FR2775066A1 - Plate for heat exchanger bank, providing cooling for machine tools and reaction vessels - Google Patents

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Abstract

The plate has a corrugated or grooved profile and is stacked with other plates to provide alternate passages for a working fluid and a refrigerant fluid. A number of tubes (4) may be inserted in the plate to carry the working fluid or the refrigerant. These tubes may have differing cross-section. An electric heating element (3) may be embedded in the plate.

Description

Plaque destinée à former un échangeur
et procédé d'utilisation
La présente invention a pour objet divers perfectionnements aux dispositifs de régulation thermique et fluide en circulation utilisés généralement pour réguler la température de divers outillages ou réacteurs. Ces dispositifs de régulation agissent par circulation forcée d'un fluide caloporteur dont la température peut être augmentée au moyen de résistances électriques chauffantes, ou diminuée au moyen d'un second fluide froid circulant dans un échangeur, llensemble comportant divers dispositifs pour commander et obtenir la température désirée du fluide assurant la régulation thermique. Ces dispositifs comportent généralement un empilement de plaques ondulées ou nervurées définissant au moyen de joints disposés entre lesdites plaques, des circuits alternés de fluide caloporteur ou réfrigérant, une résistance électrique de chauffage étant, en outre, interposée entre les deux circuits, noyée par exemple dans la matière formant la plaque nervurée, cette matière pouvant être, soit de la céramique, soit de la matière conductrice, comme décrit dans le document EP 0586677 (J. BUCAILLE).Plate intended to form an exchanger
and method of use
The present invention relates to various improvements to the thermal and fluid regulation devices in circulation generally used to regulate the temperature of various tools or reactors. These regulating devices act by forced circulation of a heat-transfer fluid, the temperature of which can be increased by means of electric heating resistances, or decreased by means of a second cold fluid circulating in an exchanger, the assembly comprising various devices for controlling and obtaining the desired temperature of the fluid ensuring thermal regulation. These devices generally comprise a stack of corrugated or ribbed plates defining, by means of seals arranged between said plates, alternating circuits of coolant or coolant, an electrical heating resistance being, moreover, interposed between the two circuits, embedded for example in the material forming the ribbed plate, this material possibly being either ceramic or conductive material, as described in document EP 0586677 (J. BUCAILLE).

La présente invention a pour objet divers perfectionnements concernant la réalisation des plaques ondulées ou nervurées formant l'échangeur dans une version épaisse permettant ainsi leur utiiisation dans de multiples applications industrielles. The present invention relates to various improvements relating to the production of corrugated or ribbed plates forming the exchanger in a thick version thus allowing their use in multiple industrial applications.

Une première caractéristique de l'invention consiste à insérer dans l'épaisseur de la plaque nervurée un ou plusieurs tubes métalliques dans lesquels passeront un ou des fluides. La pression des fluides circulant dans ces tubes peut être très supérieure à la pression admissible dans les circuits de fluide circulant entre les plaques lorsqu'elles sont empilées pour former un échangeur, par exemple, plusieurs centaines de bars. A first characteristic of the invention consists in inserting into the thickness of the ribbed plate one or more metal tubes through which one or more fluids will pass. The pressure of the fluids circulating in these tubes can be much higher than the admissible pressure in the fluid circuits circulating between the plates when they are stacked to form an exchanger, for example, several hundred bars.

Une résistance électrique peut remplacer l'un des tubes.An electrical resistance can replace one of the tubes.

Les figures la et I b représentent schématiquement, vue en plan et en élévation, une plaque ondulée ou nervurée 1, montrant les orifices 2 de passage du fluide caloporteur; dans l'épaisseur de la plaque 1 sont disposés un tube 4 et une résistance électrique 3; dans cette réalisation, on a inséré un tube métallique 4, mais bien entendu la forme du circuit représenté sur la figure la peut varier; on peut, par exemple entremêler plusieurs tubes 4 ou mixer tubes 4 et résistances 3. Des orifices 21 peuvent, soit servir au passage d'un deuxième fluide caloporteur ou d'un fluide de refroidissement ou être supprimés. Sur la figure Ic, on a représenté une plaque nervurée 1 vue en plan, dont le circuit de refroidissement est constitué d'un tube d'entrée 5 et d'un tube de sortie 6 reliés entre eux par un faisceau de tubes 7. Les tubes 5, 6 et 7 pouvant être des sections différentes. Le perfectionnement ci-dessus est particulièrement intéressant , pour les dispositifs de circulation à haute pression ou pour constituer des évaporateurs frigorifiques. Figures la and I b schematically represent, in plan view and in elevation, a corrugated or ribbed plate 1, showing the orifices 2 for the passage of the heat transfer fluid; in the thickness of the plate 1 are arranged a tube 4 and an electrical resistance 3; in this embodiment, a metal tube 4 has been inserted, but of course the shape of the circuit shown in Figure la may vary; it is possible, for example, to intertwine several tubes 4 or to mix tubes 4 and resistors 3. Ports 21 can either be used for the passage of a second heat-transfer fluid or a cooling fluid or be eliminated. FIG. 1c shows a ribbed plate 1 in plan view, the cooling circuit of which consists of an inlet tube 5 and an outlet tube 6 connected together by a bundle of tubes 7. The tubes 5, 6 and 7 can be different sections. The above improvement is particularly interesting, for high pressure circulation devices or to constitute refrigeration evaporators.

Un autre perfectionnement de la plaque ondulée ou nervurée 1, selon l'invention est caractérisé en ce que l'on dispose, sur sa périphérie, une autre plaque 8 portant des éléments 9 dont on désire stabiliser la température, comme représenté sur les figures 2a en plan, et 2b en élévation. Another improvement of the corrugated or ribbed plate 1, according to the invention is characterized in that there is, on its periphery, another plate 8 carrying elements 9 of which it is desired to stabilize the temperature, as shown in FIGS. 2a in plan, and 2b in elevation.

La transmission de la chaleur entre les plaques 1 et 8 est réalisée au moyen de cartouches thermoconductrices 10. Un circuit de fluide régulant la température de la plaque 1 passe par les orifices 2. On peut également disposer plusieurs plaques 8 sur la périphérie de la plaque 1. The heat transmission between the plates 1 and 8 is carried out by means of thermoconductive cartridges 10. A fluid circuit regulating the temperature of the plate 1 passes through the orifices 2. It is also possible to have several plates 8 on the periphery of the plate 1.

Cette réalisation est particulièrement intéressante pour le refroidissement de composants électroniques ou de supra conducteurs. This embodiment is particularly advantageous for cooling electronic components or superconductors.

Dans le cas où les éléments à refroidir sont suffisamment petits, ils peuvent être directement intégrés à l'intérieur de la plaque 1. If the elements to be cooled are sufficiently small, they can be directly integrated inside the plate 1.

Un autre perfectionnement de l'invention a pour objet le chauffage de la plaque ondulée ou nervurée 1. Dans le document cité dans le préambule, la plaque ondulée ou nervurée 1 est chauffée par un courant électrique passant dans une résistance électrique. Le perfectionnement, représenté par les figures 3a et 3b consiste à chauffer la plaque 1 au moyen d'un gaz combustible. Another improvement of the invention relates to the heating of the corrugated or ribbed plate 1. In the document cited in the preamble, the corrugated or ribbed plate 1 is heated by an electric current passing through an electrical resistance. The improvement, represented by FIGS. 3a and 3b, consists in heating the plate 1 by means of a combustible gas.

La plaque i est, en conséquence, percée d'orifices 11 qui la traversent de part en part, ayant une section appropriée et des ailettes 12 assurant une bonne répartition de la chaleur. Une chambre de combustion 13 munie d'un brûleur 14 oriente le gaz en combustion dans les orifices 11.The plate i is, consequently, pierced with orifices 11 which pass right through it, having an appropriate section and fins 12 ensuring good distribution of the heat. A combustion chamber 13 provided with a burner 14 directs the gas in combustion in the orifices 11.

Un perfectionnement de l'invention a également pour objet un dispositif pour purger le circuit fluide. Dans cette réalisation représentée sur les figures 4a et 4b, la plaque I est placée verticalement, un trou taraudé 15 étant pratiqué dans l'épaisseur de la plaque au-dessous de l'orifice 2 de passage de fluide, dans le trou taraudé 15 un purgeur manuel ou automatique (non représenté) peut être fixé. Le fluide circulant dans le circuit 2 peut être, soit un fluide caloporteur, soit un fluide de refroidissement mais aussi un circuit d'air comprimé qu'il convient de purger de l'eau et de l'huile qui y sont mélangés ou encore d'un circuit de vapeur que l'on souhaite condenser. Dans ces applications, chaque plaque 1 composant-échangeur comporte un trou taraudé 15.  An improvement of the invention also relates to a device for purging the fluid circuit. In this embodiment shown in Figures 4a and 4b, the plate I is placed vertically, a tapped hole 15 being made in the thickness of the plate below the orifice 2 for passage of fluid, in the tapped hole 15 a manual or automatic air vent (not shown) can be attached. The fluid circulating in the circuit 2 can be either a heat transfer fluid or a cooling fluid but also a compressed air circuit which should be purged of water and oil which are mixed therein or else d '' a steam circuit that you want to condense. In these applications, each plate 1 component-exchanger has a threaded hole 15.

Une autre amélioration concerne l'alimentation d'un échangeur au moyen d'une entrée et d'une sortie latérales comme représenté sur les figures 5a et 5b. Another improvement concerns the supply of an exchanger by means of a lateral inlet and outlet as shown in FIGS. 5a and 5b.

Dans cette réalisation, la plaque ondulée ou nervurée 1 est pourvue en face de chaque orifice 2 d'un appendice 17 percé d'un canal 18 débouchant dans l'orifice 2. In this embodiment, the corrugated or ribbed plate 1 is provided opposite each orifice 2 with an appendage 17 pierced with a channel 18 opening into the orifice 2.

Un autre perfectionnement de l'invention représenté sur les figures 6a et 6b consiste à insérer ou incruster dans la plaque ondulée ou nervurée 1 des éléments 20 constitués par une matière poreuse, permettant un contact et un mélange des fluides circulant dans les circuits 2 et 21 sur chacune des faces de la plaque 1, une différence de pression entre les deux fluides favorisant la diffusion d'un des fluides dans l'autre. Another improvement of the invention shown in FIGS. 6a and 6b consists in inserting or embedding in the corrugated or ribbed plate 1 elements 20 constituted by a porous material, allowing contact and mixing of the fluids circulating in the circuits 2 and 21 on each of the faces of the plate 1, a pressure difference between the two fluids promoting the diffusion of one of the fluids in the other.

Cette réalisation peut être utilisée pour le traitement de produits chimiques, le traitement de l'eau ou la dialyse. This embodiment can be used for the treatment of chemicals, water treatment or dialysis.

Un autre perfectionnement a pour objet de transformer un échangeur à plaques en accumulateur électrique. Les figures 7a et 7b montrent une plaque ondulée ou nervurée 1 fabriquée en un matériau conducteur de l'électricité dans laquelle sont incrustés des éléments 23 constitués d'une matière destinée à la construction d'accumulateurs électriques, du plomb, par exemple.  Another improvement aims to transform a plate heat exchanger into an electric accumulator. Figures 7a and 7b show a corrugated or ribbed plate 1 made of an electrically conductive material in which are embedded elements 23 made of a material intended for the construction of electric accumulators, lead, for example.

Une plaque 1 reçoit des éléments 23 de signe positif, une autre plaque 1 recevant des éléments 23 de signe négatif lesdits éléments 23 pouvant être en différentes matières selon leur polarité. A plate 1 receives elements 23 of positive sign, another plate 1 receiving elements 23 of negative sign, said elements 23 possibly being of different materials according to their polarity.

Ces plaques sont ensuite empilées, avec le même type de joints isolants qu'un échangeur, en alternant une plaque avec éléments positifs et une plaque avec éléments négatifs. Dans ce cas, le fluide circulant entre les plaques est un électrolyte régulé en température dans un système extérieur à l'invention. Le rôle de ce fluide, outre son rôle d'électrolyte, est de contrôler la température interne de l'accumulateur électrique ainsi constitué. These plates are then stacked, with the same type of insulating joints as an exchanger, alternating a plate with positive elements and a plate with negative elements. In this case, the fluid circulating between the plates is an electrolyte regulated in temperature in a system external to the invention. The role of this fluid, in addition to its role of electrolyte, is to control the internal temperature of the electric accumulator thus constituted.

Une des caractéristiques de ce perfectionnement consiste à faire circuler entre les plaques ondulées ou nervurées 1 un fluide servant d'électrolyte dans un circuit pouvant comporter une pompe, un filtre, une ventilation des gaz émis, une régulation de température. One of the characteristics of this improvement consists in circulating between the corrugated or ribbed plates 1 a fluid serving as electrolyte in a circuit which may include a pump, a filter, a ventilation of the emitted gases, a temperature regulation.

Un dernier perfectionnement représenté sur les figures 8a et 8b consiste à usiner au moins une face 24 de la plaque 1, cette face usinée 24 restant à l'extérieur de l'échangeur et servant à y fixer des éléments dont on souhaite réguler la température. Ladite face 24 peut être plane ou usinée de manière à épouser l'élément à refroidir.  A final improvement shown in FIGS. 8a and 8b consists in machining at least one face 24 of the plate 1, this machined face 24 remaining outside of the exchanger and serving to fix elements of which it is desired to regulate the temperature. Said face 24 can be flat or machined so as to match the element to be cooled.

Claims (12)

éléments. elements. son épaisseur est suffisante pour pouvoir y insérer certains its thickness is sufficient to be able to insert certain caloporteur et de fluide réfrigérant caractérisée en ce que coolant and coolant characterized in that afin de réaliser des circuits de circulation alternés de fluide in order to produce alternating fluid circulation circuits thermique, par empilement, avec interpositions de joints, thermal, by stacking, with interposition of seals, échangeur de chaleur pour dispositif de régulation heat exchanger for regulating device - REVENDICATIONS 1. Plaque ondulée ou nervurée épaisse destinée à former un - CLAIMS 1. Thick corrugated or ribbed plate intended to form a 2. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que2. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that l'on insère dans l'épaisseur de ladite plaque (1 ) un ou is inserted into the thickness of said plate (1) one or plusieurs tubes (4) dans lesquels circulent des fluides several tubes (4) in which fluids circulate caloporteur ou réfrigérant. coolant or coolant. 3. Plaque ondulée ou nervurée selon 2 caractérisée en ce que3. Corrugated or ribbed plate according to 2, characterized in that les tubes ( & 6) dans lesquels circule un fluide sont reliés par the tubes (& 6) in which a fluid circulates are connected by un faisceau de tubes (7) de sections différentes (FIG. Ic). a bundle of tubes (7) of different sections (FIG. Ic). 4. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que4. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that des éléments (8 et 9) fixés sur l'extérieur de ladite plaque elements (8 and 9) fixed on the outside of said plate (1) sont régulés en température par conduction (FIG. 2a  (1) are regulated in temperature by conduction (FIG. 2a 2b).  2b). 5. Plaque ondulée ou nervurée selon 4 caractérisée en que5. Corrugated or ribbed plate according to 4 characterized in that l'échange de chaleur entre la plaque (1) et les éléments (8 the heat exchange between the plate (1) and the elements (8 et 9) est favorisé par l'insertion de cartouches and 9) is favored by the insertion of cartridges thermoconductrices (10) entre lesdites plaques et thermally conductive (10) between said plates and éléments). (FIG. 2a - 2b). elements). (FIG. 2a - 2b). 6. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que6. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that l'on dispose des éléments dans l'épaisseur de ladite plaque we have elements in the thickness of said plate pour en réguler la température. to regulate the temperature. 7. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que7. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that le chauffage de ladite plaque est obtenu au moyen d'un gaz the heating of said plate is obtained by means of a gas combustible enflammé passant dans des orifices (11 ) munis ignited fuel passing through orifices (11) provided d'ailettes (12) traversant la largeur de la plaque (1). (FlG-3a fins (12) crossing the width of the plate (1). (FlG-3a 3b). 3b). 8. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce8. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in qu'un orifice (15) est pratiqué entre le passage du fluide (2) that an orifice (15) is made between the passage of the fluid (2) ce et l'extérieur afin de permettre la vidange de l'échangeur, this and the outside in order to allow the emptying of the exchanger, celui-ci étant fermé. (FlG.4a-4b). this one being closed. (FlG.4a-4b). 9. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que9. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that l'entrée et/ou la sortie des fluides se font latéralement (FIG. the inlet and / or outlet of the fluids are made laterally (FIG. 5a-5b). 5a-5b). 10. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que10. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that l'on incruste dans ladite plaque (1) des éléments (20) en  elements (20) are embedded in said plate (1) matière poreuse permettant un contact et un mélange des porous material allowing contact and mixing of fluides circulant de part et d'autre des deux faces de la fluids flowing on both sides of the two faces of the plaque (1), une différence de pression favorisant le passage plate (1), a pressure difference favoring the passage d'une face vers l'autre (FIG. 6a-6b). from one side to the other (FIG. 6a-6b). 11. Plaque ondulée ou nervurée selon 1 caractérisée en ce que11. Corrugated or ribbed plate according to 1, characterized in that ladite plaque 1 constituée d'un matériau conducteur de said plate 1 made of a conductive material of I'électricité est incrustée d'éléments (23) en matière propre à The electricity is encrusted with elements (23) of material specific to servir d'accumulateur électrique, de manière à constituer, serve as an electric accumulator, so as to constitute, après empilement de plaques positives et négatives, un after stacking positive and negative plates, a accumulateur électrique, le fluide circulant entre les plaques electric accumulator, the fluid circulating between the plates étant un électrolyte (FIG. 7a). being an electrolyte (FIG. 7a). 12. Plaque ondulée ou nervurée (1) selon 1, caractérisée en ce12. Corrugated or ribbed plate (1) according to 1, characterized in qu'une face (24) au moins de ladite plaque est usinée pour that at least one face (24) of said plate is machined to épouser la surface de l'élément à refroidir. (FIG. 8a-8b).  marry the surface of the element to be cooled. (FIG. 8a-8b).
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