FR3130360A1 - Surface d'échange corruguée - Google Patents

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Abstract

Surface d’échange corruguée Cette surface d’échange améliorée utilisée pour des échangeurs et comportant des parois, est caractérisée en ce que les parois comportent des corrugations réalisées par des trous (7) et des bosses (6, 8) disposées en rangées, une rangée de trous succédant à une rangée de bosses et une bosse (6, 8) est toujours en regard d’un trou (7). Figure pour l'abrégé : 1

Description

Surface d’échange corruguée
La présente invention concerne une surface d’échange améliorée pouvant être utilisée pour augmenter les performances des échangeurs et améliorer les échanges thermiques tout en limitant les pertes de charge.
Les échangeurs actuels, comportant des surfaces d’échange lisses, sont très encombrants, lourds et sont réalisés dans des matériaux nobles pour tenir les fortes exigences notamment de température, de pression, de corrosion, etc.
On sait que de tels échangeurs doivent remplir des fonctions principales qui sont d’assurer un échange de chaleur optimisé par exemple entre deux fluides et d’assurer une réaction de catalyse optimisée et ce sous contrainte de simplification de fabrication, de limitation de l’encombrement, de limitation de la masse, de ne pas être soumis à l’encrassement, de tenir la pression et de limiter des pertes de charge internes.
En fait, on trouve dans l’état de la technique, différentes structures d’échangeurs.
Ainsi par exemple on connait des échangeurs à tube et calandre qui sont un assemblage de tubes lisses sur une plaque à tubes.
Il n’y a aucune amélioration de la surface des tubes afin d’optimiser l’échange.
Ces échangeurs sont encombrants et relativement lourds.
En revanche, ils sont d’une fabrication maîtrisée, d’un nettoyage aisé et d’une bonne tenue à la pression grâce aux tubes lisses tout en présentant des pertes de charge limitées.
On connaît également pour les échangeurs de petite puissance, des échangeurs à plaques classiques.
Ainsi par exemple, ces échangeurs sont constitués d’un empilement de plaques circulaires nervurées et soudées, par exemple en acier inoxydable.
L’assemblage est inséré dans une calandre cylindrique et l’échange est optimisé et la tenue à la pression est assurée.
Les pertes de charge sont plutôt faibles.
On connaît également des échangeurs à tubes créés par enfoncement ponctuel de matière.
Mais ceci a pour inconvénient de réduire la section de passage du fluide ce qui augmente les pertes de charge très fortement. Par ailleurs, on augmente également le risque d’encrassement.
D’autres tubes créés par repoussage de matière sous forme d’hélicoïdes sont également connus dans l’état de la technique.
Mais ces systèmes ont pour inconvénient de réduire la section de passage du fluide, ce qui augmente les pertes de charge et présentent également des inconvénients d’encrassement.
D’autres solutions consistent à ajouter des crêtes en surface afin d’augmenter la turbulence et la surface d’échange.
Mais ceci crée des recirculations importantes à l’arrière des crêtes, et donc augmente les pertes de charge de sorte que l’efficacité dans le tube n’est pas améliorée.
Le but de l’invention est donc de résoudre ces problèmes.
À cet effet l’invention a pour objet une surface d’échange améliorée utilisée pour des échangeurs et comportant des parois, caractérisée en ce que les parois comportent des corrugations réalisées par des trous et des bosses disposées en rangées, une rangée de trous succédant à une rangée de bosses.
Suivant d’autres caractéristiques de la surface d’échange améliorée selon l’invention, prises seules ou en combinaison :
  • une bosse est toujours en regard d’un trou de la surface d’échange de façon à conserver une section de passage constante et équivalente ;
  • les bosses et les trous sont allongés et profilés sur les bords d’attaque et de fuite, dans le sens de l’écoulement du fluide ;
  • il est réalisé par fabrication additive.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la représente une vue en perspective d’une portion d’échangeur de chaleur selon l’invention ;
- la représente une vue en bout d’un tel échangeur ; et
- la représente également une vue en perspective d’un échangeur selon l’invention.
On a en effet illustré sur ces figures, un tronçon d’échangeur qui par exemple a été réalisé par fabrication additive et qui présente par exemple trois canaux fermés et un canal ouvert.
Sur ces figures, le tronçon d’échangeur est désigné par la référence générale 1, les canaux fermés par les références 2, 3 et 4 et le canal ouvert par la référence générale 5.
Le sens d’écoulement du fluide est illustré par la flèche A sur les figures.
En fait, les surfaces d’échange (thermique et/ou chimiques) comportent des corrugations réalisées par des trous et des bosses disposées en rangées, une rangée de trous succédant à une rangée de bosses comme cela est illustré.
Ainsi par exemple, sur la , on a illustré une bosse désignée par la référence générale 6 suivie d’un trou désigné par la référence générale 7 suivi lui-même d’une bosse désignée par la référence générale 8, ces trous et ces bosses étant disposés en rangées se succédant.
Ceci permet de ne pas créer de chemin préférentiel pour le fluide, l’écoulement étant homogène dans le canal.
Egalement, dans un canal tel que par exemple le canal 4 illustré sur la , une bosse est toujours en vis-à-vis d’un trou de la surface d’échange.
Ceci permet de conserver une section de passage de fluide constante et équivalente tel que celle montrée en traits interrompus sur cette figure et désignée par la référence générale B.
De plus, et comme cela est illustré sur la , les formes, c’est-à-dire les trous et les bosses sont allongés dans le sens de l’écoulement du fluide afin de présenter le minimum de résistance à l’écoulement, donc le minimum de perte de charge.
On peut voir également sur ces figures que les bosses et les trous sont allongés et profilés sur le bord d’attaque et de fuite afin d’optimiser encore le fonctionnement de cet échangeur.
Ainsi, l’échange thermique ou chimique est optimisé par rapport aux échangeurs à canaux, plaques ou tubes de l’état de la technique, c’est-à-dire ne présentant pas d’amélioration de surface.
Bien entendu, d’autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.

Claims (4)

  1. Surfaces d’échange améliorée utilisée pour des échangeurs et comportant des parois, caractérisée en ce que les parois comportent des corrugations réalisées par des trous (7) et des bosses (6, 8) disposées en rangées, une rangée de trous succédant à une rangée de bosses.
  2. Surface d’échange améliorée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’une bosse (6, 8) est toujours en regard d’un trou (7) de la surface d’échange de façon à conserver une section de passage constante et équivalente.
  3. Surface d’échange améliorée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les bosses et les trous (6, 7, 8) sont allongés et profilés sur les bords d’attaque et de fuite, dans le sens de l’écoulement du fluide.
  4. Surface d’échange améliorée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est réalisée par fabrication additive.
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US20060185835A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-24 Toyoaki Matsuzaki Heat exchange plate
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