FR3000189A1 - PLATE FOR THERMAL EXCHANGER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une plaque (10, 20) pour un échangeur thermique destiné à l'échange de chaleur entre un premier fluide s'écoulant au contact d'une première face (F1) de la plaque (10, 20) et un second fluide s'écoulant au contact d'une deuxième face (F2) de la plaque (10, 20), ladite plaque (10, 20) comprenant un ensemble d'ondulations formant des cavités (36) s'étendant entre un fond (33) d'un creux et une ouverture (32) définie entre deux sommets (34) consécutifs de l'ensemble d'ondulations, le fond (33) et l'ouverture (32) étant séparés d'une distance correspondant à la hauteur (H) de l'ondulation. La plaque de l'invention est telle que la largeur des cavités (36) varie d'un côté à l'autre de l'échangeur d'une zone de pression forte vers une zone de pression faible de façon à égaliser le profil des vitesses des premier et second fluides.The invention relates to a plate (10, 20) for a heat exchanger for the exchange of heat between a first fluid flowing in contact with a first face (F1) of the plate (10, 20) and a second fluid flowing in contact with a second face (F2) of the plate (10, 20), said plate (10, 20) comprising a plurality of cavities forming corrugations (36) extending between a bottom (33) ) a recess and an opening (32) defined between two consecutive peaks (34) of the set of corrugations, the bottom (33) and the opening (32) being separated by a distance corresponding to the height ( H) of the undulation. The plate of the invention is such that the width of the cavities (36) varies from one side to the other of the exchanger from a strong pressure zone to a low pressure zone so as to equalize the velocity profile. first and second fluids.
Description
La présente invention concerne le domaine de l'aéraulique et a en particulier pour objet une plaque pour un échangeur thermique destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides ayant une faible conductivité thermique, typiquement des gaz.The present invention relates to the field of aerodynamics and particularly relates to a plate for a heat exchanger for the exchange of heat between two fluids having a low thermal conductivity, typically gases.
Il est connu de réaliser un échangeur thermique comprenant un ensemble de plaques superposées en un empilement dont l'espacement des plaques est faible de manière à obtenir un écoulement laminaire. Ladite plaque s'étend sensiblement selon un plan général révélant une première face de plaque et une deuxième face de plaque opposée à la première face de plaque, ladite plaque comprenant une zone dite de coeur destinée à l'écoulement d'un premier fluide sur la première face de la plaque dans un premier sens, et destinée à l'écoulement d'un deuxième fluide sur la deuxième face de la plaque dans un deuxième sens opposé au premier sens. La zone de coeur est l'emplacement où les échanges thermiques 15 sont optimisés. En particulier, la zone de coeur comprend un ensemble de reliefs présentant la forme d'ondulations augmentant la surface spécifique de la plaque. Ce type de plaque est satisfaisant en ce qu'il permet d'avoir des 20 échanges de chaleur efficaces, malgré le caractère laminaire des écoulements. Cependant, la zone de coeur génère de fortes pertes de charge par frottement visqueux sur les parois des ondulations. Par ailleurs, sur la largeur de l'échangeur ou d'une plaque de l'échangeur, le profil de vitesse peut être irrégulier d'un bord à l'autre de 25 l'échangeur, ce qui entraîne un débit différent entre les différents canaux. En particulier, la vitesse est plus faible dans les canaux disposés en regard des zones de plus forte pression en sortie. Pour porter remède à cet inconvénient constaté, la présente invention concerne une plaque pour un échangeur thermique destiné à 30 l'échange de chaleur, un premier fluide s'écoulant au contact d'une première face de la plaque et un second fluide s'écoulant au contact d'une deuxième face de la plaque, ladite plaque comprenant un ensemble d'ondulations formant un premier ensemble de canaux ouverts sur la première face de la plaque et un second ensemble de canaux ouverts sur la seconde face de la 35 plaque, les canaux du premier et du second ensembles étant disposés de façon alternée et séparés par une paroi de plaque. Selon l'invention, la largeur des canaux ouverts sur la première face de la plaque du premier ensemble de canaux varie transversalement d'un premier côté de la plaque à un second côté de la plaque, la largeur des canaux ouverts sur la seconde face de la plaque du second ensemble de canaux varie transversalement d'un premier côté de la plaque à un second côté de la plaque. Selon un aspect de l'invention, le sens de variation de la largeur des canaux du premier ensemble est le même que le sens de variation de la largeur des canaux du second ensemble d'un premier côté à un second côté de la plaque.It is known to provide a heat exchanger comprising a plurality of plates superimposed in a stack whose plate spacing is low so as to obtain a laminar flow. Said plate extends substantially in a general plane revealing a first plate face and a second plate face opposite to the first plate face, said plate comprising a so-called core zone intended for the flow of a first fluid on the first face of the plate in a first direction, and for the flow of a second fluid on the second face of the plate in a second direction opposite to the first direction. The core zone is the location where heat exchange is optimized. In particular, the core zone comprises a set of reliefs having the form of corrugations increasing the specific surface area of the plate. This type of plate is satisfactory in that it makes it possible to have efficient heat exchanges, despite the laminar nature of the flows. However, the core zone generates high pressure losses by viscous friction on the walls of the corrugations. Moreover, over the width of the heat exchanger or a plate of the heat exchanger, the velocity profile may be uneven from one edge to the other of the heat exchanger, which causes a different flow rate between the different heat exchangers. canals. In particular, the speed is lower in the channels arranged opposite the areas of higher pressure output. To remedy this drawback, the present invention relates to a plate for a heat exchanger for heat exchange, a first fluid flowing in contact with a first face of the plate and a second flowing fluid. in contact with a second face of the plate, said plate comprising a set of corrugations forming a first set of open channels on the first face of the plate and a second set of open channels on the second face of the plate, the channels of the first and second sets being arranged alternately and separated by a plate wall. According to the invention, the width of the open channels on the first face of the plate of the first set of channels varies transversely from a first side of the plate to a second side of the plate, the width of the open channels on the second face of the plate of the second set of channels varies transversely from a first side of the plate to a second side of the plate. According to one aspect of the invention, the direction of variation of the width of the channels of the first set is the same as the direction of variation of the width of the channels of the second set from a first side to a second side of the board.
Selon une caractéristique supplémentaire, la largeur d'un canal du premier ensemble ouvert sur une première face de la plaque et la largeur d'un canal adjacent du second ensemble de canaux ouvert sur la seconde face de la plaque sont égales. Selon une caractéristique supplémentaire, la variation de largeur 15 des canaux de chaque ensemble est exécutée par groupes adjacents de canaux. Selon une caractéristique supplémentaire, la variation de largeur des canaux de chaque ensemble est exécutée graduellement sur la largeur de la plaque. 20 Selon une caractéristique supplémentaire, la plaque comprend une zone de sortie du fluide, en aval d'une partie comprenant l'ensemble d'ondulations, et une paroi de guidage du flux délimitant la zone de sortie inclinée par rapport à la direction des canaux de l'ensemble d'ondulations. Les canaux de l'ensemble d'ondulations présentant la plus grande largeur sont 25 disposés du côté de l'échangeur le plus proche de la paroi de guidage de la zone de sortie. Selon une caractéristique supplémentaire, la plaque comprend une zone d'entrée du fluide, en amont d'une partie comprenant l'ensemble d'ondulations, et une paroi de guidage du flux délimitant la zone d'entrée 30 inclinée par rapport à la direction des canaux de l'ensemble d'ondulations. Les canaux de l'ensemble d'ondulations présentant la plus faible largeur sont disposés du côté de l'échangeur le plus proche de la paroi de guidage de la zone d'entrée. La présente invention a également pour objet un échangeur 35 thermique comprenant un ensemble de plaques telles que décrites précédemment superposées en un empilement. Ledit ensemble comprend une plaque élémentaire de premier type et une plaque élémentaire de deuxième type différente de celle de premier type, la plaque de premier type étant alternée avec une plaque de deuxième type dans l'empilement de plaques de manière à ce que les sommets des ondulations de la plaque de premier type soient en regard des cavités des ondulations de la plaque de deuxième type dans l'empilement de plaques. La variation de largeur des canaux de la première plaque en regard des canaux de la seconde plaque est réalisée dans le même sens transversalement de façon à ce que des canaux de même largeur soient disposés en regard en tout point de la largeur des plaques.According to an additional characteristic, the width of a channel of the first set open on a first face of the plate and the width of an adjacent channel of the second set of channels open on the second face of the plate are equal. According to an additional feature, the channel width variation of each set is performed in adjacent groups of channels. According to an additional characteristic, the variation of the width of the channels of each set is carried out gradually over the width of the plate. According to an additional characteristic, the plate comprises a fluid outlet zone, downstream of a part comprising the set of corrugations, and a flow guiding wall delimiting the exit zone inclined with respect to the direction of the channels. of the set of ripples. The channels of the plurality of undulations having the greatest width are disposed on the side of the exchanger closest to the guide wall of the exit zone. According to an additional feature, the plate comprises a fluid inlet zone, upstream of a portion comprising the set of corrugations, and a flow guiding wall delimiting the entry zone inclined with respect to the direction. channels of the set of ripples. The channels of the set of corrugations having the smallest width are arranged on the heat exchanger side closest to the guide wall of the inlet zone. The present invention also relates to a heat exchanger comprising a set of plates as previously described superimposed in a stack. Said assembly comprises an elementary plate of the first type and a second type of elementary plate different from that of the first type, the plate of the first type being alternated with a plate of the second type in the stack of plates so that the vertices of the The corrugations of the plate of the first type are opposite the cavities of the corrugations of the plate of the second type in the stack of plates. The width variation of the channels of the first plate facing the channels of the second plate is made in the same direction transversely so that channels of the same width are arranged opposite at any point of the width of the plates.
Cette disposition permet d'assurer une répartition homogène du fluide entre les cavités de la plaque de premier type et les cavités en regard de la plaque de deuxième type, en tout point de la largeur des plaques, de manière à améliorer l'échange thermique au travers des parois de la plaque. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins annexés parmi lesquels : - la Figure 1 représente une vue en perspective d'un échangeur selon l'invention ; - la Figure 2 représente une vue de dessus schématique d'une plaque de 20 l'échangeur de la Figure 1 ; - La Figure 3 représente une vue en perspective d'une plaque de l'échangeur de la Figure 1 ; - La Figure 4 représente une vue de dessus schématique d'une plaque de l'échangeur pour expliquer le problème technique à la base de l'invention ; 25 - La Figure 5 représente une coupe transversale d'une partie d'une paire de plaques adjacentes dans un mode de réalisation ; - La Figure 6 représente une coupe transversale d'une paire de plaques adjacentes sur toute son extension. Comme illustré aux figures 1 à 6, un échangeur thermique 1 30 comprend une pluralité de plaques 10, 20 superposées en un empilement 2. Chaque plaque 10, 20 s'étend selon un plan général P. Dans le mode de réalisation présenté, l'empilement 2 est obtenu en alternant une plaque d'un premier type 10 avec une plaque d'un deuxième type 20 dont les spécificités sont décrites plus loin dans le texte.This arrangement makes it possible to ensure a homogeneous distribution of the fluid between the cavities of the plate of the first type and the cavities opposite the plate of the second type, at any point along the width of the plates, so as to improve the heat exchange at the through walls of the plate. Other features and advantages of the present invention will be better understood from the description and the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a perspective view of an exchanger according to the invention; Figure 2 is a schematic top view of a plate of the exchanger of Figure 1; - Figure 3 shows a perspective view of a plate of the exchanger of Figure 1; - Figure 4 shows a schematic top view of a plate of the exchanger to explain the technical problem underlying the invention; Figure 5 shows a cross section of a portion of a pair of adjacent plates in one embodiment; - Figure 6 shows a cross section of a pair of adjacent plates throughout its extension. As illustrated in FIGS. 1 to 6, a heat exchanger 1 30 comprises a plurality of plates 10, 20 superimposed in a stack 2. Each plate 10, 20 extends in a general plane P. In the embodiment shown, the Stack 2 is obtained by alternating a plate of a first type with a plate of a second type whose specificities are described later in the text.
Dans le mode de réalisation présenté, chaque plaque 10, 20 se présente sous la forme d'un hexagone dont les côtés forment un contour extérieur 3. Hormis les plaques d'extrémité, chaque plaque 10, 20 est 5 supportée ou supporte une autre plaque 10, 20 de type différent par l'intermédiaire de bordures profilées 4 réparties sur le contour 3 de la plaque 10, 20. Comme illustré à la figure 2, chaque plaque, 10 comprend une zone intérieure 30 autrement dénommée zone de coeur 30 destinée à 10 l'écoulement d'un premier fluide fil sur une dexième face F2 de la plaque 10, et destinée à l'écoulement d'un deuxième fluide f12 sur une première face F1 de la plaque, 10. Chaque plaque, 20 comprend également une zone intérieure 30 autrement dénommée zone de coeur 30 destinée à l'écoulement d'un premier 15 fluide fil sur une première face F1 de la plaque 20, et destinée à l'écoulement d'un deuxième fluide f12 sur une deuxième face F2 de la plaque 20. Généralement, afin de favoriser les échanges de chaleur dans un échangeur thermique 1, le premier fluide fil s'écoule dans la zone de coeur 30 selon un premier sens d'écoulement S1 et le deuxième fluide f12 s'écoule dans 20 la zone de coeur 30 selon un deuxième sens d'écoulement S2 opposé au premier sens d'écoulement S1. Dans la suite de la description, il sera considéré que le sens d'écoulement du premier fluide fil est opposé au sens d'écoulement du deuxième fluide f12. 25 Ces écoulements sont laminaires dans la zone de coeur 30 de l'échangeur thermique 1, ce qui est habituellement induit par de faibles vitesses d'écoulement. Dans l'exemple présenté, la zone de coeur 30 comprend un ensemble 6 d'ondulations 35 uniformes formant des cavités ou canaux 36 pour 30 l'écoulement du fluide fil, f12. Ces ondulations 35 sont centrées sur le plan général P de la plaque 10, 20. L'ensemble 6 d'ondulations 35 est formé par les cavités 36 qui s'étendent entre un fond 33 d'un creux et une ouverture 32 joignant deux 35 sommets 34 consécutifs de l'ensemble 6 d'ondulations 35.In the embodiment shown, each plate 10, 20 is in the form of a hexagon whose sides form an outer contour 3. Apart from the end plates, each plate 10, 20 is supported or supports another plate 10, 20 of different type through contoured edges 4 distributed over the contour 3 of the plate 10, 20. As illustrated in Figure 2, each plate 10 comprises an inner zone 30 otherwise called heart zone 30 for The flow of a first fluid wire on a second face F2 of the plate 10, and for the flow of a second fluid f12 on a first face F1 of the plate, 10. Each plate, 20 also comprises a inner zone 30 otherwise referred to as core zone 30 for the flow of a first fluid wire on a first face F1 of the plate 20, and for the flow of a second fluid f12 on a second face F2 of the plate 20. General In order to promote the exchange of heat in a heat exchanger 1, the first fluid flows in the core zone 30 in a first flow direction S1 and the second fluid f12 flows in the core zone. 30 in a second flow direction S2 opposite to the first flow direction S1. In the following description, it will be considered that the direction of flow of the first fluid wire is opposite to the direction of flow of the second fluid f12. These flows are laminar in the core zone 30 of the heat exchanger 1, which is usually induced by low flow rates. In the example shown, the core zone 30 comprises an assembly 6 of uniform corrugations 35 forming cavities or channels 36 for the flow of the fluid, f12. These corrugations 35 are centered on the general plane P of the plate 10, 20. The set of corrugations 35 is formed by the cavities 36 which extend between a bottom 33 of a hollow and an opening 32 joining two 35 consecutive peaks 34 of the assembly 6 of corrugations 35.
L'ouverture 32 de la cavité 36 est disposée de façon alternée en regard de la première face F1 puis de la deuxième face F2 entre deux ondulations 35 adjacentes. Le fond 33 et l'ouverture 32 sont séparés d'une distance correspondant à la hauteur H de l'ondulation 35. Le rapport entre la hauteur H et la largeur à mi-hauteur d'une cavité 36 définissant l'élancement de la cavité 36 ou de l'ondulation 35 peut par exemple être supérieur ou égal à trois. La fonction d'une ondulation 35 ayant un tel élancement est décrite plus loin dans le texte.The opening 32 of the cavity 36 is alternately arranged facing the first face F1 and the second face F2 between two adjacent corrugations. The bottom 33 and the opening 32 are separated by a distance corresponding to the height H of the corrugation 35. The ratio between the height H and the width at mid-height of a cavity 36 defining the slenderness of the cavity 36 or the corrugation 35 may for example be greater than or equal to three. The function of a ripple 35 having such slenderness is described later in the text.
En outre, chaque plaque 10, 20 comprend également une première zone d'entrée/sortie 41 destinée à guider selon un troisième sens d'écoulement S3, le premier fluide fil depuis l'extérieur de la plaque jusqu'à la zone de coeur 30, et à guider selon un quatrième sens d'écoulement S4, le deuxième fluide f12 depuis la zone de coeur 30 jusqu'à l'extérieur de la plaque 10, 20.In addition, each plate 10, 20 also comprises a first input / output zone 41 intended to guide in a third flow direction S3, the first fluid from the outside of the plate to the core zone 30 , and to guide in a fourth flow direction S4, the second fluid f12 from the core zone 30 to the outside of the plate 10, 20.
Chaque plaque 10, 20 comprend également une deuxième zone d'entrée/sortie 42 destinée à guider selon le troisième sens d'écoulement S3, le premier fluide fil depuis la zone de coeur 30 jusqu'à l'extérieur de la plaque 10, 20, et à guider selon le quatrième sens d'écoulement S4, le deuxième fluide f12 depuis l'extérieur de la plaque 10, 20 jusqu'à la zone de coeur 30.Each plate 10, 20 also comprises a second inlet / outlet zone 42 intended to guide, in the third flow direction S3, the first fluid from the core zone 30 to the outside of the plate 10, 20 , and to guide in the fourth flow direction S4, the second fluid f12 from the outside of the plate 10, 20 to the core zone 30.
Comme illustré dans la représentation présenté à la figure 2, les directions prises par le troisième sens d'écoulement et le quatrième sens d'écoulement S4 se croisent selon deux directions formant un angle cc correspondant à la valeur de l'angle entre les deux côtés de la zone d'entrée/sortie 41, 42 de l'échangeur.As illustrated in the representation shown in FIG. 2, the directions taken by the third direction of flow and the fourth direction of flow S4 intersect in two directions forming an angle cc corresponding to the value of the angle between the two sides. of the inlet / outlet zone 41, 42 of the exchanger.
Plus généralement, les directions prises par le troisième sens d'écoulement S3 et le quatrième sens d'écoulement S4 se croisent selon deux directions formant un angle correspondant à l'angle entre deux côtés adjacents d'un polygone conférant à une plaque 10, 20 sa forme générale. Pour conserver un écoulement laminaire dans les zones 30 d'entrée/sortie 41, 42 dans l'espacement formé entre chaque plaque 10, 20 de l'empilement 2, deux plaques élémentaires 10, 20 sont donc nécessaires : - une première plaque élémentaire 10 ou de premier type dont les zones d'entrée/sortie 41, 42 entrainent un écoulement laminaire selon la direction du troisième sens d'écoulement S3 sur la première face F1 et un 35 écoulement laminaire selon la direction du quatrième sens d'écoulement S4 sur la deuxième face F2, et - une deuxième plaque élémentaire 20 ou de deuxième type dont les zones d'entrée/sortie 41, 42 entrainent un écoulement laminaire selon la direction du quatrième sens d'écoulement S4 sur la première face F1 et un écoulement laminaire selon la direction du troisième sens d'écoulement S3 sur la deuxième face F2. En outre, l'ensemble 6 des ondulations 35 de la zone de coeur 30 de la plaque de premier type 10 et l'ensemble 6 des ondulations 35 de la zone de coeur 30 de la plaque de deuxième type 20 sont en phase, les sommets 34 des ondulations 35 d'une plaque de premier type 10 étant alignés avec les sommets 34 des ondulations 35 d'une plaque de deuxième type 20. Ainsi, lors de la superposition d'une plaque de premier type 10 et d'une plaque de deuxième type 20 pour former l'empilement 2 de plaques 10,20, les sommets 34 des ondulations 35 de la zone de coeur 30 de la plaque de premier type 10 respectivement de la plaque de deuxième type 20, sont en vis-à-vis avec les cavités 36 des ondulations 35 de la zone de coeur 30 de la plaque adjacente de deuxième type 20 respectivement de la plaque adjacente de premier type10 au travers des ouvertures 32 des cavités 36. Afin de rigidifier l'empilement 2 de plaques 10, 20, chaque zone d'entrée/sortie 41, 42 comprend un deuxième ensemble 7 de motifs 45 formé par un ensemble de reliefs autrement appelés guides 43 et bases 44, les guides 43 étant disposés en regard de la face F1 d'une plaque 10,20 et les bases 44 étant disposées en regard de la face F2 d'une plaque 10,20. La disposition des guides 43 et des bases 44 est réalisée de manière à ce que les guides 43 d'une plaque 10, 20 adjacente dans l'empilement 2 s'appuient ou créent des points d'appui sur ou pour les bases 44 de la plaque 10, 20 considérée, renforçant ainsi la cohésion de l'empilement 2 de plaques 10, 20. En outre, la hauteur de ces guides 43 permet également l'appui des bordures de la plaque 10, 20 sur les bordures d'une plaque 10, 20 30 adjacente afin de réaliser l'étanchéité de l'échangeur thermique 1. La superposition de deux plaques 10, 20 dans l'empilement 2 crée un conduit 5 pour un premier fluide fil entre deux plaques 10, 20 adjacentes. Le premier fluide fil traverse le conduit 5 en pénétrant tout d'abord dans un espace se trouvant entre deux zones d'entrée/sortie 41, 42.More generally, the directions taken by the third direction of flow S3 and the fourth direction of flow S4 intersect in two directions forming an angle corresponding to the angle between two adjacent sides of a polygon conferring on a plate 10, 20 its general form. In order to maintain a laminar flow in the inlet / outlet zones 41, 42 in the space formed between each plate 10, 20 of the stack 2, two elementary plates 10, 20 are therefore necessary: a first elementary plate 10 or of a first type whose inlet / outlet zones 41, 42 cause a laminar flow in the direction of the third flow direction S3 on the first face F1 and a laminar flow in the direction of the fourth flow direction S4 on the second face F2, and a second elementary plate 20 or of the second type whose entry / exit zones 41, 42 cause a laminar flow in the direction of the fourth flow direction S4 on the first face F1 and a laminar flow in the direction of the third flow direction S3 on the second face F2. In addition, the assembly 6 of the corrugations 35 of the core zone 30 of the first type plate 10 and the assembly 6 of the corrugations 35 of the core zone 30 of the second type plate 20 are in phase, the vertices 34 of the corrugations 35 of a plate of the first type 10 being aligned with the vertices 34 of the corrugations 35 of a plate of the second type 20. Thus, during the superposition of a plate of the first type 10 and a plate of second type 20 to form the stack 2 of plates 10,20, the peaks 34 of the corrugations 35 of the core zone 30 of the first type plate 10 and the second type plate 20, respectively, are facing each other with the cavities 36 of the corrugations 35 of the core zone 30 of the adjacent second-type plate 20 respectively of the adjacent first-type plate 10 through the openings 32 of the cavities 36. In order to stiffen the stack 2 of plates 10, 20 each input / output zone 41, 42 comprises a second set 7 of mo 45 formed by a set of reliefs otherwise called guides 43 and bases 44, the guides 43 being arranged facing the face F1 of a plate 10,20 and the bases 44 being arranged opposite the face F2 of a plate 10.20. The arrangement of the guides 43 and the bases 44 is made in such a way that the guides 43 of a plate 10, 20 adjacent in the stack 2 rest or create points of support on or for the bases 44 of the plate 10, 20 considered, thereby enhancing the cohesion of the stack 2 of plates 10, 20. In addition, the height of these guides 43 also allows the support of the edges of the plate 10, 20 on the edges of a plate 10, 20 adjacent in order to seal the heat exchanger 1. The superposition of two plates 10, 20 in the stack 2 creates a conduit 5 for a first fluid wire between two adjacent plates 10, 20. The first fluid fluid passes through the conduit 5 by first entering a space between two input / output areas 41, 42.
Le premier fluide fil prend alors la forme d'une lame de fluide avec une orientation sensiblement horizontale donnée par l'orientation générale des plaques 10, 20. Le fluide fil atteint ensuite un espace se trouvant entre deux zones 5 de coeur 30 de deux plaques adjacentes 10, 20 dans lequel il est réparti dans différents canaux formés par les cavités 36 des zones de coeur 30 des deux plaques adjacentes 10, 20. L'orientation générale de la lame de fluide pénétrant dans l'échangeur thermique s'inverse alors pour passer d'une orientation sensiblement horizontale à une orientation sensiblement verticale 10 dans la zone de coeur 30 permettant ainsi d'augmenter l'espace entre les plaques sur les zones d'entrée/sortie 41, 42 et de concentrer les pertes de charge sur la zone de coeur. Du fait de la superposition de deux plaques ondulées adjacentes, chaque canal d'une des deux plaques 10, 20 est en communication avec deux 15 canaux de l'autre plaque 10, 20. Cependant, l'écart séparant le sommet 34 de l'ondulation 35 d'une plaque de premier type 10 et les deux fonds 33 des deux ondulations 35 consécutives de la deuxième plaque 20 superposée à la première plaque 10 dans l'empilement 2 de plaques est minimisé de manière à augmenter les 20 pertes de charge dans cette zone. Cette augmentation de pertes de charge réduit sensiblement les passages de fluide depuis une cavité 36 de la zone de coeur de la première plaque 10 vers une cavité 36 de la zone de coeur de la deuxième plaque 20 et inversement. 25 Enfin, en sortie des zones de coeur 30, le premier fluide fil retrouve une orientation générale sensiblement horizontale. De même, le deuxième fluide f12 traverse de la même façon un autre conduit 5 formé par l'adjonction d'une plaque 10, 20 aux deux plaques précédentes dans l'empilement 2. A la Figure 4, on a représenté une vue de dessus schématique 30 d'une plaque de l'échangeur pour expliquer le problème technique à la base de l'invention. Les éléments déjà décrits ne sont pas décrits plus avant. Cependant, comme illustré à la figure 4, lorsque l'on se déplace le long de la direction H, sur la zone d'entrée-sortie 42 on trouve une zone de pressions 35 fortes ZPF et à l'opposé une zone de pressions faibles ZPf, les pressions s'étageant entre ces deux zones et ceci pour un sens de circulation de fluide depuis la zone de coeur vers l'extérieur. D'autres répartitions de zones de pressions différentes peuvent se rencontrer. Lorsque le fluide pénétrant dans l'échangeur circule selon l'orientation H montrée à la Figure 4, des différences de vitesse de sortie des fluides fil ou f12 de l'ordre de 30% peuvent être observées d'un bord à l'autre de l'échangeur. Lorsque le fluide pénétrant dans l'échangeur circule selon l'orientation V montrée à la Figure 4, des différences de l'ordre de 4% peuvent être observées. Selon l'invention, on a découvert que cette disposition des pressions limitait la qualité de l'échangeur. Il a été développé une solution dans laquelle les largeurs des cavités ou canaux 36 parcourus par les flux laminaires verticaux de l'un et l'autre fluide fil ou f12 varient transversalement d'un premier côté de la plaque à un second côté de la plaque, dans la direction H. Dans un mode de réalisation, les canaux les plus larges sur une plaque donnée de l'échangeur sont disposés en vis-à-vis de la zone de pressions fortes ZPF rencontrée par le fluide fil ou f12 lorsqu'il quitte la zone de coeur 30 et arrive en zone d'entrée-sortie 41, 42. Les canaux les plus étroits sont disposés en vis-à-vis de la zone des pressions faibles ZPf rencontrées par le fluide fil ou f12 lorsqu'il quitte la zone de coeur 30 et arrive en zone d'entrée-sortie 41, 42.The first fluid wire then takes the form of a fluid blade with a substantially horizontal orientation given by the general orientation of the plates 10, 20. The fluid wire then reaches a space between two core areas 30 of two plates 10, 20 in which it is distributed in different channels formed by the cavities 36 of the core zones 30 of the two adjacent plates 10, 20. The general orientation of the fluid blade penetrating into the heat exchanger then reverses to move from a substantially horizontal orientation to a substantially vertical orientation in the core zone 30 thereby increasing the space between the plates on the input / output areas 41, 42 and to concentrate the pressure losses on the heart zone. Due to the superposition of two adjacent corrugated plates, each channel of one of the two plates 10, 20 is in communication with two channels of the other plate 10, 20. However, the gap separating the vertex 34 of the the corrugation 35 of a first type plate 10 and the two bottoms 33 of the two consecutive corrugations of the second plate 20 superimposed on the first plate 10 in the stack 2 of plates is minimized so as to increase the pressure losses in this zone. This increase in pressure drop substantially reduces the fluid passages from a cavity 36 of the core zone of the first plate 10 to a cavity 36 of the core zone of the second plate 20 and vice versa. Finally, at the outlet of the core zones 30, the first fluid fluid returns to a substantially horizontal general orientation. Similarly, the second fluid f12 passes in the same way another conduit 5 formed by the addition of a plate 10, 20 to the two previous plates in the stack 2. In Figure 4, there is shown a view from above schematic 30 of a plate of the exchanger to explain the technical problem underlying the invention. The elements already described are not described further. However, as illustrated in FIG. 4, as one moves along the direction H, on the input-output zone 42 there is a zone of high pressures ZPF and on the opposite a zone of low pressures. ZPf, the pressures lying between these two zones and this for a direction of flow of fluid from the core zone to the outside. Other distributions of zones of different pressures can meet. When the fluid entering the exchanger circulates in the orientation H shown in FIG. 4, differences in output velocity of the wire fluids or f12 of the order of 30% can be observed from one edge to the other of the exchanger. When the fluid entering the exchanger circulates in the orientation V shown in Figure 4, differences of the order of 4% can be observed. According to the invention, it has been discovered that this arrangement of the pressures limits the quality of the exchanger. A solution has been developed in which the widths of the cavities or channels 36 traversed by the vertical laminar flows of either fluid wire or f12 vary transversely from one side of the plate to a second side of the plate. , in the direction H. In one embodiment, the widest channels on a given plate of the exchanger are arranged vis-à-vis the zone of high pressure ZPF encountered by the fluid wire or f12 when leaves the core zone 30 and arrives in the input-output zone 41, 42. The narrow channels are arranged vis-à-vis the zone of the low pressures ZPf encountered by the fluid wire or f12 when leaving the core zone 30 and arrives in the input-output zone 41, 42.
La Figure 5 représente une coupe transversale d'une partie d'une paire de plaques adjacentes dans un mode de réalisation. On note que sur un empilement de deux plaques, la plaque de premier type 10 présente des zones d'entrée-sortie 41, 42 pour un premier fluide fil, tandis que la plaque de second type 20 présente des zones d'entrée-sortie 41, 42 pour un second fluide f12 (voir notamment Figures 3 et 4). Comme cela est visible sur la Figure 5, une plaque de premier type 10 définit avec une plaque de second type 20, disposée en dessous de la plaque de premier type 10, une section de passage dans laquelle circule le premier fluide fil dans le sens R entre les zones d'entrée-sortie 41 et 42 de la plaque de premier type 10. La section de passage est définie, du fait de l'imbrication des plaques de premier type 10 et de second type 20, par les canaux ou cavités 36 de la plaque de premier type 10 qui se trouvent en communication avec les canaux de part et d'autre du canal 36 de la plaque de deuxième type 20, disposée immédiatement en-dessous au dessin. Il en résulte que le canal 36 pratiqué sous le sommet 34 de l'ondulation de la plaque de deuxième type 20 immédiatement placé en dessous du canal 36 pratiqué sous le sommet 34 de l'ondulation de la plaque de premier type 10 doit présenter une largeur L2 égale à la largeur L2 de la cavité 36 de la plaque de premier type 10 en vis-à-vis. Ces canaux ouverts de largeur L1 sur le dessus de la plaque de premier type 10 sont parcourus par le second fluide f12 dans le sens noté A à la Figure 5, lorsque la plaque de premier type 10 est surmontée (non représenté) d'une plaque de deuxième type 20. La situation se reproduit sur tout l'empilement de l'échangeur. On note que les largeurs L1 et L2 sont mesurées sur le plan 10 médian (P) de chaque plaque, à mi-hauteur H/2 de chaque ondulation. La Figure 6 représente une coupe transversale d'une paire de plaques adjacentes sur toute son extension. On remarque à la Figure 6 que les ondulations de chaque plaque de premier ou de deuxième type peuvent, pour chaque plaque, être classées en deux catégories : 15 - un premier ensemble de canaux ouverts par les ondulations sur la première face de chaque plaque ; et - un second ensemble de canaux ouverts entre les mêmes ondulations sur la seconde face de chaque plaque ; chaque ensemble de canaux formant ainsi respectivement des canaux de 20 premier type ouverts vers le bas de la figure 6 et des canaux de second type ouverts vers le haut de la figure 6, un canal de premier type étant adjacent à un canal de second type de chaque côté d'une même plaque. Les zones de coeur de la paire de plaques de premier type 10 et de deuxième type 20 sont partagées en trois groupes de gauche à droite : 25 une partie P1 dans laquelle les canaux de premier et de second types sont de même largeur L1= L2, et ceci identiquement pour les deux plaques de premier type 10 et de deuxième type 20; et - une partie P2 dans laquelle les canaux de premier et de second types sont de même largeur L1'= L2' avec L2'>L2; et 30 une partie P3 dans laquelle les canaux de premier et de second types sont de même largeur L1"= L2" avec L2">L2'. Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs groupes de diverses largeurs diminuant, de la gauche vers la droite sur la figure 6, sont prévus. Dans chaque groupe de canaux considéré, les largeurs L1, L2 sont constantes.Figure 5 shows a cross section of a portion of a pair of adjacent plates in one embodiment. It is noted that on a stack of two plates, the first type plate 10 has input-output areas 41, 42 for a first wire fluid, while the second type plate 20 has input-output areas 41 , 42 for a second fluid f12 (see in particular FIGS. 3 and 4). As can be seen in FIG. 5, a plate of the first type 10 defines with a plate of the second type 20, disposed below the plate of the first type 10, a passage section through which the first fluid flows in the direction R between the input-output areas 41 and 42 of the plate of the first type 10. The passage section is defined, because of the interlocking of the plates of the first type 10 and the second type 20, by the channels or cavities 36 of the first type plate 10 which are in communication with the channels on either side of the channel 36 of the second type plate 20, disposed immediately below the drawing. As a result, the channel 36 formed under the top 34 of the corrugation of the second type plate 20 immediately below the channel 36 formed under the top 34 of the corrugation of the first type plate 10 must have a width L2 equal to the width L2 of the cavity 36 of the first type plate 10 vis-à-vis. These open channels of width L1 on the top of the plate of first type 10 are traversed by the second fluid f12 in the direction marked A in FIG. 5, when the plate of first type 10 is surmounted (not shown) by a plate of second type 20. The situation is repeated on the entire stack of the exchanger. It is noted that the widths L1 and L2 are measured on the median plane (P) of each plate at mid-height H / 2 of each corrugation. Figure 6 shows a cross section of a pair of adjacent plates throughout its extension. Note in Figure 6 that the corrugations of each plate of first or second type can, for each plate, be classified into two categories: - a first set of channels opened by the corrugations on the first face of each plate; and - a second set of open channels between the same undulations on the second face of each plate; each set of channels thereby respectively forming downwardly open first type channels of FIG. 6 and open second type channels of FIG. 6, a first type channel being adjacent to a second type channel of FIG. each side of the same plate. The core areas of the pair of first and second type plates 20 are divided into three groups from left to right: a part P1 in which the first and second types of channels are of the same width L1 = L2, and this identically for the two plates of first type 10 and second type 20; and a P2 part in which the first and second types of channels are of the same width L1 '= L2' with L2 '> L2; and a part P3 in which the first and second types of channels are of the same width L1 "= L2" with L2 "> L2 'In other embodiments, several groups of varying widths decreasing, from the left towards In each group of channels considered, the widths L1, L2 are constant.
35 Dans d'autres modes de réalisation, la variation de largeur de L1 et de L2 est graduelle tout le long de la transversale aux ondulations, dans le plan (P) à mi hauteur (H/2) des ondulations 35. On remarque que les plus fortes largeurs de cavité ou de canal d'une plaque 10, respectivement 20, en regard de la cavité 36 sous sommet 34 des 5 ondulations d'une plaque 20, respectivement 10, sont disposées du côté des zones de pression forte ZPF relativement aux zones d'entrée-sorte 41, 42. Une première paroi de guidage 50 du flux délimite la zone de sortie inclinée par rapport à la direction des canaux, les canaux présentant la plus grande largeur étant disposés du côté de l'échangeur le plus proche de la première paroi de 10 guidage 50 de la zone de sortie. Inversement, une seconde paroi de guidage 51 du flux délimite la zone d'entrée inclinée par rapport à la direction des canaux, les canaux présentant la plus faible largeur étant disposés du côté de l'échangeur le plus proche de la seconde paroi de guidage 51 de la zone d'entrée.In other embodiments, the width variation of L1 and L2 is gradual all along the transverse to the corrugations, in the mid-height (H / 2) plane (P) of the corrugations 35. the largest cavity or channel widths of a plate 10, respectively 20, opposite the cavity 36 under the top 34 of the 5 corrugations of a plate 20, respectively 10, are arranged on the side of the zones of strong pressure ZPF relatively to the input-sort zones 41, 42. A first guide wall 50 of the flow defines the exit zone inclined with respect to the direction of the channels, the channels having the greatest width being arranged on the side of the exchanger the most close to the first guide wall 50 of the exit zone. Conversely, a second guide wall 51 of the flow defines the entry zone inclined with respect to the direction of the channels, the channels having the smallest width being disposed on the side of the exchanger closest to the second guide wall 51 from the entrance area.
15 Dans un exemple de réalisation, la variation de largeur des canaux d'un bord à l'autre de la plaque est de 10 centièmes de millimètres en réalisant des séries de 13 canaux autour d'une valeur moyenne de largeur de canaux de 1,35 millimètre. En utilisant une telle disposition des ondulations et des canaux, on 20 a mesuré une égalisation des vitesses de sortie des fluides fil, f12 dans une section transversale (PO) de la zone d'entrée-sortie 41. Dans un mode de réalisation, le rapport entre la hauteur H des ondulations 35 et Ll , est au moins égale à 3. Dans un mode de réalisation, les plaques de premier et de 25 deuxième types sont réalisées en polyéthylène téréphtalate amorphe. Il apparaît bien entendu que les différents modes de réalisations détaillés ci-dessus ne constituent que des exemples de mises en oeuvre de l'invention telle que définie par les revendications ci-jointes. Des variantes de 30 ces différents modes de réalisation peuvent être envisagées et les différents modes de réalisations décrits peuvent être combinés de façon aisée par l'homme du métier.In an exemplary embodiment, the width variation of the channels from one edge to the other of the plate is 10 hundredths of a millimeter by producing series of 13 channels around an average value of channel width of 1, 35 millimeters. Using such an arrangement of the corrugations and channels, an equalization of the output velocities of the wire fluids f12 in a cross-section (PO) of the input-output area 41 is measured. In one embodiment, the The ratio between the height H of the corrugations 35 and L1 is at least 3. In one embodiment, the first and second type plates are made of amorphous polyethylene terephthalate. It will be understood that the various embodiments described above are only examples of implementations of the invention as defined by the appended claims. Variations of these different embodiments can be envisaged and the different embodiments described can be easily combined by those skilled in the art.
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