des moyens d'étanchéité entre les éléments de passage et les
éléments intercalaires.These objectives are achieved thanks to the fact that
The exchanger of the invention comprises: - passage elements having at least one passage
longitudinal for the circulation of the first fluid, and
assembled to form circulation levels of this first
fluid, - intermediate elements arranged between two neighboring levels
circulation of the first fluid so as to determine a
space for the circulation of the second fluid, - connecting means to ensure on the one hand the maintenance in
relative position of said passage elements between them and
on the other hand the maintenance of the intermediate elements
relative to the passage elements, - sealing means between the passage elements and the
spacer elements.

De préférence, lesdits éléments intercalaires présentent une section en "H" qui détermine deux rainures opposées, ces rainures étant situées chacune en regard d'une face au moins de l'un desdits éléments de passage, un moyen d'étanchéité étant dispose dans chacune desdites rainures pour assurer une étanchéité entre lesdites faces et lesdits éléments intercalaires. Preferably, said intermediate elements have a "H" section which determines two opposite grooves, these grooves being each located opposite one face of at least one of said passage elements, a sealing means being provided in each said grooves to ensure a seal between said faces and said intermediate elements.

De préférence également, lesdits moyens pour maintenir les éléments de passage sont constitués par des queues d'aronde formées selon une direction longitudinale d'un élément et par des rainures présentant un profil de forme complémentaire à celle de la queue d'aronde formée sur un élément de passage voisin d'un même niveau de circulation. Preferably also, said means for holding the passage elements consist of dovetails formed in a longitudinal direction of an element and by grooves having a profile of shape complementary to that of the dovetail formed on a neighboring passage element with the same level of circulation.

Selon une première variante de réalisation, les moyens pour assembler les éléments creux sont constitués par des emboptements en forme de "U" solidaires de l'un des éléments coopérant avec un embortement de forme identique solidaire d'un élément adjacent, nais disposé de manière inversée. Selon une autre variante, ils comprennent en outre des rainures de maintien formées perpendiculairement à une direction longitudinale des queues d'aronde, des rainures complémentaires aux queues d'aronde ou des emboStements en forme de "U", ces rainures étant formées en regard dans deux éléments adjacents pour déterminer les logements, et par des clavettes introduites dans lesdits logements. According to a first alternative embodiment, the means for assembling the hollow elements consist of "U" -shaped sockets secured to one of the elements cooperating with an identical shape of seam secured to an adjacent element, nais arranged so reversed. According to another variant, they further comprise retaining grooves formed perpendicular to a longitudinal direction of the dovetails, complementary grooves to the dovetails or "U" shaped sockets, these grooves being formed facing each other. two adjacent elements to determine the housing, and by keys introduced into said housing.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaStront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un échangeur de chaleur 1ovulaire conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective de deux éléments de passage de l'échangeur représenté sur la figure 1 et d'un élément intercalaire disposé perpendiculairement aux éléments de passage,
- la figure 3 est une représentation en perspective montrant la réalisation d'une étanchéité entre les éléments de passage et les éléments intercalaires.Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent on reading the description which follows of embodiments given purely by way of illustration and in no way limitative with reference to the appended figures in which:
FIG. 1 is an overall perspective view of a 1ovular heat exchanger according to the invention,
FIG. 2 is a perspective view of two passage elements of the exchanger shown in FIG. 1 and of an intermediate element arranged perpendicular to the passage elements,
- Figure 3 is a perspective representation showing the production of a seal between the passage elements and the intermediate elements.

- ta figure 4 est une vue de dessus d'une variante de réalisation de l'échangeur représenté sur la figure 1,
- la figure 5 est une vue de détail de l'extrémité d'un élément intercalaire utilisé dans l'échangeur de la figure 4,
- la figure 6 représente une vue de dessus d'une deuxième variante de l'échangeur de la figure 1 dans laquelle les éLéments de passage sont de forme parallélépipédique,
- la figure 7 est une vue de détail de l'extrémité d'un élément intercalaire utilisé dans L'échangeur représenté sur La figure 6,
- la figure 8 est une première variante de réalisation des moyens de maintien des éléments de passage,
- la figure 9 est une deuxième variante de réalisation des moyens de maintien des éléments de passage,
- la figure 10 est une vue de dessus montrant l'emboStement d'éléments de passage conformes à la variante de la figure 9.FIG. 4 is a top view of an alternative embodiment of the exchanger shown in FIG. 1,
FIG. 5 is a detailed view of the end of an intermediate element used in the exchanger of FIG. 4,
FIG. 6 represents a top view of a second variant of the exchanger of FIG. 1 in which the passage elements are of parallelepiped shape,
FIG. 7 is a detailed view of the end of an intermediate element used in the exchanger shown in FIG. 6,
FIG. 8 is a first alternative embodiment of the means for holding the passage elements,
FIG. 9 is a second alternative embodiment of the means for holding the passage elements,
FIG. 10 is a top view showing the fitting of passage elements in accordance with the variant of FIG. 9.

On a représenté sur la figure 1 une vue en perspective d'un échangeur de chaleur constitué d'éléments nodulaires assemblés de manière à assurer un échange thermique entre deux fluides. Il est essentiellement constitué de deux types d'éléments, à savoir des éléments de passage 2 et des éléments intercalaires 4. FIG. 1 shows a perspective view of a heat exchanger made up of nodular elements assembled so as to ensure heat exchange between two fluids. It essentially consists of two types of elements, namely passage elements 2 and intermediate elements 4.

Chaque élément 2 présente une forme sensiblement identique à celle d'une brique creuse. Il est assemblé avec d'autres éléments de forme et de dimension identiques, ou présentant une longueur réduite de moitié, de manière à pouvoir disposer les éléments en quinconce. Un grand nombre d'éléments de passage 2 disposés dans un meme plan horizontal (plan GOY), constitue un niveau de circulation pour un premier fluide. Des éléments intercalaires tels que 4 sont disposés perpendiculairement à La direction longitudinale des éléments de passage 2.Ils ont pour fonction d'espacer deux niveaux de circulation voisins de manière à déterminer une série de passages pour la circulation d'un second fluide circulant à courants croisés en relation d'échange thermique avec le premier fluide. Each element 2 has a shape substantially identical to that of a hollow brick. It is assembled with other elements of identical shape and size, or having a length reduced by half, so that the elements can be staggered. A large number of passage elements 2 arranged in the same horizontal plane (GOY plane) constitutes a level of circulation for a first fluid. Intermediate elements such as 4 are arranged perpendicular to the longitudinal direction of the passage elements 2. They have the function of spacing two adjacent circulation levels so as to determine a series of passages for the circulation of a second fluid circulating in currents crossed in heat exchange relationship with the first fluid.

Selon la réalisation de la figure 1, les éléments intercalaires 4 sont disposés L'un au bout de l'autre pour former une séparation continue entre deux canaux de circulation adjacents.According to the embodiment of Figure 1, the intermediate elements 4 are arranged one at the end of the other to form a continuous separation between two adjacent circulation channels.

Un élément de passage 2 présente une forme générale allongée, comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 2 et 3. Il est constitué d'une face supérieure 6 et d'une face inférieure 8 rectangulaires, d'une première face latérale 10 et d'une seconde face latérale 12. Les deux faces supérieure et inférieure 6, 8, ainsi que les deux faces latérales 10 et 12 délimitent un volume interne il pour la circulation d'un premier fluide de l'échangeur. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce volume est divisé en plusieurs canaux longitudinaux par des cloisons intermédiaires 14. Toutefois, ces cloisons ne sont pas indispensables. A passage element 2 has a generally elongated shape, as can be seen more particularly in FIGS. 2 and 3. It consists of an upper face 6 and a lower face 8 rectangular, of a first lateral face 10 and a second lateral face 12. The two upper and lower faces 6, 8, as well as the two lateral faces 10 and 12 define an internal volume il for the circulation of a first fluid of the exchanger. In the embodiment shown, this volume is divided into several longitudinal channels by intermediate partitions 14. However, these partitions are not essential.

Des moyens sont prévus pour assembler entre eux deux éléments de passage contigus d'un meme niveau. Ces moyens sont constitués par des queues d'aronde 16 prévues sur la face 10 de
L'élément et par des rainures 18 prévues sur l'autre face latérale 12 de L'élément. Les rainures 18 de la face 12 présentent un contre-profil en creux identique en section au profil des queues d'aronde 16 de La face 10, de manière à pouvoir recevoir les queues d'aronde d'un élement adjacent pratiquement sans jeu.Des saignées 20, réalisées selon une direction perpendiculaire au plan de l'élément 2, c'est-à-dire une direction verticale sur les figures 1 à 3, sont prévues tant sur la face Latérale 10 que sur La face latérale 12 de chaque élément. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures I à 3, chaque élément de passage 2 comporte trois saignées 20 réparties selon la longueur de l'élément, de largeur e, et deux saignées 20', prévues à chacune des extrémités de L'élément, de largeur moitié. Means are provided for joining together two contiguous passage elements of the same level. These means consist of dovetails 16 provided on the face 10 of
The element and by grooves 18 provided on the other side face 12 of the element. The grooves 18 of the face 12 have a hollow counter-profile identical in section to the profile of the dovetails 16 of the face 10, so as to be able to receive the dovetails of an adjacent element practically without play. grooves 20, produced in a direction perpendicular to the plane of the element 2, that is to say a vertical direction in FIGS. 1 to 3, are provided both on the side face 10 and on the side face 12 of each element . In the embodiment shown in Figures I to 3, each passage element 2 has three grooves 20 distributed along the length of the element, of width e, and two grooves 20 ', provided at each end of the element , half width.

Deux éléments identiques sont assemblés l'un à l'autre en introduisant une queue d'aronde 16 de l'un dans la rainure 18 de L'autre élément, et en la faisant glisser à L'intérieur de cette rainure par un mouvement longitudinal d'un élément par rapport à L'autre. Lorsque les saignées de l'un des éléments sont en regard de l'autre élément, elles déterminent des logements à l'intérieur desquels on peut introduire des clavettes 22 qui immobilisent en translation les deux éléments l'un par rapport à l'autre. Two identical elements are assembled to each other by introducing a dovetail 16 of one into the groove 18 of the other element, and by sliding it inside this groove by a longitudinal movement. of one element in relation to the other. When the grooves of one of the elements are opposite the other element, they determine housings inside which one can introduce keys 22 which immobilize in translation the two elements relative to one another.

Les éléments intercalaires 4 présentent également une forme allongée. Ils comportent un profil en H qui délimite deux rainures, respectivement une rainure supérieure 32 et une rainure inférieure 34- (dans la position représentée sur les figures 1 à 3). Des moyens d'étanchéité peuvent être disposés à l'intérieur de chacune des rainures 32 et 34. Cette étanchéité est réalisée par tout oyen approprié, notamment par du mastic, du feutre, etc. Dans l'exemple représenté elle est réalisée par une garniture d'étanchéité constituée par un joint cylindrique déformable 36 représenté à L'état libre dans la rainure 32 et à l'état déformé dans la rainure 34. Le joint est déformé lorsque l'élément intercalaire 4 est serré entre deux faces d'élements de passage faisant partie de deux niveaux d'échange superposes.On realise ainsi une étanchéité entre les canaux de passage du premier et du second fluides. The intermediate elements 4 also have an elongated shape. They have an H-shaped profile which delimits two grooves, respectively an upper groove 32 and a lower groove 34- (in the position shown in Figures 1 to 3). Sealing means can be arranged inside each of the grooves 32 and 34. This sealing is achieved by any suitable means, in particular by putty, felt, etc. In the example shown, it is produced by a seal consisting of a deformable cylindrical seal 36 shown in the free state in the groove 32 and in the deformed state in the groove 34. The seal is deformed when the element interlayer 4 is clamped between two faces of passage elements forming part of two superposed exchange levels. This thus provides a seal between the passage channels of the first and second fluids.

La garniture d'étanchéité 36 est réalisée à partir de matériaux compatibles avec ceux qui constituent les éléments de passage 2 et les éléments intercalaires 4, par exemple du feutre de fibres en céramique à base de matériaux silico-alumineux. The seal 36 is made from materials compatible with those which constitute the passage elements 2 and the intermediate elements 4, for example ceramic fiber felt based on silico-aluminous materials.

Les clavettes 22 sont de préférence enrobées dans un matériau de garniture avant leur insertion dans un logement. Leur longueur est supérieure, selon La direction OZ, à l'épaisseur des éléments de passage 2, de telle sorte qu'clles dépassent audessus de la face supérieure 6 et en-dessous de la face inférieure 8, et s'engagent dans la rainure inférieure 34 d'un élément intercalaire 4 place sur la face superieure 6 et dans la rainure supérieure 32 d'un autre élément intercalaire (non représenté sur les figues 2 et 3) placé contre La face inférieure 8 de l'élément de passage 2 traversé par la clavette 22. De cette manière, les éléments intercalaires sont maintenus par ces clavettes selon la direction longitudinale OX des éléments de passage. The keys 22 are preferably coated in a lining material before their insertion into a housing. Their length is greater, in the direction OZ, than the thickness of the passage elements 2, so that they protrude above the upper face 6 and below the lower face 8, and engage in the groove lower 34 of an intermediate element 4 placed on the upper face 6 and in the upper groove 32 of another intermediate element (not shown in figs 2 and 3) placed against The lower face 8 of the passage element 2 crossed by the key 22. In this way, the intermediate elements are held by these keys in the longitudinal direction OX of the passage elements.

Lorsque les éléments de passage 2 sont disposés en quinconce, chaque élément intercalaire 4 recouvre alternativement un élément de passage 2 et la jonction entre deux éléments de passage consécutifs selon la direction OX. Les rainures 32 et 34, pourvues des garnitures d'étanchéité 36 assurent une étanchéité selon la direction OY autour de la fente située dans le plan VOZ entre la face frontale d'un élément de passage 2 et la face postérieure de l'élément de passage 2 situé dans le prolongement de celui-ci. L'enrobage des clavettes 22 assure également l'étanchéité au second fluide selon la direction OZ. When the passage elements 2 are staggered, each intermediate element 4 alternately covers a passage element 2 and the junction between two consecutive passage elements in the direction OX. The grooves 32 and 34, provided with the seals 36 provide a seal in the direction OY around the slot located in the VOZ plane between the front face of a passage element 2 and the rear face of the passage element 2 located in the extension thereof. The coating of the keys 22 also seals the second fluid in the direction OZ.

L'échangeur qui vient d'entre décrit en référence aux figures 1 à 3 présente L'avantage suivant : la déformation de L'un des éléments qui le constitue n'engendre pas de contraintes pouvant conduire à La rupture de l'échangeur du fait que sa conception permet de petits déplacements relatifs entre ses composants. En effet, la fonction d'étanchéité est indépendante de la fonction de maintien statique des éléments entre eux. Si accidentellement, un élément de passage venait à etre fissuré localement la fissure, et par suite le défaut d'étanchéité en résultant, ne s'étendraient pas aux autres éléments, comme c'est le cas dans les échangeurs de type connu. The exchanger which has just been described with reference to FIGS. 1 to 3 has the following advantage: the deformation of one of the elements which constitutes it does not generate stresses which can lead to the exchanger breaking due to that its design allows small relative displacements between its components. Indeed, the sealing function is independent of the static holding function of the elements between them. If, accidentally, a passage element were to be cracked locally, the crack, and consequently the resulting leakage, would not extend to the other elements, as is the case in exchangers of known type.

On a représenté sur la figure 4 une variante de réalisation de l'échangeur représenté sur les figures 1 à 3. Elle se différencie par le fait que les éléments intercalaires 104 présentent une longueur qui est seulement un peu supérieure à la largeur d'un élément de passage. De ce fait, ils ne recouvrent que la fente comprise entre deux éléments de passage consécutifs, par exemple la fente qui existe entre les éléments 2a et 2b, ou entre les éléments 2b et 2c. Comme on l'a représenté sur la figure 5, à chacune des extrémités des éléments intercalaires 104 sont taillés deux enfourchements 106.Les clavettes 122 qui traversent les éléments de passage 2 sont plus longues que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3 afin de prendre place dans les enfourchements 106 et maintenir en position les éléments intercalaires 104. There is shown in Figure 4 an alternative embodiment of the exchanger shown in Figures 1 to 3. It is distinguished by the fact that the intermediate elements 104 have a length which is only slightly greater than the width of an element of passage. Therefore, they only cover the slot between two consecutive passage elements, for example the slot which exists between the elements 2a and 2b, or between the elements 2b and 2c. As shown in Figure 5, at each end of the intermediate elements 104 are cut two forks 106.The keys 122 which pass through the passage elements 2 are longer than in the embodiment of Figures 1 to 3 so to take place in the forks 106 and maintain in position the intermediate elements 104.

6râpe à ce mode de réalisation, le second fluide peut circuler soit longitudinalement (selon la direction OX) soit transversalement (selon la direction OY). Lorsqu'il circule selon la direction OX, on obtient une circulation à contre-courants. In this embodiment, the second fluid can circulate either longitudinally (in the direction OX) or transversely (in the direction OY). When it circulates in the direction OX, one obtains a circulation against the currents.

Lorsqu'il circule selon OY, la circulation est à courants croisés. L'échangeur ainsi constitué comporte donc une pluralité de sous-canaux avec de nombreux changements de direction et se prete aux échanges thermiques à contre-courants. Contrairement aux échangeurs à plaques traditionnels, l'échangeur des figures 4 et 5 permet un nettoyage des canaux de passage du premier fluide, et par le choix des dimensions respectives des éléments 2 et 4, l'ajustement indépendant des diamètres hydrauliques des canaux de circulation du premier et du second fluides, respectivement.When it circulates according to OY, the circulation is with cross currents. The heat exchanger thus formed therefore comprises a plurality of sub-channels with numerous changes of direction and lends itself to heat exchanges against the currents. Unlike traditional plate exchangers, the exchanger in Figures 4 and 5 allows cleaning of the first fluid passage channels, and by the choice of the respective dimensions of elements 2 and 4, independent adjustment of the hydraulic diameters of the circulation channels first and second fluids, respectively.

On a représenté sur les figures 6 et 7 une seconde variante de réalisation de L'échangeur conforme à l'invention. There is shown in Figures 6 and 7 a second alternative embodiment of the exchanger according to the invention.

Dans ce mode de réalisation, les éléments de passage 202 sont de forme parallélépipédique au lieu d'entre rectangulaire. D'autre part, comme pour le mode de réalisation des figures 4 et 5, les éléments intercalaires 204 ne recouvrent que la fente située entre deux éléments de passage situés dans le prolongement l'un de l'autre. Les clavettes 222 situées à chacune des extrémités des éléments intercalaires 204 sont prévues de longueur plus grande que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, de manière à s'engager dans les fourches 206 prévues dans les éléments intercalaires 222.Etant donné que chaque élément comporte trois saignées de largeur e, et deux saignées de largeur e/2 (de manière à former une fente de largeur totale e lorsqu'il est accolé à un autre élement), un logement sur deux, selon la direction longitudinale OX de L'échangeur, reçoit une clavette 22 de longueur identique à celles du mode de réalisation des figures 1 à 3.In this embodiment, the passage elements 202 are of parallelepiped shape instead of rectangular. On the other hand, as for the embodiment of Figures 4 and 5, the intermediate elements 204 only cover the slot located between two passage elements located in the extension of one another. The keys 222 located at each end of the intermediate elements 204 are provided with a greater length than in the embodiment of FIGS. 1 to 3, so as to engage in the forks 206 provided in the intermediate elements 222. each element comprises three grooves of width e, and two grooves of width e / 2 (so as to form a slit of total width e when it is attached to another element), a housing in two, in the longitudinal direction OX of The exchanger receives a key 22 of length identical to those of the embodiment of FIGS. 1 to 3.

Sur la figure 6, on a schématisé par des flèches 208 le sens de passage du premier fluide et par des flèches 210 le sens de passage du second fluide. On remarque que l'orientation des éléments intercalaires 204 produit des turbulences de ce fluide qui améliorent le coefficient d'échange thermique avec le premier fluide. In Figure 6, there is shown diagrammatically by arrows 208 the direction of passage of the first fluid and by arrows 210 the direction of passage of the second fluid. It is noted that the orientation of the intermediate elements 204 produces turbulence of this fluid which improves the coefficient of heat exchange with the first fluid.

La réalisation des pièces 2, 4, 102, 104, 22, 222 est faite à partir de matériaux céramiques tels que le carbure de silicium, Le nitrure de silicium et les alumino-silicates. The production of parts 2, 4, 102, 104, 22, 222 is made from ceramic materials such as silicon carbide, silicon nitride and alumino-silicates.

On a représenté sur la figure 8 une variante de réalisation qui permet le maintien des éléments de passage 2 l'un par rapport à l'autre. Ces moyens sont constitués par des embotements 40 en forme de U prévus sur l'une des faces laterales, par exemple la face 10, de l'élément de passage 2. There is shown in Figure 8 an alternative embodiment which allows the maintenance of the passage elements 2 relative to each other. These means consist of U-shaped embeddings 40 provided on one of the lateral faces, for example the face 10, of the passage element 2.

Comme on peut le voir sur la figure 8, les emboStements 40 prévus sur la face 10 présentent un profil en U dont l'ouverture est dirigée vers Le bas. Au contraire, des emboStements 42, prévus sur la face en regard de L'élément de passage 2 voisin, à savoir
La face Latérale 12, présentent un profil en U dont l'ouverture est dirigée vers Le haut. On peut donc embosser les profils 42 à l'intérieur des profiLs 40 de manière à retenir les éléments l'un par rapport à L'autre selon la direction transversale OY des éléments de passage.De manière identique à ce qui a été decrit en réference aux figures 1 à 3, on a prévu des saignées 20 dans lesquelles viennent se loger des clavettes 22 (non représentées sur la figure 8) qui assurent le maintien des éléments selon la direction longitudinale OX de l'échangeur. Sien entendu, les éléments de passage peuvent astre disposés en quinconce, comme représenté sur la figure 8 ou encore de manière que leurs faces anterieure et postérieure se trouvent dans l'alignement les unes des autres.As can be seen in Figure 8, the sockets 40 provided on the face 10 have a U-shaped profile whose opening is directed downwards. On the contrary, sockets 42, provided on the face opposite the neighboring passage element 2, namely
The side face 12, have a U-shaped profile whose opening is directed upwards. It is therefore possible to emboss the profiles 42 inside the profiles 40 so as to retain the elements one with respect to the other in the transverse direction OY of the passage elements. In a manner identical to that which has been described in reference in Figures 1 to 3, there are provided grooves 20 in which are housed keys 22 (not shown in Figure 8) which maintain the elements in the longitudinal direction OX of the exchanger. Of course, the passage elements can be arranged in staggered rows, as shown in FIG. 8 or else so that their anterior and posterior faces are in alignment with one another.

On a représenté sur la figure 9 une autre variante de réalisation des moyens permettant d'assurer le maintien des éléments de passage de l'un par rapport à l'autre. Ces moyens sont constitués par des queues d'aronde 60 orientées selon la direction OZ, c'est-à-dire perpendiculairement au plan des éléments de passage. Des enbortements de profil, correspondant à la section transversale des queues d'aronde 60, sont réalisés sur l'autre face laterale de l'élément, à savoir la face 12, afin de recevoir les queues d'aronde 60. On remarque que, dans ce mode de réalisation, les queues d'aronde 60 engagées dans les emboStements 62 assurent en meme temps le maintien des éléments de passage 2 selon leur direction longitudinale.Il est donc nécessaire de prévoir des clavettes, telles que 22, seulement au niveau de la jonction des faces antérieure et postérieure des éléments de passage puisqu'elles n'assurent alors qu'une fonction d'étanchéité. FIG. 9 shows another alternative embodiment of the means making it possible to maintain the passage elements of one relative to the other. These means consist of dovetails 60 oriented in the direction OZ, that is to say perpendicular to the plane of the passage elements. Profile abutments, corresponding to the cross section of the dovetails 60, are produced on the other lateral face of the element, namely the face 12, in order to receive the dovetails 60. It is noted that, in this embodiment, the dovetails 60 engaged in the sockets 62 at the same time maintain the passage elements 2 in their longitudinal direction. It is therefore necessary to provide keys, such as 22, only at the level of the junction of the front and rear faces of the passage elements since they then only provide a sealing function.

Lorsque les éléments de passage 2 sont disposés en quinconce, comme représenté sur la figure 9, deux demi-logements prévus aux extremités de l'élément reçoivent une clavette 22, la clavette et les deux demi-queues d'aronde viennent se loger à
L'intérieur de l'emboStement 62 de L'élément situé en regard. La clavette assure ainsi seulement une fonction d'étanchéité.When the passage elements 2 are staggered, as shown in FIG. 9, two half-housings provided at the ends of the element receive a key 22, the key and the two half dovetails come to be housed at
The interior of the socket 62 of the element located opposite. The key thus ensures only a sealing function.

On a représenté sur la figure 10 une vue de dessus de l'embotement de trois éléments de passage comportant des moyens de maintien conformes au mode de réaLisation de la figure 9. Les deux saignées verticales de Largeur e/2 pratiquées à chacune des extrémités des éléments 1OZa et 102b forment, ensemble, un logement de largeur e dans leQueL La clavette 22 vient se Loger. FIG. 10 shows a top view of the embedding of three passage elements comprising holding means in accordance with the embodiment of FIG. 9. The two vertical grooves of width e / 2 made at each end of the 1OZa and 102b elements together form a housing of width e in the QL The key 22 is housed.

L'ensemble forné par les deux demi-queues d'aronde des éléments 102a et 102b et la clavette 22 vient se loger dans une rainure placée en regard de l'élément 20. Bien entendu, les modes de maintien décrits en référence aux figures 8 d'une part, 9 et 10 d'autre part peuvent s'appliquer à l'un quelconque des modes de réalisation de L'invention. The assembly formed by the two half-dovetails of the elements 102a and 102b and the key 22 is housed in a groove placed opposite the element 20. Of course, the methods of holding described with reference to FIGS. 8 on the one hand, 9 and 10 on the other hand can be applied to any of the embodiments of the invention.

Claims

1. Heat exchanger to ensure heat exchange between first and second fluids, consisting of an assembly of elements (2, 4) which delimit separate passages for the circulation of said first and second fluids, characterized in that it comprises: - passage elements (2) having at least one passage

longitudinal (11) for the circulation of the first fluid, and

assembled to form circulation levels of this first

fluid, - intermediate elements (4) arranged between two levels

neighbors of circulation of the first fluid so as to

determine a space for the circulation of the second fluid, - connecting means (16, 18, 40, 42, 60, 62) to ensure

on the one hand the maintenance in relative position of said elements of

passage between them and secondly maintaining the elements

spacers relative to the passage elements, - sealing means (36) between the passage elements and

the intermediate elements.

2. Exchanger according to claim 1, characterized in that said intermediate elements (4) have a "H" section which determines two opposite grooves (32, 34), these grooves being located each opposite at least one face of one of said passage elements, a sealing means (36) being disposed in each of said grooves to ensure a seal between said faces and said intermediate elements.

3. Exchanger according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said means for holding the passage elements consist of dovetails (16) formed in a longitudinal direction of an element and by grooves (18) having a profit in a shape complementary to that of the dovetail (16> formed on a neighboring passage element of the same level of circulation.

4. Exchanging according to any one of claims I and 2, characterized in that the means for assembling the hollow elements consist of embeddings (40) in the form of "U" secured to one of the elements cooperating with interlockings (42) of identical shape integral with an adjacent element, but arranged in an inverted manner.

5. hollow element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the assembly means consist of dovetails (60) oriented in a direction OZ, perpendicular to the plane of the passage elements, by profile sockets (62) corresponding to the cross section of the dovetails (60).

6. Exchanger according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the means for holding the hollow elements further comprise retaining grooves (20, 20 ') formed perpendicular to the plane of the element to determine the housings , and by keys (22) introduced into said housings.

7. Exchanger according to claim 6, characterized in that each key (22, 122, 222) is coated in a packing material.

8. Exchanger according to one of claims 6 and 7, characterized in that each key (22) has a height which is greater than the dimension of the hollow elements in the direction of the retaining grooves so as to enter a slot (32 , 34) of an intermediate element.

9. Exchanger according to any one of claims 1 to 8, in which said passage elements (22) consist of parallelepipeds comprising an upper face (6), a lower face (8), a front end face and a face rear front, first and second side faces (10, 12), said means for assembling two elements and the retaining grooves (20, 20 ') being provided on said side faces (10, 12).

10. Exchanger according to the preceding claim, wherein the parallelepiped is rectangle.

He. Hollow element for a heat exchanger according to any one of Claims 1 to 10, characterized in that it has the shape of a parallelepiped comprising an upper face, a lower face, a front front face and a rear front face and two lateral faces, assembly means being provided on each of said lateral faces.

12. Hollow element according to the preceding claim, characterized in that the assembly means consist of dovetails formed on one side face (10) and by grooves of complementary shape formed on the other side face (12 ).

13. hollow element according to any one of claims 11 and 12, characterized in that the assembly means are constituted by fittings in the shape of "U".

14. Hollow element according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the parallelepiped is rectangle.