FR2834783A1 - Ailette d'echange thermique, son procede de fabrication et echangeur de chaleur correspondant - Google Patents
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Abstract
Cette ailette-entretoise d'échange thermique est destinée à être disposée en sandwich entre deux plaques qui délimitent un passage de condensation d'un échangeur de chaleur à plaques brasées. L'ailette-entretoise comprend un produit ondulé ayant des jambes d'onde (30) qui, à l'état monté, délimitent des canaux d'écoulement d'un gaz à condenser. L'ailette (20) comporte au moins une rigole de drainage (36A, 36B) de liquide condensé sur ces jambes d'onde (30) et des organes de déviation (38) adaptés pour drainer vers au moins un bord latéral des jambes d'ondes (30) le liquide. Application aux échangeurs de chaleur principaux des doubles colonnes de distillation d'air.
Description
collerette (301) de la partie centrale (210).
La présente invention est relative à une ailette-entretoise d'échange
thermique destinée à être disposée en sandwich entre deux plaques qui délimi-
tent un passage de condensation d'un échangeur de chaleur à plaques brasées, du type comprenant un produit ondulé, notamment à ondulation à section rec tangulaire, ayant des jambes d'onde qui, à l'état monté, délimitent des canaux
d'écoulement d'un gaz à condenser au moins partiellement.
L'invention s'applique en particulier aux vaporiseurs-condenseurs princi-
paux des doubles colonnes de distillation d'air, qui vaporisent de l'oxygène li-
quide par condensation d'azote gazeux.
o Ces vaporiseurs-condenseurs fonctionnent par exemple en thermosi phon. Les vaporiseurs-condenseurs fonctionnant en thermosiphon compren nent un corps d'échangeur, qui est plus ou moins complètement immergé dans un bain d'oxygène liquide. Le corps d'échangeur est constitué d'un empilement l5 de plaques rectangulaires verticales, d'ondes-entretoises comprenant des ondes d'échange thermique, et de barres de fermeture, qui délimitent une pluralité de premiers passages et une pluralité de secondes passages. Les premiers passa ges sont des passages de condensation pour un fluide calorigène. Les seconds passages sont des passages de vaporisation pour un fluide frigorigène, ouverts vers le haut et vers le bas et munis d'ailettes à ondes-entretoises à direction principale verticale. Le corps d'échangeur comporte en outre des bo^'tes d'entrée et de sortie de fluide calorigène qui coiffent des rangées de fenêtres d'entrée et de sortie débouchant dans les premiers passages. L'oxygène liquide pénètre par le bas dans les seconds passages, y est réchauffé jusqu'à son point de bulle
pUiS est vaporisé partiellement.
De l'azote gazeux pénètre par le haut dans les premiers passages, cède
de la chaleur à l'oxygène circulant dans les seconds passages et est condensé.
En conséquence, un film d'azote liquide s'établit sur la surface de l'ailette et
s'écoule vers le bas. L'écoulement est dit en << film ruisselant >.
so La résistance au transfert de chaleur, en condensation en film ruisselant, est sensiblement proportionnelle à l'épaisseur du film liquide. Etant donné que la résistance varie en puissance 1/3 du débit, celle-ci augmente rapidement aux emplacements de condensation de l'azote et diminue ainsi la capacité de trans
fert de chaleur entre l'azote gazeux et l'ailette.
L'invention a pour but de proposer une ailette d'échange thermique pour
un passage de condensation qui ait une capacité d'échange thermique augmen-
tée. A cet effet, I'invention a pour objet une ailette-entretoise d'échange ther s mique du type précité, caractérisée en ce que l'ailetteentretoise comporte au moins une rigole de drainage de liquide condensé sur les jambes d'onde,
s'étendant suivant un bord latéral de la jambe d'onde, et des organes de dévia-
tion disposés sur la jambe d'onde et adaptés pour dévier du liquide condensé
vers cette rigole de drainage.
o L'ailette-entretoise suivant l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combi naisons techniquement possibles: - les organes de déviation de chaque jambe d'onde sont adaptés pour drainer le liquide vers un seul bord latéral de la jambe d'onde, et les organes de
s déviation de deux jambes d'onde successives sont adaptés pour drainer le li-
quide vers deux bords latéraux opposés; - les organes de déviation sont adaptés pour drainer vers les deux bords latéraux le liquide condensé sur chacune des jambes d'onde; - toute la hauteur des jambes d'onde à l'exception des zones asso o ciées à une rigole de drainage porte des organes de déviation; - I'ailette-entretoise comprend des bases d'onde et des sommets
d'onde, et les organes de déviation comprennent des premiers et seconds orga-
nes dont les premiers sont inclinés vers une rigole associée à la base d'onde et dont les seconds sont inclinés vers une rigole associée au sommet d'onde; s - les organes de deux jambes d'onde successifs sont constitués uni quement de premiers organes sur l'une des deux jambes d'onde et uniquement de seconds organes sur l'autre de ces deux jambes d'onde;
- chaque jambe d'onde comprend un premier groupe de premiers or-
ganes successifs et u n second g roupe constitué de seconds organes success ifs, o les premiers et les seconds organes s'étendant chacun sur sensiblement toute la hauteur des jambes d'onde; - lesdits premiers et lesdits seconds organes sont symétriques par rapport à la ligne médiane de la jambe d'onde; - lesdits premiers organes sont décalés par rapport auxdits seconds
organes, suivant le sens général d'écoulement de liquide, notamment de la moi-
tié de la distance entre deux premiers ou deux seconds organes successifs; - lesdits premiers et seconds organes se trouvent en vis-à-vis de côté s et de l'autre de la ligne médiane, notamment en formant un chevron; - à l'état déplié de l'ailette-entretoise, les organes de déviation des jambes d'onde forment des rangées s'étendant parallèlement à un bord de l'ailette-entretoise et perpendiculairement aux bords de jambes d'onde, et les organes de déviation d'une rangée sont identiques; o - les organes de déviation présentent un bord d'attaque et un bord de fuite, et au moins le bord d'attaque et de préférence le bord d'attaque et le bord de fuite sont en tout point inclinés et dirigés vers la rigole de drainage associée; les organes de déviation comprennent une fente qui est ménagée dans la jambe d'onde; s - les organes de déviation comprennent une partie en saillie sur la sur face de la jambe d'onde ou en retrait par rapport à la surface de la jambe d'onde, notamment une partie emboutie;
- chaque canal d'écoulement de gaz comporte sur les deux faces laté-
rales constituées de jambes d'onde des parties uniquement en saillie ou sur les o deux faces latérales des parties uniquement en retrait par rapport aux surfaces de ces jambes d'onde;
- deux organes de déviation successifs sur une jambe d'onde sont dis-
tants l'un de l'autre, dans ledit sens général d'écoulement de liquide, d'une dis-
tance inférieure à 5 cm, de préférence inférieure à 20 mm; s - la rigole de drainage comprend un ruban de matière continu de la jambe d'onde adjacente aux organes de déviation et un ruban de matière continu du sommet d'onde ou de la base d'onde adjacent à la jambe d'onde; - le sens général d'écoulement de liquide est sensiblement identique au sens d'écoulement général de fluide dans les canaux d'écoulement de gaz; o I'ailette-entretoise comprend des ondulations à décalage partiel, et en ce que les distances entre deux décalages successifs ont une longueur d'au moins 3 mm et de préférence d'au moins 1 cm; et - I'ailette- entretoise comprend au moins deux parties d'ailette dont chacune présente une capacité de drainage différente, et en ce que la capacité de drainage d'une partie d'ailette à la partie d'ailette suivante dans le sens
d'écoulement général de fluide augmente.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur à pla-
ques brasées comprenant des plaques qui définissent entre elles des passages s d'échauffement et de condensation partielle ou totale de forme générale plate, et comprenant dans chaque passage de condensation une ailette-entretoise d'échange thermique, ainsi que des barres de fermeture latérales, caractérisé en
ce qu'au moins une ailette-entretoise d'échange thermique est une ailette-
entretoise telle que définie ci-dessus.
o L'échangeur de chaleur peut constituer un vaporiseur-condenseur d'une
installation de distillation d'air.
L'invention a par ailleurs pour objet un procédé de fabrication d'une ai-
lette d'échange thermique telle que définie ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: s - on ménage des rangées parallèles d'organes de déviation dans un flan de produit plat, notamment de la tôle; - on pl ie plastiquement le p rod u it plat, en formant des ondu lations, de telle sorte que les organes de déviation d'une rangée sont situés sur les jambes d'onde. o Selon un mode particulier de réalisation, le procédé est caractérisé en ce que - on ménage des premières branches du chevron dans le flan, puis
- on ménage des secondes branches du chevron dans le flan.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va sui
s vre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels:
- la Figure 1 représente schématiquement une partie d'une double co-
lonne de distillation d'air conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue en coupe du vaporiseur-condenseur de cette so double colonne, prise en coupe verticale suivant le plan 11-ll de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'une ailette d'échange thermique selon l'invention;
- la Figure 4 est une vue d'un passage de condensation du vaporiseur-
condenseur en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 2; - la Figure 5 est une vue de côté de la jambe de l'ailette de la Figure 3; - la Figure 6 est une vue en plan d'une partie d'un flan d'une ailette selon les Figures 3 à 5; - la Figure 7 est une vue en plan d'un flan d'une première variante d'une ailette selon l'invention;
- la Figure 8 est une vue d'un passage de condensation du vaporiseur-
condenseur comprenant une ailette selon l'une des Figures 7, 9 ou 10; et
- les Figures 9 et 10 sont des vues analogues à la Figure 5 respective-
ment d' u ne deuxième et d' u ne troisième variantes de réalisation de l'ai lette su i to vant l'invention;
- la Figure 11 est une vue en coupe d'un passage de condensation com-
portant une ailette conforme à un second mode de réalisation selon l'invention.
On a représenté schématiquement sur la Figure 1 la partie intermédiaire d'une double colonne de distillation d'air 1. On voit la virole 2 de la double co
s lonne, commune à la colonne moyenne pression 3 et à la colonne basse pres-
sion 4 qui lui est superposée. Le fond supérieur bombé 5 de la colonne 3 sépare
les deux colonnes et retient en cuve de la colonne 4 un bain d'oxygène liquide 6.
L'azote de tête de la colonne 3 est condensé par échange de chaleur indirect avec l'oxygène liquide dans le vaporiseur-condenseur principal 7 de la double o colonne, qui est disposé dans la cuve de la colonne 4 et est totalement immergé
dans le bain 6.
Le vaporiseur-condenseur 7 est constitué d'un corps d'échangeur paral-
lélépipédique 8, généralement en aluminium ou en alliage d'aluminium, et de quatre bo^'tes d'entrée/sortie d'azote de forme générale semicylindrique, dont
s deux bo^'tes d'entrée supérieures 9 et deux bo^tes de sortie inférieures 10.
Le corps 8 est constitué d'un empilement d'un grand nombre de plaques
rectangulaires verticales 11, toutes identiques. Entre ces plaques sont interpo-
sées d'une part des barres de fermeture périphériques 12, d'autre part des on-
des-entretoises, à savoir des ondes d'échange thermique 13 d'orientation princi
o pale verticale.
Le corps 8 est assemblé en une seule opération par brasage au four, et
les quatre bo'^tes 9 et 10 sont soudées sur ce corps.
Entre les plaques 11 sont ainsi délimités un grand nombre de passages plats qui sont alternativement des premiers passages 15 de condensation
d'azote et des seconds passages 16 de vaporisation d'oxygène.
Les premiers passages 15 (Figure 2) sont fermés sur tout leur pourtour s par les barres 12, qui laissent toutefois libre, à chaque extrémité longitudinale, une fenêtre supérieure 17 d'entrée d'azote gazeux et une fenêtre inférieure 18
de sortie d'azote liquide.
Chaque premier passage contient quatre zones de distribution, asso-
ciées respectivement aux quatre fenêtres 17 et 18. Chacune de ces zones o contient une onde 19 de distribution d'orientation principale horizontale. Le reste
du premier passage 15, qui s'étend sur une large majorité de sa surface, est oc-
cupé par une onde d'échange thermique 13 constituée d'une première ailette-
entretoise 20 d'échange therm iq ue. Cette ailette-entretoise 20 est p rise en
sandwich entre deux plaques 11.
s Chacune des deux bo^'tes d'entrée d'azote 9 coiffe une rangée horizon tale de fenêtres 17. De même, chacune des deux bo^'tes de sortie d'azote 10
coiffe une rangée horizontale de fenêtres 18.
Les seconds passages 16 sont entièrement ouverts sur leurs côtés supé-
rieur et inférieur, et ils sont fermés sur leurs deux côtés verticaux, sur toute leur o hauteur, par les barres de fermeture 12. Ils contiennent uniquement des ondes d'échange 13 constituée d'une seconde ailette d'échange thermique. Ces ailettes
peuvent être de la tôle ondulée à surface lisse.
En fonctionnement, I'azote gazeux, provenant de la colonne 3 via des conduites 22, est introduit dans les premiers passages 15 via les deux bo^'tes 9,
s est distribué sur toute la longueur des premiers passages par les ondes 19 supé-
rieures, et se condense sur la surface des premières ailettes-entretoises 20 d'échange thermique. L'azote liquide ainsi obtenu, collecté dans les deux botes par les ondes 19 inférieures, est renvoyé en reflux dans la colonne 3 via des
conduites 23.
o L'azote gazeux circule dans le vaporiseur-condenseur 7 suivant un sens
général de circulation V d'azote, qui est en l'occurrence vertical.
La condensation de l'azote provoque une vaporisation d'oxygène liquide
dans les seconds passages 16.
Sur la Figure 3 est représentée, vue en perspective, une partie d'une
première ailette-entretoise 20 d'échange thermique.
Cette ailette 20 comporte une ondulation 24 à section rectangulaire, pré sentant un pas d'onde nO et constitué de bases d'ondes 26 et de sommets d'onde 28 reliés par des jambes d'onde 30. Chaque jambe d'onde 30 a deux
bords latéraux 31 s'étendant le long des bases 26 ou des sommets 28 d'onde.
Comme il ressort de la Figure 4, les bases d'onde 26 et les sommets d'onde 28 sont fixés sur leur largeur!o respectivement à deux plaques 11 par une couche de matière de brasage 32. Les jambes d'onde 30 s'étendent entre ces deux pla o ques 11 et présentent une hauteur ho. Ainsi, l'ailette 20 et les plaques 11 délimi tent des canaux 34 d'écoulement d'azote gazeux. Typiquement la hauteur ho est comprise entre 3 mm et lO mm et la largeur!O est comprise entre 0,5 mm et 5 mm. L'ailette 20 comprend des moyens de drainage d'azote liquide condensé
s sur la surface des jambes 30 de l'ailette, vers les coins de l'ailette.
Ces moyens de drainage comprennent, d'une part, des premières rigoles de drainage 36A et 36B et, d'autre part, des organes 38 de déviation de liquide
condensé vers ces rigoles 36.
Chacune des premières rigoles de drainage 36A est formée par la jonc o tion d'une jambe d'onde 30 avec un sommet d'onde 28, tandis que chacune des premières rigoles 36B est formée par la jonction d'une jambe d'onde 30 avec une
base d'onde 28.
A cet effet, chaque jambe d'onde 30 comporte une zone 39 de matière continue qui s'étend dans la jambe d'onde de la base 26 de l'onde ou du sommet 28 de l'onde au début de l'organe de déviation 38. Cette zone 39, appelée ruban, présente une largeur dc qui est d'au moins 0,2 mm, et qui est de préférence
comprise entre 0,5 mm et 1 mm (voir Figure 5).
La base 26 et le sommet 28 d'onde sont chacun constitués d'une bande de matière continue, dépourvue d'organes de déviation 38 de liquide. En consé
o quence, cette bande forme un ruban analogue au ruban 39.
Les premières rigoles de drainage 36A, 36B s'étendent suivant le sens
général V de circulation de l'azote.
Des secondes rigoles de drainage 42A, 42B sont formées aux emplace ments de jonction des jambes d'onde 30 avec la plaque 11. Ces secondes rigo les 42A, 42B sont sensiblement identiques aux premières rigoles de drainage 36A, 36B. Toutefois, leur largeur est augmentée de l'épaisseur de la base d'onde
26 ou du sommet d'onde 28 et de la couche de matière de brasage 32.
Les organes 38 de déviation de liquide sont constitués par une succes s sion de fentes identiques 44A, 44B en forme quadrilatère, en l'occurrence en forme de parallélogramme, ménagées dans les jambes d'onde 30. Les fentes 44A sont inclinées vers les rigoles de drainage 36A, 42A, dans le sens d'écoulement général de liquide L, tandis que les fentes 44B sont inclinées vers
les rigoles de drainage 36B, 42B.
o Chaque fente 44A, 44B comporte ainsi deux bords longs d'attaque 46 et de fuite 48 ainsi que deux bords courts d'attaque 50 et de fuite 52. Les bords d'attaque rencontrent les bords de fuite en des points de jonction d'attaque A et de fuite F. Dans le cas o l'ailette 20 est fabriquée à partir d'une tole perforée, les bords des fentes sont légèrement arrondis aux emplacements des points A et s F. La largeur e de la fente, mesurée suivant un sens perpendiculaire au sens d'écoulement L, est inférieure à 2 mm et est de préférence comprise entre
0,1 mm et 1 mm.
Les bords d'attaque long 46 et court 50 sont inclinés par rapport au sens o général d'écoulement de liquide L, vers les rigoles de drainage 36A, 36B, 42A, 42B, suivant des angles oc, et,B, tandis que les bords de fuite long 48 et court 52 sont inclinés par rapport à ce sens L suivant des angles y et ô. Dans le cas d'un
parallélogramme o: = y et = ô (voir Figure 5). Les angles oc, 0, y et ô sont com-
pris entre 5 et 70 et de préférence compris entre 10 et 45 mesurés par rap s port au sens général d'écoulement de liquide L. L'inclinaison oc et, des bords d'attaque 46, 50 est choisie en fonction de la vitesse d'écoulement du liquide et de la viscosité du liquide condensé de telle sorte que les gouttes de liquide adhèrent aux bords d'attaque 46, 50 avant d'étre
drainées au point F par les rigoles de drainage 36A, 36B, 42A, 42B.
o D'une manière générale, les bords de fuite 48, 52 sont disposés de telle sorte que le point de jonction F de fuite entre le bord d'attaque long 46 et le bord de fuite court 52 est. d'une part, le point le plus en aval du bord de fuite 48, 52 et est. d'autre part, le point du bord de la fente 44A, 44B le plus proche des rigoles de drainage 36A, 36B, 42A, 42B associées. Grâce à cette configuration, le li quide s'écoulant le long du bord d'attaque 46, 50 est empêché d'être dévié vers
le milieu de la jambe d'onde 30 à partir du point de jonction F de fuite.
Le point de jonction d'attaque A est disposé le plus près possible de la base d'onde 26 ou du sommet d'onde 28, et concide de préférence avec cette dernière ou ce dernier. En d'autres termes, le bord d'attaque 46, 50 est en chaque point incliné
dans le sens L vers la rigole de drainage 36A, 36B, 42A, 42B associée. De préfé-
rence, le bord d'attaque 46, 50 a une forme concave ou rectiligne vers le haut, et
le bord de fuite 48, 52 est en chaque point convexe ou rectiligne vers le bas.
oLa hauteur hf de chaque fente 44A, 44B mesurée suivant le sens d'écoulement de liquide L est choisie de sorte à affaiblir le moins possible la structure de l'ailette 20. La hauteur hf est comprise par exemple entre 0,5mm et
mm et de préférence entre 5 mm et 15 mm.
La distance entre deux fentes 44A, 44B successives est nommée _.
s Cette distance df est la distance entre le point de fuite F d'une fente 44A, 44B et le point d'attaque A de la fente 44A, 44B suivante. Cette distance df est choisie
inférieure à 5 cm et est de préférence inférieure à 20 mm.
Le pas entre deux fentes 44A, 44B successives est nommé ef = hf +.
Ce pas ef est choisi de telle sorte que la surface de la jambe d'onde 30 est juste o remouillée sur sa hauteur ho entre deux fentes 44A, 44B successives. Le taux de
perforation, c'est-à-dire le rapport de la surface des perforations à la surface to-
tale de l'ailette, est inférieur à 15%.
Pendant le fonctionnement de l'échangeur, il s'établit un film 56 d'azote liquide qui s'écoule sur la surface de l'ailette 20. Le liquide rencontre alors le bord s d'attaque 46, 50 d'une fente 44A, 44B et est dévié vers une rigole 36A, 36B, 42A, 42B de telle sorte qu'une zone asséchée 54 est établie en aval de la fente 44A, 44B. En aval de cette fente 44A, 44B s'établit de nouveau, progressive ment, un film de liquide 56 par condensation d'azote gazeux, liquide qui est drai
né par la fente 44A, 44B suivante.
o Les fentes 44A, 44B diminuent l'épaisseur du film liquide sur la jambe d'onde 30 et par conséquent la résistance de transfert de chaleur. Elles condui sent, en conséquence, à une augmentation de l'efficacité d'échange thermique
de l'ailette.
Comme il ressort de la Figure 4, pendant le fonctionnement, il s'établit des écoulements de liquide dans les rigoles de drainage 36A, 36B, 42A, 42B. La surface libre de l'écoulement de liquide dans une rigole de drainage est en forme de cylindre partiel de rayon. Le liquide s'écoulant dans les rigoles de drainage s 36A, 36B, 42A, 42B est empêché de sortir de ces derniers par les forces de ca pillarité agissant sur le liquide. La capacité de drainage des rigoles est importante grâce au fait que le rayon de la surface libre du liquide varie en puissance '/. du
débit de liquide dans la rigole concernée.
Sur la Figure 6 est représenté une partie inférieure d'un flan F utilisé pour
o la fabrication de l'ailette 20.
Le flan F comporte des rangées Rp de fentes 44A et 44B dans des zones correspondant aux jambes d'onde 30. Ces rangées Rp s'étendent perpendiculai rement au bord inférieur B du flan F. Les fentes forment également des rangées R s'étendant parallèlement s au bord inférieur B et perpendiculairement aux bords latéraux 31 des jambes
d'onde 30.
Le motif formé par les fentes 44A, 44B est identique sur tous les jambes d'onde 30 et se reproduit avec une périodicité ph identique à la périodicité de
pliage op.
o Ainsi, un seul poinçon peut être utilisé pour la fabrication des fentes 44A et 44B et ce poinçon est entrané de façon synchrone avec l'outil de pliage du flan. Sur la figure 7 est représentée une partie d'un flan d'une première va
riante d'une ailette-entretoise selon l'invention.
s Uniquement les différences par rapport à l'ailette précitée seront décrites.
Le flan F comporte sur chaque zone correspondant à une jambe d'onde des premiers groupes G1 de cinq premières fentes 44A successives et des seconds groupes G2 de cinq secondes fentes 44B successives. Les premières fentes 44A sont inclinées vers un côté de la jambe d'onde 30, tandis que les se
condes fentes 44B sont inclinées de l'autre côté de celle-ci.
Les deux groupes G1 et G2 sont distants l'un de l'autre d'une distance dg
comprise entre 0,5 mm et 5cm.
Chaque jambe d'onde 30 comporte deux rubans 39 de matière continue, associés aux deux bords latéraux 31 de la jambe d'onde 30 et adjacents aux zo
nes de base 26 ou zones de sommet 28.
Chaque fente 44A, 44B s'étend entre ces deux rubans 39.
Pendant le fonctionnement, les fentes 44A dévient le liquide vers un bord de la jambe d'onde 30, tandis que les fentes 44B dévient le liquide vers l'autre
bord de la jambe (voir Figure 8).
Sur la Figure 9 est représentée une deuxième variante de l'ailette 20 se lon l'invention. Cette Figure correspond à la vue de la Figure 5. Les éléments
o analogues portent des références identiques.
Les organes 38 de déviation de liquide sont formés par une succession de premières fentes 44A et de secondes fentes 44B. Les premières et secondes fentes s'étendent sur chaque jambe d'onde 30 de part et d'autre d'une ligne mé
diane M-M de celle-ci.
Cette ligne M-M s'étend parallèlement au sens d'écoulement de liquide
L, à m i-d istance entre le sommet d' onde 28 et la base d'onde 26 de l'ai lette 20.
Les premières fentes 44A sont inclinées à partir de la ligne médiane M-M vers les sommets d'onde 28, tandis que les secondes fentes 44B sont inclinées vers les bases d'onde 26. Les premières fentes 44A et les secondes fentes 44B
o ont une forme symétrique par rapport à la ligne médiane M-M.
Le point de jonction de fuite F de chaque fente 44A, 44B est disposé à une distance dc du sommet 28, respectivement de la base 26. Cette ailette 20 comprend des premières rigoles de drainage 36A, 36B sur les deux côtés de
chaque jambe d'onde 30.
Le point de jonction d'attaque A de chaque fente 44A, 44B est disposé sur la ligne M-M. Ainsi, sensiblement toute la largeur de la jambe 30 est munie
de fentes de drainage 44A, 44B.
Pendant le fonctionnement et comme représenté sur la Figure 8, le li quide est dévié vers le sommet 28 et la base 26 associés à chaque jambe 30,
so vers les rigoles 36A, 36B et 42A, 42B.
Chacune des premières 44A ou secondes 44B fentes est décalée par
rapport à la première ou seconde fente suivante d'une distance ef.
En d'autres termes, le motif constitué par l'ensemble de deux fentes 44A, 44B est répété après une distance em La distance entre le point F d'une fente 44A, 44B et le point A d'une
fente 44B, 44A suivante est comprise entre O mm et 2,5 cm.
Les premières fentes 44A sont décalées par rapport aux secondes fen tes 44B d'une distance Of = /2 suivant le sens d'écoulement L. s Ce décalage conduit à une rigidité importante de l'ailette 20 suivant le
sens de la jambe d'onde 30.
Sur la Figure 10 est représentée une troisième variante de l'ailette selon l'invention.
Les fentes 44 de cette ailette 20 sont sensiblement en forme de chevron.
o La pointe A du chevron est située sur la ligne médiane M-M et est dirigée vers l'amont par rapport au sens général d'écoulement de liquide L. Les deux bras 44A, 44B du chevron ont une forme sensiblement identi que aux premières 44A et secondes 44B fentes de la première variante de l'ailette 20. Comme différence, le bord d'attaque 46A, 46B de chaque bras est rectiligne du point d'attaque A jusqu'au point de fuite F. Pendant le fonctionne ment, l'écoulement de liquide s'établit des deux côtés de chaque jambe d'onde
, de façon analogue à celui de la deuxième variante (Fig. 8).
Chaque fente en forme de chevron (Fig. 10) est soit découpée par un poinçon correspondant en forme de chevron, soit par deux poinçons séparés o dont chacun correspond à un bras 44A, 44B d'une fente 44. Dans ce dernier cas,
le découpage de la fente 44 est effectuée en deux étapes successives.
Sur la Figure 11 est représenté un second mode de réalisation d'une ai lette selon l'invention. Cette vue correspond à la vue de la Figure 4, mais ne
montre qu'une onde.
s Comme différence, les organes 38 de déviation de liquide sont consti tués de parties embouties 60 dans la surface des jambes d'onde 30. Les parties embouties 60 forment sur un côté de la jambe d'onde une rainure 62 et sur
l'autre côté de la jambe d'onde une nervure 64.
La forme et la configuration géométrique des parties embouties 60 en so vue de côté sont identiques à celle des fentes 44A, 44B des réalisations de
l'ailette décrites ci-dessus. La profondeur d'emboutissage e de la partie emboutie 60 est inférieure à
la moitié de la largeur d'onde!o, et est par exemple comprise entre 0,1mm et
0,25 mm.
L'ailette d'échange thermique selon l'invention peut être facilement fabri-
quée à partir d'un produit plat, par exemple une tôle en aluminium.
Les fentes 44, 44A, 44B sont alors réalisées par perforation.
Alternativement, les parties embouties 60 sont formées par emboutis s sage avant pliage du produit plat. De préférence, l'emboutissage est effectué sur
un seul côté, de sorte que les rainures 62 se trouvent sur un seul côté du flan.
Dans ce cas, chaque canal 34 comporte sur ses deux faces latérales, consti-
tuées par les jambes d'onde 30, soit des rainures 62 de déviation soit des nervu-
res 64 de déviation.
o En variante, les organes de déviation 38 sont fabriqués sur une ailette du
type << serrated >>, c'est-à-dire comportant des ondulations à décalage partiel.
Dans ce cas, la longueur des ondulations dans le sens d'écoulement général de
liquide doit être suffisamment importante afin de mouiller la surface de la jambe.
La longueur de l'ondulation, appelée également longueur de serration, dans le s sens d'écoulement de liquide L doit être au moins 3 mm et de préférence au
moins 1 cm.
L'ailette peut également être utilisée dans un échangeur de chaleur dans lequel circule un mélange gazeux dans les passages de refroidissement, et dans
lequel une fraction du mélange est condensé.
o En variante encore, I'ailette peut être constituée par deux ou plusieurs parties d'ailette disposées l'une après l'autre dans le sens d'écoulement général de liquide. Dans ce cas, il est avantageux que les moyens de drainage 36A, 36B, 38 aient une capacité de drainage différente d'une partie d'ailette à l'autre et que la capacité de drainage d'une partie d'ailette à la partie d'ailette suivante, dans le s sens d'écoulement de fluide de drainage, augmente. Un exemple d'une telle < ailette est une ailette-entretoise qui comprend une première partie d'ailette munie de rigoles 36A, 36B et des organes de drainage 38 et une seconde partie d'ailette, qui est située en aval dans le sens d'écoulement de liquide L et qui
comprend des jambes d'onde 30 lisses.
Claims (24)
1. Ailette-entretoise d'échange thermique destinée à étre disposée en sandwich entre deux plaques qui délimitent un passage de condensation (15) d'un échangeur de chaleur (7) à plaques brasées, du type comprenant un produit s ondulé, notamment à ondulation à section rectangulaire, ayant des jambes d'onde (30) qui, à l'état monté, délimitent des canaux (34) d'écoulement d'un gaz à condenser au moins partiellement, caractérisée en ce que l'ailette-entretoise (20) comporte au moins une rigole de drainage (36A, 36B) de liquide condensé sur les jambes d'onde (30), s'étendant suivant un bord latéral (31) de la jambe o d'onde (30), et des organes de déviation (38) disposés sur la jambe d'onde (30) et adaptés pour dévier du liquide (56) condensé vers cette rigole de drainage
(36A, 36B).
2. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 1, ca-
ractérisée en ce que les organes de déviation (38) de chaque jambe d'onde (30) s sont adaptés pour drainer le liquide vers un seul bord latéral (31) de la jambe d'onde (30), et en ce que les organes de déviation (38) de deux jambes d'onde (30) successives sont adaptés pour drainer le liquide vers deux bords latéraux
(31) opposés.
3. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 1, ca o ractérisée en ce que les organes de déviation (38) sont adaptés pour drainer
vers les deux bords latéraux (31) le liquide (56) condensé sur chacune des jam-
bes d'onde (30).
4. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que toute la hauteur des jambes
s d'onde (30) à l'exception des zones (39) associées à une rigole de drainage
(36A, 36B) porte des organes de déviation (38).
5. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ailette-entretoise comprend
des bases d'onde (26) et des sommets d'onde (28), et en ce que les organes de so déviation (38) comprennent des premiers (44A) et seconds (44B) organes dont les premiers sont inclinés vers une rigole (36A) associée à la base d'onde (26) et dont les seconds sont inclinés vers une rigole (36B) associée au sommet d'onde (28).
6. Ailette-entretoise d'échange thermique selon les revendications 2 et
prises ensemble, caractérisée en ce que les organes de deux jambes d'onde (30) successifs sont constitués uniquement de premiers organes (44A) sur l'une des deux jambes d'onde (30) et uniquement de seconds organes (44B) sur I'autre de ces deux jambes d'onde (30).
7. Ailette-entretoise d'échange thermique selon les revendications 3 et
prises ensemble, caractérisée en ce que chaque jambe d'onde (30) comprend un premier groupe (G1) de premiers organes (44A) successifs et un second groupe (G2) constitué de seconds organes (44B) successifs, les premiers et les
o seconds organes s'étendant chacun sur sensiblement toute la hauteur des jam-
bes d'onde (30).
8. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 5, ca-
ractérisée en ce que lesdits premiers (44A) et lesdits seconds organes (44B)
sont symétriques par rapport à la ligne médiane (M-M) de la jambe d'onde (30).
s
9. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 8, ca ractérisée en ce que lesdits premiers organes (44A) sont décalés par rapport auxdits seconds organes (44B), suivant le sens général d'écoulement de liquide (L), notamment de la moitié de la distance entre deux premiers (44A) ou deux
seconds (44B) organes successifs ().
o
10. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits premiers (44A) et seconds organes (44B) se trou vent en vis-à-vis de côté et de l'autre de la ligne médiane (M-M), notamment en
formant un chevron (44).
11. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
s revendications 5 à 10, caractérisée en ce que, à l'état déplié de l'ailette
entretoise, les organes de déviation (38) des jambes d'onde (30) forment des rangées (R) s'étendant parallèlement à un bord de l'ailetteentretoise et perpen diculairement aux bords de jambes d'onde (30), et en ce que les organes de
déviation (38) d'une rangée (R) sont identiques.
so
12. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications 5 à 11, caractérisée en ce que les organes de déviation (38) pré
sentent un bord d'attaque (46, 50; 46A, 46B) et un bord de fuite (48, 52), et en ce qu'au moins le bord d'attaque (46, 50; 46A, 46B) et de préférence le bord d'attaque et le bord de fuite (48, 52) sont en tout point inclinés et dirigés vers la
rigole de drainage (36A, 36B) associée.
13. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les organes de déviation
s (38) comprennent une fente (44; 44A, 44B) qui est ménagée dans la jambe
d'onde (30).
14. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les organes de déviation
(38) comprennent une partie en saillie (64) sur la surface de la jambe d'onde (30) o ou en retrait (62) par rapport à la surface de la jambe d'onde (30), notamment
une partie emboutie (60).
15. Ailette-entretoise d'échange thermique selon la revendication 14, caractérisée en ce que chaque canal d'écoulement de gaz (34) comporte sur les deux faces latérales constituées de jam bes d' onde (30) des parties u n iq uement s en saillie (64) ou sur les deux faces latérales des parties uniquement en retrait
(62) par rapport aux surfaces de ces jambes d'onde (30).
16. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que deux organes de déviation
(38) successifs sur une jambe d'onde (30) sont distants l'un de l'autre, dans ledit o sens général d'écoulement de liquide (L), d'une distance (df) inférieure à 5 cm,
de préférence inférieure à 20 mm.
17. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que la rigole de drainage (36A,
36B) comprend un ruban de matière continu (39) de la jambe d'onde (30) adja s cente aux organes de déviation (38) et un ruban de matière continu du sommet
d'onde (28) ou de la base d'onde (26) adjacent à la jambe d'onde (30).
18. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le sens général
d'écoulement de liquide (L) est sensiblement identique au sens d'écoulement
o général de fluide (V) dans les canaux (34) d'écoulement de gaz.
19. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ailette-entretoise comprend
des ondulations à décalage partiel, et en ce que les distances entre deux déca lages successifs ont une longueur d'au moins 3 mm et de préférence d'au moins 1 cm.
20. Ailette-entretoise d'échange thermique selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux
s parties d'ailette dont chacune présente une capacité de drainage différente, et en ce que la capacité de drainage d'une partie d'ailette à la partie d'ailette suivante
dans le se ns d' écou lement général de fl u ide au gmente.
21. Echangeur de chaleur à plaques brasées comprenant des plaques (11) qui définissent entre elles des passages d'échauffement (16) et de conden
o sation (15) partielle ou totale de forme générale plate, et comprenant dans cha-
que passage de condensation (15) une ailette-entretoise d'échange thermique (20), ainsi que des barres de fermeture latérales (12), caractérisé en ce qu'au
moins une ailette-entretoise d'échange thermique (20) est conforme à l'une quel-
conque des revendications précédentes.
s
22. Echangeur de chaleur suivant la revendication 21, caractérisé en ce qu'il constitue un vaporiseur-condenseur (7) d'une installation de distillation d'air.
23. Procédé de fabrication d' u ne ailette d'échange therm ique su ivant
l'une quelconque des revendications 2 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend les
o étapes successives suivantes: - on ménage des rangées parallèles (Rp) d'organes de déviation (38) dans un flan de produit plat, notamment de la tôle; - on plie plastiquement le produit plat, en formant des ondulations, de telle sorte que les organes de déviation (38) d'une rangée (Rp) sont situés sur les
s jambes d'onde (30).
24. Procédé de fabrication selon la revendication 23 d'une ailette
d'échange thermique selon la revendication 10 ou l'une des revendications dé-
pendantes de la revendication 10, caractérisé en ce que - on ménage des premières branches (44A, 44B) du chevron dans le so flan, puis - on ménage des secondes branches (44B, 44A) du chevron dans le
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