WO2020069880A1 - Plaque pour un échangeur de chaleur à plaques - Google Patents

Plaque pour un échangeur de chaleur à plaques

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WO2020069880A1
WO2020069880A1 PCT/EP2019/075267 EP2019075267W WO2020069880A1 WO 2020069880 A1 WO2020069880 A1 WO 2020069880A1 EP 2019075267 W EP2019075267 W EP 2019075267W WO 2020069880 A1 WO2020069880 A1 WO 2020069880A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat exchanger
panel
junction
plates
plate
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/075267
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English (en)
Inventor
Henricus NEEFS
Constantin Popescu
Original Assignee
Axens
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Publication date
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Priority to EP19769513.3A priority patent/EP3861270A1/fr
Priority to US17/281,794 priority patent/US20210389060A1/en
Priority to KR1020217012334A priority patent/KR20210065990A/ko
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
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    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the invention relates to the field of plate heat exchangers used in particular for the exchange of heat between two gases, but also between two liquids or between a liquid and a gas.
  • the heat exchangers which are particularly advantageous for the invention are gas-gas exchangers which operate with large or small flow volumes at relatively low pressures, for example from 0.1 to 1.5 MPa. They can be used for example in the form of air preheaters for ovens or can be part of NOx reduction installations (“DeNOx” devices).
  • heat exchangers The function of heat exchangers is to carry out a heat exchange between a high temperature fluid and a low temperature fluid without mixing them. Plate heat exchangers have good thermal performance thanks to their large exchange surface, while being compact.
  • Plate heat exchangers recover heat by arranging a plurality of plates stacked parallel to each other at predetermined intervals. Said plates are spaced such that the space between two adjacent plates forms a channel through which a fluid can flow. A high temperature fluid and a low temperature fluid are supplied alternately to the successive channels so as to effect a heat transfer between the high temperature fluid and the low temperature fluid through each plate.
  • Patent EP165179B1 describes a plate heat exchanger characterized in that the channels are defined by the space included between pressed quadrilateral plates. Said pressed plates comprise two pairs of opposite edges bent at 90 ° in opposite directions: a pair upwards and a pair downwards when the plates are considered in a horizontal plane. The pressed plates are mounted symmetrically and are associated with each other by welding their vertical edges. In such a heat exchanger, the inlet and the outlet of each channel are identical. Each pressed plate requires at least four folding operations for its manufacture.
  • Patent application US2010 / 0006274A1 describes a plate heat exchanger consisting of quadrilateral plates having at least two opposite edges curved with respect to the heat transfer surface. Fluid channels are defined by the space between a pair of identical plates which are positioned by being a mirror image with respect to each other. Consequently, the two curved edges of a plate are in contact with the two curved edges of the symmetrical plate. Thus, the plates are curved on at least two opposite edges.
  • the object of the invention is to provide an improved plate heat exchanger, in particular with a plate design guaranteeing a reduced number of manufacturing operations and / or a reduced manufacturing time, and preferably without affecting the performance of the heat transfer. and resistance to corrosion, in particular resistance to corrosion by cracking.
  • the heat exchanger plate according to the invention comprising a central panel with at least four sides, said central panel preferably being quadrilateral or quadrilateral with truncated corners, can be defined as follows:
  • a first side of the central panel is inclined relative to said central panel and forms a first junction panel
  • a “flat” side within the meaning of the invention is to be understood with its usual meaning, namely that the side is entirely flat, from one end to the other of the edge in question, and it therefore does not include no portion which would not be, and which, for example would be tilted.
  • the plate according to the invention is produced with a reduced number of operations, insofar as only one folding operation is required to manufacture the plate.
  • the heat exchanger plate has a heat transfer performance similar to that of conventional heat exchanger plates.
  • the corrosion resistance of the heat exchanger plate according to the invention is improved.
  • the plate according to the invention makes it possible to maintain the temperature of the wall of the plate above the dew point of the fluid, while a hot gas flows at the level of the entry and the exit of the channel of the 'heat exchanger, which reduces the risk of corrosion under the effect of condensed acids.
  • the design of the inlet and outlet of the channel has a geometry with a lower risk of corrosion by cracking since the number of curved edges is reduced.
  • the plate according to the invention can be welded in such a way that it is not necessary to compensate for the expansion of the corners of the plate and that it is not necessary to '' use a dedicated expansion device in the chassis (“casing” according to English terminology) of the heat exchanger.
  • the first junction panel of the heat exchanger plate according to the invention comprises a first part, in particular a single part, said first part forming an angle a with said central panel.
  • the plate is very easy to manufacture.
  • the first junction panel of the heat exchanger plate according to the invention is made from a first part and from a second part extending from said first part, said first part forming an angle a with the central panel and said second part being parallel to the central panel.
  • the first joint panel can be made with both parts in a single folding operation.
  • the second part can advantageously be used to weld the first junction panel to another heat exchanger plate.
  • the plate with a single junction panel can be manufactured in a single folding operation. Therefore, the plate is very easy to manufacture and can be very easily assembled with another plate.
  • the angle a between the first part of the first junction panel and the central panel is preferably between 10 ° and 90 °, preferably between 20 ° and 60 °, and more preferably between 30 ° and 50 °.
  • a second side of the central panel of the heat exchanger plate according to the invention can be inclined relative to the central panel, said second side being adjacent to the first side and said second side forming a second junction panel inclined in the opposite direction relative to the first junction panel.
  • the opposite side of said second side can be either flat or inclined so as to form a third junction panel, said third junction panel being a mirror image of said second junction panel.
  • the second junction panel can be used to mechanically connect the central panel of said heat exchanger plate to another heat exchanger plate.
  • either the opposite side of said second side is planar and the two junction panels of the heat exchanger plate according to this embodiment can be mechanically connected to two heat exchanger plates comprising two panels junction, each of the junction panels being connected to one of the two plates.
  • the opposite side of said second side is inclined so as to form a third junction panel which is a mirror image of said second junction panel, that is to say that the edge opposite to the second junction panel is tilted in the same direction as the second panel of junction.
  • the heat exchanger plate with three junction panels can be mechanically connected to two other heat exchanger plates having only a first junction panel, the first junction panel being connected to a plate and the second and third panels junction being connected to the other plate.
  • the second junction panel of the heat exchanger plate according to the invention comprises a first part, in particular a single part, said first part forming an angle b with the panel central.
  • the plate is very easy to manufacture.
  • the second junction panel of the heat exchanger plate according to the invention is made from a first part and from a second part extending from said first part, said first part forming an angle b with the central panel and said second part being parallel to the central panel.
  • the second junction panel can be manufactured with the two parts in a single folding operation, so that the plate with two junction panels can be manufactured in two folding operations.
  • the second part of the junction panel can be used to weld the second junction panel to another heat exchanger plate. Therefore, the plate is very easy to manufacture and very easy to assemble with two other plates having two junction panels.
  • the third junction panel if any, is a mirror image of the second junction panel and requires a third folding operation.
  • the plate with three junction panels can be assembled with two plates having only a first junction panel so that overall, the production of a pair of plates requires only four folding operations.
  • said angle b between the first part of the second junction panel and the central panel is between 10 ° and 120 °, preferably between 20 ° and 1 10 °, and more preferably between 30 ° and 100 ° or, in particular, is 45 ° or 90 °.
  • Another object of the present invention is a pair of heat exchanger plates comprising two spaced heat exchanger plates, as described above, i.e. a first and a second exchanger plate heat, whose central panels are parallel to each other, in which
  • the first junction panel of the first heat exchanger plate and the first junction panel of the second heat exchanger plate are arranged so as to face each other, the first junction panel of said first heat exchanger plate is fixed directly to the central panel of the second heat exchanger plate on said opposite plane side,
  • the first junction panel of said second heat exchanger plate is fixed directly to the central panel of the first heat exchanger plate on said opposite plane side,
  • the space between the first and the second heat exchanger plate forms a first channel for receiving a first fluid.
  • the two plates of the pair of plates according to the invention are assembled by their first junction panels.
  • the space between the two plates forms the first channel for receiving a first fluid.
  • the first channel has a trapezoidal section which remains identical over its entire length.
  • the speed of the fluid is substantially constant over the entire length of the channel, which may be advantageous depending on the nature of the fluids.
  • each heat exchanger plate As the manufacturing time of each heat exchanger plate is reduced compared to that of conventional heat exchanger plates, the manufacturing time of the pair of plates is also reduced.
  • Another object of the present invention is a stack of pairs of heat exchanger plates, comprising two pairs of successively spaced plates as described above, a first pair of heat exchanger plates and a second pair of plates heat exchanger, in which:
  • said first pair and said second pair are arranged parallel to each other, the space between the first and second pair of heat exchanger plates forms a second channel for receiving a second fluid,
  • said second pair is identical to said first pair, or said second pair is a mirror image of said first pair.
  • the stack of two pairs of successive spaced plates according to the invention makes it possible to form the second channel for receiving a second fluid.
  • the second channel has a section which varies along the length of the second channel.
  • the speed of the fluid varies over the length of the channel, which may be advantageous depending on the nature of the fluids.
  • the manufacturing time of each pair of heat exchanger plates is reduced compared to that of conventional pairs of heat exchanger plates, so that the manufacturing time of the stack of pairs of plates is also reduced.
  • the two successive pairs of the stack of pairs of plates according to the invention are connected laterally by closing means, said closing means comprising preferably a side bar, a cover plate with a C or U profile, or a flat cover plate of hexagonal or pentagonal shape.
  • the heat exchanger plates according to the invention do not have a second junction panel.
  • the stack of pairs of heat exchanger plates as described above said second pair being preferably identical to said first pair comprises heat exchanger plates such that a second side of the central panel is inclined relative to the central panel, said second side being adjacent to the first side and said second side forming a second junction panel being inclined in the opposite direction from the first junction panel, and the opposite side of said second side is planar.
  • the stack according to the invention is then such that:
  • the second junction panel of the second heat exchanger plate of the first pair is fixed directly to the central panel of the first heat exchanger plate of the second pair and the second junction panel of the first plate heat exchanger of the second pair is fixed directly to the central panel of the second heat exchanger plate of the first pair,
  • either closure means can connect said two pairs laterally, on the side of the second junction panels, or the corner area at the intersection between the first and second junction panels can be shaped so as to mechanically connect said two pairs.
  • the stack of two pairs of successive plates spaced apart according to this embodiment of the invention allows the first and second junction panels to be used to mechanically connect the heat exchanger plates.
  • the manufacturing time of each pair of heat exchanger plates is reduced compared to that of conventional pairs of heat exchanger plates, and the manufacturing time of the stack of pairs of plates is also reduced.
  • the stack of pairs of heat exchanger plates can advantageously comprise heat exchanger plates in which said second junction panel of each plate of the stack comprises a first part, in particular a single part, said first part forming an angle b with the central panel, or in which said second junction panel of each plate of the stack is made to starting from a first part and from a second part extending from said first part, said first part forming an angle b with the central panel and said second part being parallel to the central panel.
  • Another object of the invention is a plate heat exchanger comprising the heat exchanger plates and / or pairs of heat exchanger plates and / or a stack of pairs of heat exchanger plates as described previously, arranged in an appropriate frame (“casing” according to English terminology).
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a pair of heat exchanger plates as described above, said method comprising the following steps:
  • each of said central panels fold said second side so as to form a second junction panel, said second junction panel comprising a first part, in particular a single part, said first part forming an angle b with the central panel,
  • Assembling the pair of heat exchanger plates is easy and has a reduced number of bending operations, which reduces manufacturing costs and time.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a stack of pairs of heat exchanger plates as described above, said method comprising:
  • first junction panel for each of said central panels, folding said first side so as to form a first junction panel, said first junction panel comprising a first part, in particular a single part, said first part forming an angle with the central panel, optionally, for each of said central panels, fold said second side so as to form a second junction panel, said second junction panel comprising a first part, in particular a single part, said first part forming an angle b with the central panel,
  • the plates of the heat exchanger can be substantially identical, and are preferably identical, which makes assembly easier and reduces manufacturing costs. : to form a stack of pairs, it suffices only, for example, to prepare a first stack of plates, and a second stack of plates in which the plates, in particular all identical, have undergone a rotation of 180 ° and have been turned over. Then, the plates are taken alternately from the two stacks to progressively manufacture the stack. The process can be automated.
  • the plates of the heat exchanger can be substantially similar: the second junction panel is located alternately on one side and on the other of the first junction panel, for two plates which follow one another in the stack of plates.
  • the second junction panels can thus be opposite one another when two successive pairs are assembled. This makes assembly easy and reduces manufacturing costs: to form a stack of pairs, it suffices only, for example, to prepare a first stack of plates of the first type and a second stack of to make the stack. The process can be automated.
  • the terms “supply” or “inlet” and “outlet” or “discharge” and “in” or “out of” are used with reference to the direction of flow of the fluids.
  • the term “side” of the central panel is used with reference to the periphery of the central panel, over a certain width, for example up to 5% of the width of the plate.
  • mirror image means symmetry with respect to a plane located in the middle of the space separating the object from its image.
  • the invention can be used for example for plate heat exchangers operating according to the cross-flow principle in which the fluids flowing on the two faces of each plate are directed substantially perpendicular to each other.
  • the invention can also be used for plate heat exchangers operating according to a counter-current principle, in which the fluids flowing on the two faces of each plate are directed substantially in opposite directions.
  • the invention can also be used for plate heat exchangers operating according to a co-current flow principle in which the fluids flowing on the two faces of each plate are directed substantially in the same direction.
  • the invention can also be used for plate type heat exchangers operating according to other flow principles.
  • the invention is particularly suitable for the exchange between two fluids, in particular two gases, but can also be used to exchange heat between two liquids or between a liquid and a gas.
  • the invention is more particularly suitable for the exchange between two gases, in particular gas flows at the inlet and at the outlet of a single piece of equipment, such as for example the air to be conveyed to an oven and the fumes from the same oven or similarly, the hot stream from a NOx reduction system and the cold stream from the same NOx reduction system.
  • a plate heat exchanger according to the invention can be used for fluids operating at a pressure ranging from the total vacuum pressure up to 1.5 MPa, preferably from 0.1 to 1.0 MPa, more preferably from 0.1 to 0.6 MPa.
  • a plate heat exchanger according to the invention can consist either of channels of uniform height, or of channels of different heights on each circuit.
  • the height of the first junction panel and the heights of the second and third junction panel, if any, may be similar or different.
  • the height of the channels can be determined according to the operating conditions. Typically, it can be from 5 to 30 mm, in particular from 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm or any suitable height whatsoever.
  • the width of the heat exchanger plate according to the invention can typically be between 1,000 mm and 2,000 mm, preferably between 1,300 mm and 1,700 mm.
  • the length of the plate heat exchanger according to the invention may typically be between 1,000 mm and 7,500 mm, preferably between 1,500 mm and 7,000 mm.
  • the thickness of the plate can be between 0.6 mm and 6 mm, preferably between 1.5 mm and 2.0 mm.
  • the central panel of the heat exchanger plate according to the invention can have any suitable shape, for example trapezoidal, hexagonal or quadrilateral.
  • the central panel is most preferably quadrilateral, in particular rectangular or square, possibly with truncated corners.
  • the central panel includes a first face (or lower face) and a second face (or upper face) opposite the first face.
  • the first and second faces may be flat but may also locally include reliefs, grooves or protuberances.
  • protuberances (“dimples” according to English terminology) can be added or pressed into the central panel of the plates.
  • Outgrowths can be implemented on one face of the plate or on both sides of the plate with several arrangements depending on the characteristics of the plate and the use of said outgrowths.
  • the protuberances can be used as spacers and are provided to minimize deformation of the plates when stacked on top of each other. Single or double growths are typically distributed over the surface of the central panel of the heat exchanger plates.
  • pin or picot fins (“fine pine” according to English terminology) can also be welded to the central panel of the heat exchanger plate according to the invention using resistance welding.
  • the heat exchanger according to the invention is such that:
  • the first channel is located between the two heat exchanger plates of a single pair of plates according to the invention. Said two plates are mechanically connected by their first junction panels on each side.
  • the first channel has a trapezoidal cross section and said section retains the same dimension over the entire length of the channel.
  • the fluid enters directly at a given speed into the channel. Then, the speed of the fluid flow is constant over the entire length of the channel. The fluid also exits at the same speed. Consequently, the first channel is said to have "direct" input and output zones ("bluff" in English terminology), unlike the second channel.
  • the second channel is located between two successive pairs spaced from two plates.
  • the section of the channel is not constant over the entire length of the channel. Indeed, a cross section of the second channel shows that the entry and exit zones are larger than the rectangular central section of the canal. Consequently, the speed of the fluid varies over the length of the second channel: it increases when the channel section decreases in the first part of the channel (the inlet) and it decreases when the channel section increases in the last part of the channel (the exit). Consequently, the second channel is said to have a "sharp" entry and exit zone ("Sharp" in English terminology), unlike the first channel.
  • the hot fluid to be treated in the plate heat exchanger on the hot side can be sent to the "direct channels” and the cold fluid to be treated on the cold side can be sent to "live channels”.
  • the cold fluid to be treated in the plate heat exchanger on the cold side can be sent to the "direct channels” and the hot fluid to be treated on the hot side can be sent to "live channels”.
  • the profile of the heat exchanger plate is favorable to the condensation of the vapor of the hot fluid.
  • the profile of the heat exchanger plate is favorable to avoid condensation of the hot fluid.
  • closing means can be used if necessary to close the lateral sides of the second channel and seal the channel.
  • said closure means can be mechanically connected to the plates by any means known to those skilled in the art, for example by welding, in particular by seam welding ("seam welding" according to English terminology) or by bolting.
  • the second channel is advantageously provided with means for closing its lateral side between two pairs of successive plates.
  • Said closing means can be lateral bars ("edge bars” according to English terminology) or dedicated cover plates ("cover parts” in English terminology) or any equivalent means.
  • the cover plates can be manufactured in one or more pieces, some having a C shape, or a U shape or any profile allowing the second plate of the first pair to be assembled and the first plate of the second pair.
  • the shape of the cover plate can also be octagonal so as to fit in one piece with the cross section of the second channel.
  • Closing means can be arranged longitudinally in the direction of flow of the second fluid at the inlet and the outlet of the second channel.
  • the successive pairs are assembled by the second junction panel of the second plate of the first pair on one side and by the second junction panel of the first plate of the second pair on the other side.
  • closing means can advantageously be arranged longitudinally in the direction of flow of the second fluid at the inlet and at the outlet of the second channel.
  • Said closure means may preferably be a polygonal cover plate having a quadrilateral or pentagonal shape.
  • the corner area at the intersection between the first and second junction panels can be advantageously pressed or formed so that said corner area is used to mechanically connect the second plate of the first pair and the first plate of the second pair, so that it is not necessary to use closing means.
  • said corner area can be stamped, embossed, pressed, hammered and enlarged enough to be welded to adjacent plate panels.
  • the first and second channels in particular the second channel, can either be completely empty (free channel) or can include any type of reinforcing element such as connection bars (“connecting bars” according to English terminology) .
  • spacers made for example from strips (“strips” according to English terminology), profiles, protrusions or pin fins, can be inserted into the channel in order to guarantee the spacing between the plates. They can be loose or can be spot welded or can be held in place using pliers ("clamps" in English terminology) U-shaped at the level of the supply and discharge.
  • first and second junction panels comprising a part, in particular a single part, or made from two parts, are made up of flat or substantially flat plates.
  • the first junction panel or the second junction panel can be mechanically fixed to the central panel of the adjacent plate by any possible technique, typically by welding.
  • the second part of the first and / or of the second junction panel can be large enough to allow mechanical fixing of the second part to the central panel of the adjacent plate by any means known to those skilled in the art.
  • the second junction panel can be oriented downward relative to the plane of the central panel, with an angle b of between 10 ° and 90 °, preferably between 20 ° and 60 °, and more preferably between 30 ° and 50 °.
  • the second junction panel can be oriented downward relative to the plane of the central panel, with an angle b of between 60 ° and 120 °, preferably between 70 ° and 110 °, and more preferably between 80 ° and 100 °.
  • the second part of the second junction panel may extend from the first part of the second junction panel parallel to the plane of the central panel, said second part being either oriented towards the inside of the channel or towards the outside of the channel.
  • Each of the first, second or third junction panel can preferably be formed in one step, by deformation.
  • the deformation can be obtained by press forming and / or by bending.
  • different zones of the central heat exchanger panel can be provided with an insulation layer, consisting of a part of metal plate parallel to the central panel with air between the metal plate part and the central panel.
  • Said insulation layer can locally modify the temperature of the wall of the heat exchanger plate.
  • Said insulation layer can typically be used in the coldest areas of the cold channel and is described for example in patent CZ298773B6.
  • a nozzle (“ferrule” according to English terminology) can be mounted over the edges of the two adjacent plates welded together, serving as a shield protecting the junction.
  • the tip is typically made from a piece of metal sheet bent so as to be able to cover the weld joint.
  • the end cap can be welded to each of the two plates.
  • the heat exchanger plate according to the invention can be formed in one piece, usually by deformation in one step of a flat metal sheet made of a weldable material, for example a steel plate or a steel plate. stainless.
  • the first and possibly the second and third junction panels can be part of the central panel or can also be attached to them.
  • a second step of deformation of the flat metal sheet may be required to form the second lateral junction panel.
  • the deformations can be obtained by press forming and / or by bending.
  • the heat exchanger plate according to the invention can also be manufactured by assembling several independent plate parts. DETAILED DESCRIPTION
  • FIG. 1a represents two identical heat exchanger plates A and B according to the “single junction panel” mode, in which the heat exchanger plates do not have a second junction panel and FIG. 1b represents the corresponding pair of plates according to the invention when said plates A and B are assembled.
  • FIGS. 2a and 2b show two plates A and B according to the “two junction panel” mode, in which said plates have a first and a second junction panel, according to two different embodiments.
  • Figure 3a shows a stack of two pairs of heat exchanger plates according to a first embodiment and in Figure 3b, according to a second embodiment of the invention.
  • Figures 4a and 4b show an exploded view of a stack of pairs of heat exchanger plates similar to those of Figures 3a and 3b, but also illustrating cover plates and spacers.
  • FIG. 5 represents a stack of two pairs of heat exchanger plates according to an embodiment of the invention, in the mode with "two junction panels”.
  • Figure 1a shows two identical heat exchanger plates A and B in the "single junction panel" mode, in which the heat exchanger plates do not have a second junction panel.
  • the central panel A 0 is rectangular and has 4 numbered sides, clockwise, A 1: A 2 , A 3 and A 4 .
  • a 1 A 2 , A 3 and A 4 .
  • All parts of Plate B are numbered the same way.
  • a first side A ! of the central panel is inclined with respect to the central panel and forms a first junction panel J A
  • the side A 3 of the central panel situated opposite the first junction panel J A is a flat edge.
  • the first junction panel J A is formed of two parts, a first part A 5 forming an angle a with the central panel and a second part A 6 , which is parallel to the central panel plate.
  • the first joint panel J A is connected by the fold line to the central panel, but it could also have been supplied as a second part and have been fixed to the central panel.
  • the first two-part junction panel is preferably formed in a single pass, by deformation.
  • the first junction panel J A is oriented downwards at an angle of approximately 45 ° relative to the plane of the central panel A 0 .
  • the heat exchanger plate B is identical to A and is positioned symmetrically with respect to A with respect to the point located in the center of the space between plate A and plate B. This means that plate B has been arranged after being turned over and rotated by 180 °, the first junction panels of the plates A and B being opposite one another.
  • Figure 1b illustrates a schematic perspective view in which the two plates A and B of Figure 1a are assembled and mechanically connected to form a pair of heat exchanger plates according to one embodiment of the invention.
  • the two plates of Figure 1a have been superimposed so that they can be mechanically connected.
  • the "lower face” of plate A faces the “lower face” of plate B.
  • the first junction panel J A of plate A faces the first junction panel J B of plate B.
  • the second part A 6 of the first junction panel J A of the plate A is welded to the planar side B 3 of the central panel of the heat exchanger plate B.
  • the second part B 6 of the first junction panel J B of the plate B is welded to the flat side A 3 of the central panel of the heat exchanger plate A.
  • the channel formed between the plate A and the plate B constitutes a first channel of the heat exchanger consisting of the plates according to the invention, in which a first fluid F -i can flow.
  • the first channel has a trapezoidal flow cross section and said cross section is the same over the entire length of the channel.
  • FIGS. 2a and 2b represent a perspective view of two plates A and B according to the “two junction panel” mode, in which the heat exchanger plates have a second junction panel, according to two different embodiments.
  • FIG. 2a represents two heat exchanger plates A and B in a first embodiment of the mode with “two junction panels”.
  • the plates A and B are substantially identical with a second side of their central panel A 0 or B 0 , respectively which is inclined relative to the central panel, on a side adjacent A 2 or B 2 , respectively to the first junction panel, and which forms a second junction panel K A and K B , respectively.
  • the second junction panels K A and K B of the plates A and B are located on opposite adjacent sides, with respect to the first respective junction panels J A and J B.
  • the plate B is a symmetrical image of the plate A according to a central symmetry with respect to the point located at the center of the space delimited by the plates A and B which makes it possible to associate them easily in pairs.
  • the second junction panels K A and K B are made of a single part A 7 or B 7 which forms an angle of 90 ° with the central panel (perpendicular to the plane of the central panel).
  • the second junction panels are preferably formed in a single pass, by deformation. The deformation can be obtained by press forming and / or by bending.
  • the plates heat exchanger A and B are equipped with protrusions 1, which can be positioned differently on plate A and plate B.
  • FIG. 2b shows two heat exchanger plates A and B in a second embodiment of the “two junction panel” mode.
  • Plates B and A are mainly similar to plates A and B in Figure 2a but the second junction panels K A and K B are made from two parts, the first part A 7 and B 7 , respectively and the second part A 8 and B 8 , respectively.
  • the first part A 7 or B 7 is connected by a fold line to the central panel on the edge A 2 or B 2 , respectively and forms an angle of about 45 ° with the central panel.
  • the second part A 8 or B 8 is parallel to the plane of the central panel.
  • Figures 3a and 3b show a stack of two pairs of heat exchanger plates according to a first embodiment and a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3a represents a first embodiment of a stack of two spaced pairs of heat exchanger plates, each pair being similar to the pair of plates A and B shown in FIG. 1b.
  • the channel formed between the first and the second pair constitutes the second channel of the heat exchanger, which is capable of receiving a second flow of fluid F 2 .
  • the section of the second channel is not constant over the length of the channel. Indeed, the second fluid F 2 enters first of all into a rectangular volume, then into a trapezoidal volume, then again into a rectangular volume. At the end of the canal, the situation is reversed: the second fluid enters a trapezoidal volume and then a rectangular volume.
  • FIG. 3b represents another embodiment of the stack of two spaced pairs of heat exchanger plates, each pair being similar to the pair of plates represented in FIG. 1b, but one of the two pairs having been returned to get a second pair which is a mirror image of the first pair.
  • the channel formed between the first and the second pair constitutes the second channel of the heat exchanger, which is capable of receiving a second flow of fluid.
  • the section of the channel is not constant and is different from the section of the channel formed in FIG. 3a.
  • the heat exchanger plates are equipped with protrusions 1, but one could alternatively also use, for example strips or U-shaped profiles.
  • Figures 4a and 4b show an exploded view of assemblies similar to those of Figures 3a and 3b, illustrating cover plates and spacers. All heat exchange plates are fitted with double protrusions 2.
  • Figure 4a illustrates the two cover plates C which are used to mechanically connect the two pairs of successive plates, arranged similarly to the pairs shown in Figure 3a.
  • the cover plates C are octagons having the shape of the cross section of the second channel.
  • the cover plates C can be welded to the plate B and to the plate A or can be fixed by any mechanical means.
  • Lateral spacing bars G are produced in the first channel formed between the plates A and B. The spacing bars could also have been implemented in the second channel.
  • Figure 4b illustrates the two cover plates D which are used to mechanically connect the two pairs of successive plates, arranged similarly to the pairs shown in Figure 3b.
  • the cover plates D are octagons having the shape of the cross section of the second channel.
  • the cover plates D can be welded to the plate A and B or can be fixed by any other mechanical means.
  • Spacer bars G are implemented in the first channel formed between the plates A and B.
  • FIG. 5 represents a stack of two pairs of heat exchanger plates according to the invention, in the “two junction panel” mode.
  • Each pair consists of a plate A and a plate B, which are similar to the plates shown in Figure 2a. Plates A and B were assembled and mechanically connected by their first junction panel. Between plate A and plate B is formed a first channel capable of receiving a first fluid Spacer bars G are used in the first channel. Two pairs of identical spaced plates are superimposed and mechanically connected by their second junction panels.
  • the channel formed between the first and the second pair constitutes the second channel of the heat exchanger, which is capable of receiving a second flow of fluid F 2 .
  • the section of the second channel is not constant over the length of the channel.
  • the closure means on each side of the second channel are not shown.

Abstract

L'invention a pour objet une plaque d'échangeur de chaleur (A; B) comprenant un panneau central (A0; B0) avec au moins quatre côtés (A1, A2, A3, A4; B1, B2, B3, B4), ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, ladite plaque présentant : - un premier côté (A1; B1) du panneau central qui est incliné par rapport audit panneau central (A0; B0) et qui forme un premier panneau de jonction (JA; JB), - le côté opposé (A3; B3) dudit premier côté (A1; B1) qui est plan.

Description

PLAQUE POUR UN ÉCHANGEUR DE CHALEUR À PLAQUES
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur à plaques utilisés notamment pour l'échange de chaleur entre deux gaz, mais également entre deux liquides ou entre un liquide et un gaz.
Les échangeurs de chaleur particulièrement intéressants pour l'invention sont les échangeurs gaz-gaz qui fonctionnent avec de grands ou de petits volumes d'écoulement à des pressions relativement basses, par exemple de 0,1 à 1 ,5 MPa. Ils peuvent être utilisés par exemple sous forme de préchauffeurs d'air pour des fours ou peuvent faire partie d'installations de réduction des NOx (dispositifs « DeNOx »).
Les échangeurs de chaleur ont pour fonction de mettre en oeuvre un échange thermique entre un fluide à haute température et un fluide à basse température sans les mélanger. Les échangeurs de chaleur à plaques ont de bonnes performances thermiques grâce à leur grande surface d'échange, tout en étant compacts.
Les échangeurs de chaleur à plaques récupèrent la chaleur en disposant une pluralité de plaques empilées parallèlement les unes aux autres à intervalles prédéterminés. Lesdites plaques sont espacées de telle sorte que l'espace entre deux plaques adjacentes forme un canal à travers lequel peut s'écouler un fluide. Un fluide à haute température et un fluide à basse température sont fournis en alternance aux canaux successifs de manière à effectuer un transfert thermique entre le fluide à haute température et le fluide à basse température par le biais de chaque plaque.
ETAT DE LA TECHNIQUE :
Le brevet EP165179B1 décrit un échangeur de chaleur à plaques caractérisé en ce que les canaux sont définis par l'espace inclus entre des plaques quadrilatérales pressées. Lesdites plaques pressées comprennent deux paires de bords opposés recourbés à 90° dans des directions opposées : une paire vers le haut et une paire vers le bas si l'on considère les plaques dans un plan horizontal. Les plaques pressées sont montées symétriquement et sont associées les unes aux autres par soudage de leurs bords verticaux. Dans un tel échangeur de chaleur, l'entrée et la sortie de chaque canal sont identiques. Chaque plaque pressée requiert au moins quatre opérations de pliage pour sa fabrication.
La demande de brevet US2010/0006274A1 décrit un échangeur de chaleur à plaques constitué de plaques quadrilatérales ayant au moins deux bords opposées recourbées par rapport à la surface de transfert thermique. Les canaux de fluide sont définis par l'espace entre une paire de plaques identiques qui sont positionnées en étant une image en miroir l'une par rapport à l'autre. Par conséquent, les deux bords recourbés d'une plaque sont en contact avec les deux bords recourbés de la plaque symétrique. Ainsi, les plaques sont recourbées sur au moins deux bords opposées.
L'invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur à plaques amélioré, notamment avec une conception de plaques garantissant un nombre réduit d'opérations de fabrication et/ou un temps de fabrication réduit, et de préférence sans affecter la performance du transfert thermique et la résistance à la corrosion, notamment la résistance à la corrosion par fissuration.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION :
La plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention, comprenant un panneau central avec au moins quatre côtés, ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, peut être définie comme suit :
- un premier côté du panneau central est incliné par rapport audit panneau central et forme un premier panneau de jonction
- le côté opposé dudit premier côté est plan.
On précise qu’un côté « plan » au sens de l’invention est à comprendre avec son acception habituelle, à savoir que le côté est entièrement plan, d’une extrémité à l’autre du bord en question, et il ne comprend donc pas de portion qui ne le serait pas, et, qui, par exemple serait inclinée.
Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention est produite avec un nombre réduit d'opérations, dans la mesure où seulement une opération de pliage est requise pour fabriquer la plaque. La plaque d'échangeur de chaleur présente une performance de transfert thermique similaire à celle des plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles.
Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, un unique panneau de jonction sur deux plaques d'échangeur de chaleur successives est éventuellement suffisant pour les relier mécaniquement.
Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la résistance à la corrosion de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est améliorée. La plaque selon l'invention permet de maintenir la température de la paroi de la plaque au-dessus du point de rosée du fluide, tandis qu'un gaz chaud s'écoule au niveau de l'entrée et de la sortie du canal de l'échangeur de chaleur, ce qui réduit le risque de corrosion sous l'effet d'acides condensés. De plus, la conception de l'entrée et de la sortie du canal présente une géométrie présentant un moindre risque de corrosion par fissuration dans la mesure où le nombre de bords recourbés est réduit. Par comparaison avec les plaques d'échangeur de chaleur déjà connues, la plaque selon l'invention peut être soudée de manière telle qu'il ne soit pas nécessaire de compenser la dilatation des coins de la plaque et qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser un dispositif de dilatation dédié dans le châssis (« casing » selon la terminologie anglo-saxonne) de l'échangeur de chaleur.
Avantageusement, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle a avec ledit panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer.
Avantageusement, le premier panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle a avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le premier panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de pliage. La deuxième partie peut avantageusement être utilisée pour souder le premier panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. Ainsi, la plaque avec un seul panneau de jonction peut être fabriquée en une seule opération de pliage. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et peut être très facilement assemblée à une autre plaque.
Dans ces deux derniers cas, l'angle a entre la première partie du premier panneau de jonction et le panneau central est de préférence compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, un deuxième côté du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction. En outre, le côté opposé dudit deuxième côté peut être soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction.
Dans ce premier mode de réalisation, le deuxième panneau de jonction peut être utilisé pour relier mécaniquement le panneau central de ladite plaque d'échangeur de chaleur à une autre plaque d'échangeur de chaleur.
Dans ce premier mode de réalisation, soit le côté opposé dudit deuxième côté est plan et les deux panneaux de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon ce mode de réalisation peuvent être reliés mécaniquement à deux plaques d'échangeur de chaleur comportant deux panneaux de jonction, chacun des panneaux de jonction étant relié à l'une des deux plaques. Soit, en variante, le côté opposé dudit deuxième côté est incliné de manière à former un troisième panneau de jonction qui est une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction, c’est-à-dire que le bord opposé au deuxième panneau de jonction est incliné dans la même direction que le deuxième panneau de jonction. La plaque d'échangeur de chaleur avec trois panneaux de jonction peut être reliée mécaniquement à deux autres plaques d'échangeur de chaleur ayant seulement un premier panneau de jonction, le premier panneau de jonction étant relié à une plaque et le deuxième et le troisième panneau de jonction étant reliés à l'autre plaque.
Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central. De cette manière, la plaque est très facile à fabriquer.
Avantageusement, dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième panneau de jonction de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central. Le deuxième panneau de jonction peut être fabriqué avec les deux parties en une seule opération de pliage, de telle sorte que la plaque avec deux panneaux de jonction peut être fabriquée en deux opérations de pliage. La deuxième partie du panneau de jonction peut être utilisée pour souder le deuxième panneau de jonction à une autre plaque d'échangeur de chaleur. De ce fait, la plaque est très facile à fabriquer et très facile à assembler avec deux autres plaques comportant deux panneaux de jonction. Le troisième panneau de jonction, le cas échéant, est une image en miroir du deuxième panneau de jonction et requiert une troisième opération de pliage. Toutefois, la plaque avec trois panneaux de jonction peut être assemblée avec deux plaques ayant seulement un premier panneau de jonction de sorte que dans l'ensemble, la fabrication d'une paire de plaques ne requiert que quatre opérations de pliage.
Avantageusement, dans les deux derniers cas du premier mode de réalisation, ledit angle b entre la première partie du deuxième panneau de jonction et le panneau central est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 1 10°, et plus préférablement entre 30° et 100° ou, notamment, est de 45° ou 90°.
Un autre objet de la présente invention est une paire de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées, telles que décrites ci-dessus, c'est-à-dire une première et une deuxième plaque d'échangeur de chaleur, dont les panneaux centraux sont parallèles l'un à l'autre, dans laquelle
- le premier panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur et le premier panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sont disposés de manière à se faire face, en regard l’un de l’autre, - le premier panneau de jonction de ladite première plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté plan opposé,
-le premier panneau de jonction de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur sur ledit côté plan opposé,
-l'espace entre la première et la deuxième plaque d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier fluide.
Les deux plaques de la paire de plaques selon l'invention sont assemblées par leurs premiers panneaux de jonction. L'espace entre les deux plaques forme le premier canal pour recevoir un premier fluide. Le premier canal présente une section trapézoïdale qui reste identique sur toute sa longueur. La vitesse du fluide est sensiblement constante sur toute la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides.
Comme le temps de fabrication de chaque plaque d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, le temps de fabrication de la paire de plaques est également réduit.
Un autre objet de la présente invention est un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur, comprenant deux paires de plaques espacées successives telles que décrites ci-dessus, une première paire de plaques d'échangeur de chaleur et une deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel :
ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre, l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide,
préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire, ou ladite deuxième paire estune image en miroir de ladite première paire.
L'empilement de deux paires de plaques successives espacées selon l'invention permet de former le deuxième canal pour recevoir un deuxième fluide. Le deuxième canal présente une section qui varie sur la longueur du deuxième canal. La vitesse du fluide varie sur la longueur du canal, ce qui peut être avantageux en fonction de la nature des fluides. Le temps de fabrication de chaque paire de plaques d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de paires de plaques d'échangeur de chaleur conventionnelles, de sorte que le temps de fabrication de l'empilement de paires de plaques est également réduit.
Avantageusement, les deux paires successives de l'empilement de paires de plaques selon l'invention sont reliées latéralement par des moyens de fermeture, lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, appelé mode à « panneau de jonction unique » dans tout le présent texte, les plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention n'ont pas de deuxième panneau de jonction.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, appelé mode à « deux panneaux de jonction » dans tout le présent texte, l'empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur tel que décrit ci- dessus ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire, comprend des plaques d'échangeur de chaleur telles qu'un deuxième côté du panneau central est incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième coté étant adjacent au premier côté et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction étant incliné dans la direction opposée par rapport au premier panneau de jonction, et le côté opposé dudit deuxième côté est plan. L’empilement selon l’invention est alors tel que :
- avantageusement, le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire et le deuxième panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire,
- en option, soit des moyens de fermeture peuvent relier latéralement lesdites deux paires, sur le côté des deuxièmes panneaux de jonction, soit la zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction peut être mise en forme de manière à relier mécaniquement lesdites deux paires.
L'empilement de deux paires de plaques successives espacées selon ce mode de réalisation de l'invention permet d'utiliser le premier et le deuxième panneau de jonction pour relier mécaniquement les plaques d'échangeur de chaleur. Le temps de fabrication de chaque paire de plaques d'échangeur de chaleur est réduit par rapport à celui de paires conventionnelles de plaques d'échangeur de chaleur, et le temps de fabrication de l'empilement de paires de plaques est également réduit.
Lorsque la zone de coin au niveau de l'intersection du premier et du deuxième panneau de jonction est formée de manière à relier mécaniquement les deux paires de plaques, il peut ne pas être nécessaire d'utiliser des plaques de recouvrement.
Dans le mode à « deux panneaux de jonction », l'empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur peut comprendre avantageusement des plaques d'échangeur de chaleur dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central, ou dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
Un autre objet de l'invention est un échangeur de chaleur à plaques comprenant les plaques d'échangeur de chaleur et/ou des paires de plaques d'échangeur de chaleur et/ou un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comme décrit précédemment, disposés dans un châssis (« casing » selon la terminologie anglo-saxonne) approprié.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une paire de plaques d'échangeur de chaleur comme décrite ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
préparer deux panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle a avec le panneau central,
optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central,
disposer les deux plaques d’échangeur de chaleur de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs panneaux centraux soient parallèles l'un à l'autre,
joindre les deux plaques d'échangeur de chaleur de manière à former une paire de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide, fixer mécaniquement les deux plaques le long de leurs premiers panneaux de jonction.
L'assemblage de la paire de plaques d'échangeur de chaleur est facile et présente un nombre réduit d'opérations de pliage, ce qui réduit les coûts et le temps de fabrication.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comme décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant :
préparer au moins quatre panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle avec le panneau central, optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central,
disposer les plaques d’échangeur de chaleur par paires de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre, en se faisant face, et que leurs panneaux centraux soient parallèles l'une à l'autre,
joindre les plaques d'échangeur de chaleur de manière à former au moins deux paires de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide, fixer mécaniquement les deux plaques de chaque paire le long de leurs premiers panneaux de jonction,
empiler les au moins deux paires de plaques, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide,
Optionnellement, fixer mécaniquement les deux paires de plaque le long de leurs deuxièmes panneaux de jonction.
Dans le mode de réalisation de l’invention à « panneau de jonction unique », les plaques de l'échangeur de chaleur peuvent être sensiblement identiques, et sont de préférence identiques, ce qui rend l'assemblage plus facile et réduit les coûts de fabrication : pour former un empilement de paires, il suffit seulement, par exemple, de préparer une première pile de plaques, et une deuxième pile de plaques dans lesquelles les plaques, notamment toutes identiques, ont subi une rotation de 180° et ont été retournées. Ensuite, les plaques sont prises en alternance depuis les deux piles pour fabriquer au fur et à mesure l'empilement. Le processus peut être automatisé.
Dans le mode de réalisation de l’invention à « deux panneaux de jonction », les plaques de l'échangeur de chaleur peuvent être sensiblement similaires : le deuxième panneau de jonction se situe en alternance d’un côté et de l’autre du premier panneau de jonction, pour deux plaques qui se suivent dans l’empilement de plaques. En effet, les deuxièmes panneaux de jonction peuvent ainsi être en regard l’un de l’autre lorsque deux paires successives sont assemblées. Cela rend l'assemblage facile et réduit les coûts de fabrication : pour former un empilement de paires, il suffit seulement, par exemple, de préparer une première pile de plaques du premier type et une deuxième pile de pour fabriquer l'empilement. Le processus peut être automatisé.
DESCRIPTION
Dans l'ensemble du présent texte, les termes « alimentation » ou « entrée » et « sortie » ou « évacuation » et « dans » ou « hors de » sont utilisés en référence au sens d'écoulement des fluides. Dans l'ensemble du présent texte, le terme « côté » du panneau central est utilisé en référence à la périphérie du panneau central, sur une certaine largeur, par exemple jusqu'à 5 % de la largeur de la plaque.
Dans l’ensemble du présent texte, le terme « image en miroir » signifie une symétrie par rapport à un plan situé au milieu de l’espace séparant l’objet de son image.
L'invention peut être utilisée par exemple pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon le principe à écoulement croisé dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement perpendiculairement l'un à l'autre. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon un principe à contre-courant, dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement dans des directions opposées. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon un principe d'écoulement en co-courant dans lequel les fluides s'écoulant sur les deux faces de chaque plaque sont dirigés sensiblement dans la même direction. L'invention peut également être utilisée pour des échangeurs de chaleur de type à plaques fonctionnant selon d'autres principes d'écoulement.
L'invention est particulièrement adaptée pour l'échange entre deux fluides, notamment deux gaz, mais peut également être utilisée pour échanger de la chaleur entre deux liquides ou entre un liquide et un gaz.
L'invention est plus particulièrement adaptée pour l'échange entre deux gaz, notamment des flux de gaz à l’entrée et à la sortie d’un équipement unique, comme par exemple l'air devant être acheminé à un four et les fumées du même four ou de manière similaire, le courant chaud provenant d'un système de réduction des NOx et le courant froid allant au même système de réduction des NOx.
Un échangeur de chaleur à plaques selon l'invention peut être utilisé pour des fluides fonctionnant à une pression allant de la pression de vide total jusqu'à 1 ,5 MPa, de préférence de 0,1 à 1 ,0 MPa, plus préférablement de 0,1 à 0,6 MPa.
Un échangeur de chaleur à plaques selon l'invention peut être constitué soit de canaux de hauteur uniforme, soit de canaux de hauteurs différentes sur chaque circuit. De manière correspondante, la hauteur du premier panneau de jonction et les hauteurs du deuxième et du troisième panneau de jonction, le cas échéant, peuvent être similaires ou différentes.
La hauteur des canaux (l'espacement entre deux plaques consécutives) peut être déterminée en fonction des conditions de service. Typiquement, elle peut être de 5 à 30 mm, notamment de 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm ou toute hauteur appropriée quelconque.
La largeur de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être typiquement comprise entre 1 000 mm et 2 000 mm, de préférence entre 1 300 mm et 1 700 mm. La longueur de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut être typiquement comprise entre 1 000 mm et 7 500 mm, de préférence entre 1 500 mm et 7 000 mm. L'épaisseur de la plaque peut être comprise entre 0,6 mm et 6 mm, de préférence entre 1 ,5 mm et 2,0 mm.
Le panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention peut avoir une forme quelconque appropriée, par exemple trapézoïdale, hexagonale ou quadrilatérale. Le panneau central est le plus préférablement quadrilatéral, notamment rectangulaire ou carré, éventuellement avec des coins tronqués.
Le panneau central comprend une première face (ou face inférieure) et une deuxième face (ou face supérieure) opposée à la première face. La première et la deuxième face peuvent être planes mais peuvent également comporter localement des reliefs, des cannelures ou des excroissances.
Avantageusement, des excroissances (« dimples » selon la terminologie anglo-saxonne) peuvent être ajoutées ou pressées dans le panneau central des plaques. Des excroissances peuvent être mises en œuvre sur une face de la plaque ou sur les deux faces de la plaque avec plusieurs agencements en fonction des caractéristiques de la plaque et de l'utilisation desdits excroissances. Les excroissances peuvent être utilisées en tant qu'éléments d'espacement et sont prévues pour minimiser les déformations des plaques lorsqu'elles sont empilées les unes sur les autres. Des excroissances simples ou doubles sont typiquement réparties sur la surface du panneau central des plaques d’échangeur de chaleur.
Éventuellement, des ailettes en épingle ou en picot (« pin fins » selon la terminologie anglo-saxonne) peuvent également être soudées sur le panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur selon l'invention en utilisant le soudage par résistance.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'échangeur de chaleur selon l'invention est tel que:
- le premier canal est situé entre les deux plaques d'échangeur de chaleur d'une seule paire de plaques selon l'invention. Lesdites deux plaques sont reliées mécaniquement par leurs premiers panneaux de jonction de chaque côté. Le premier canal présente une section transversale trapézoïdale et ladite section conserve la même dimension sur toute la longueur du canal. Le fluide entre directement à une vitesse donnée dans le canal. Ensuite, la vitesse de l'écoulement du fluide est constante sur toute la longueur du canal. Le fluide sort également à la même vitesse. Par conséquent, on dit que le premier canal présente des zones d'entrée et de sortie « directes » (« bluff » dans la terminologie anglo-saxonne), contrairement au deuxième canal.
- au contraire, le deuxième canal est situé entre deux paires successives espacées de deux plaques. La section du canal n'est pas constante sur toute la longueur du canal. En effet, une section transversale du deuxième canal montre que les zones d'entrée et de sortie sont plus grandes que la section centrale rectangulaire du canal. Par conséquent, la vitesse du fluide varie sur la longueur du deuxième canal : elle augmente lorsque la section de canal diminue dans la première partie du canal (l'entrée) et elle diminue lorsque la section du canal augmente dans la dernière partie du canal (la sortie). Par conséquent, on dit que le deuxième canal présente une zone d'entrée et de sortie «vives» (« Sharp » dans la terminologie anglo-saxonne), contrairement au premier canal.
Dans le reste du présent texte, le premier canal avec une entrée et une sortie « directes » est appelé « canal direct » et le deuxième canal avec l'entrée et la sortie « vives » est appelé « canal vif ».
Selon un premier mode de fonctionnement de l'invention, le fluide chaud devant être traité dans l'échangeur de chaleur à plaques sur le côté chaud peut être envoyé aux « canaux directs » et le fluide froid devant être traité sur le côté froid peut être envoyé aux « canaux vifs ».
Selon un deuxième mode de fonctionnement de l'invention, le fluide froid devant être traité dans l'échangeur de chaleur à plaques sur le côté froid peut être envoyé aux « canaux directs » et le fluide chaud devant être traité sur le côté chaud peut être envoyé aux « canaux vifs ».
Lorsque le fluide chaud s'écoule dans le « canal direct », le profil de la plaque d'échangeur de chaleur est favorable à la condensation de la vapeur du fluide chaud. Au contraire, lorsque le fluide chaud s'écoule dans le « canal vif », le profil de la plaque d'échangeur de chaleur est favorable pour éviter la condensation du fluide chaud.
Avantageusement, des moyens de fermeture peuvent être utilisés le cas échéant pour fermer les côtés latéraux du deuxième canal et assurer l'étanchéité du canal. Avantageusement, lesdits moyens de fermeture peuvent être reliés mécaniquement aux plaques par n'importe quel moyen connu de l'homme du métier, par exemple par soudage, notamment par soudage à molette (« seam welding » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par boulonnage.
Dans un empilement de paires de plaques selon le mode à « panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction, le deuxième canal est avantageusement pourvu de moyens pour fermer son côté latéral entre deux paires de plaques successives. Lesdits moyens de fermeture peuvent être des barreaux latéraux (« edge bars » selon la terminologie anglo-saxonne) ou des plaques de recouvrement dédiées (« cover parts » dans la terminologie anglo-saxonne) ou n'importe quels moyens équivalents. Les plaques de recouvrement peuvent être fabriquées en une ou plusieurs pièces, certaines ayant une forme en C, ou une forme en U ou un profil quelconque permettant d'assembler la deuxième plaque de la première paire et la première plaque de la deuxième paire. La forme de la plaque de recouvrement peut également être octogonale de manière à s'ajuster d'une seule pièce avec la section transversale du deuxième canal. Des moyens de fermeture peuvent être disposés longitudinalement suivant la direction d'écoulement du deuxième fluide au niveau de l'entrée et de la sortie du deuxième canal. Dans un empilement de paires de plaques selon le « mode à deux panneaux de jonction », dans lequel des plaques d'échangeur de chaleur ont deux panneaux de jonction, les paires successives sont assemblées par le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque de la première paire sur un côté et par le deuxième panneau de jonction de la première plaque de la deuxième paire sur l'autre côté.
Dans ce cas, soit, des moyens de fermeture peuvent être, avantageusement, disposés longitudinalement suivant la direction d'écoulement du deuxième fluide au niveau de l'entrée et au niveau de la sortie du deuxième canal. Lesdits moyens de fermeture peuvent de préférence être une plaque de recouvrement polygonale ayant une forme quadrilatérale ou pentagonale.
Soit, la zone de coin au niveau de l'intersection entre les premier et deuxième panneaux de jonction peut être avantageusement pressée ou formée de telle sorte que ladite zone de coin soit utilisée pour relier mécaniquement la deuxième plaque de la première paire et la première plaque de la deuxième paire, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des moyens de fermeture. Typiquement, ladite zone de coin peut être estampée, gaufrée, pressée, martelée et agrandie suffisamment pour être soudée aux panneaux de plaques adjacents.
Les premier et deuxième canaux, notamment le deuxième canal, peuvent être soit complètement vides (canal libre), soit peuvent comprendre un type quelconque d'élément de renforcement tel que des barreaux de connexion (« connecting bars » selon la terminologie anglo-saxonne).
Avantageusement, des éléments d'espacement (« spacers » selon la terminologie anglo-saxonne) fabriqués par exemple à partir de bandes (« strips » selon la terminologie anglo-saxonne), profilés, excroissances ou ailettes à épingle, peuvent être insérés dans le canal afin de garantir l'espacement entre les plaques. Ils peuvent être lâches ou peuvent être soudés par points ou peuvent être maintenus en place en utilisant des pinces (« clamps » dans la terminologie anglo-saxonne) profilées en U au niveau de l’alimentation et de l’évacuation.
Avantageusement, le premier et le deuxième panneau de jonction, comprenant une partie, notamment une partie unique, ou fabriqués à partir de deux parties, sont constitués de plaques planes ou sensiblement planes.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier panneau de jonction ou le deuxième panneau de jonction peuvent être fixés mécaniquement au panneau central de la plaque adjacente par une technique quelconque possible, typiquement par soudure.
Avantageusement, la deuxième partie du premier et/ou du deuxième panneau de jonction peut être suffisamment grande pour permettre une fixation mécanique de la deuxième partie au panneau central de la plaque adjacente par un moyen quelconque, connu de l'homme du métier. Selon une première variante, le deuxième panneau de jonction peut être orienté vers le bas par rapport au plan du panneau central, avec un angle b compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
Selon une deuxième variante, le deuxième panneau de jonction peut être orienté vers le bas par rapport au plan du panneau central, avec un angle b compris entre 60° et 120°, de préférence entre 70° et 1 10°, et plus préférablement entre 80° et 100°.
En variante, la deuxième partie du deuxième panneau de jonction peut s'étendre depuis la première partie du deuxième panneau de jonction parallèlement au plan du panneau central, ladite deuxième partie étant soit orientée vers l'intérieur du canal soit vers l'extérieur du canal.
Chacun du premier, deuxième ou troisième panneau de jonction peut de préférence être formé en une seule étape, par déformation. La déformation peut être obtenue par formage à la presse et/ou par cintrage.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, différentes zones du panneau central d'échangeur de chaleur peuvent être pourvues d'une couche d'isolation, constituée d'une partie de plaque métallique parallèle au panneau central avec de l'air entre la partie de plaque métallique et le panneau central. Ladite couche d'isolation peut permettre de modifier localement la température de la paroi de la plaque d'échangeur de chaleur. Ladite couche d'isolation peut typiquement être mise en oeuvre dans les zones les plus froides du canal froid et est décrite par exemple dans le brevet CZ298773B6.
Selon un autre mode de réalisation de la paire de deux plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention, un embout (« ferrule » selon la terminologie anglo-saxonne) peut être monté par-dessus les bords des deux plaques adjacentes soudées ensemble, servant de bouclier protégeant la jonction. L’embout est typiquement fabriqué à partir d'une pièce de tôle métallique cintrée de manière à pouvoir recouvrir le joint de soudure. L’embout peut être soudé sur chacune des deux plaques.
La plaque d’échangeur de chaleur selon l'invention peut être formée d'une seule pièce, habituellement par déformation en une étape d'une tôle métallique plate constituée d'un matériau soudable, par exemple une plaque en acier ou une plaque en acier inoxydable. Le premier et éventuellement le deuxième et le troisième panneau de jonction peuvent faire partie du panneau central ou peuvent également être fixés à ceux-ci. Dans le mode à « deux panneaux de jonction », une deuxième étape de déformation de la tôle métallique plate peut être requise pour former le deuxième panneau de jonction latéral. Les déformations peuvent être obtenues par formage à la presse et/ou par cintrage. La plaque d’échangeur de chaleur selon l’invention peut également être fabriquée en assemblant plusieurs pièces de plaque indépendantes. DESCRIPTION DETAILLEE
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante fournie à titre purement illustratif et non limitatif, qui doit être lue en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
La figure 1 a représente deux plaques d'échangeur de chaleur identiques A et B selon le mode à «panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction et la figure 1 b représente la paire de plaques correspondante selon l'invention lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées.
Les figures 2a et 2b représentent deux plaques A et B selon le mode à « deux panneaux de jonction », dans lequel lesdites plaques ont un premier et un deuxième panneau de jonction, selon deux modes de réalisation différents.
La figure 3a représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation et dans la figure 3b, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Les figures 4a et 4b représentent une vue éclatée d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur similaires à celles des figures 3a et 3b, mais illustrant également des plaques de recouvrement et des barreaux d’espacement.
La figure 5 représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention, dans le mode à « deux panneaux de jonction ».
Pour des raisons de clarté, les figures ne représentent pas nécessairement les plaques dans la position spatiale dans laquelle elles peuvent être assemblées ou utilisées.
Les symboles de référence représentés sur les figures sont indiqués ci-dessous en rapport avec les composants auxquels ils se réfèrent :
A-Plaque d'échangeur de chaleur A
B - Plaque d'échangeur de chaleur B
A0, - Panneau central de la plaque A
B0 - Panneau central de la plaque B
A, , A2, A3 , A4 - côtés du panneau central A0
Bt , B2, B3, B4 - côtés du panneau central B0
JA - premier panneau de jonction du panneau central A0
JB - premier panneau de jonction du panneau central B0 A5 - première partie du premier panneau de jonction JA
A6 - deuxième partie du premier panneau de jonction JA
B5 - première partie du premier panneau de jonction JB du panneau central B0
B6 -deuxième partie du premier panneau de jonction JB
KA- deuxième panneau de jonction du panneau central A0
KB- deuxième panneau de jonction du panneau central B0
A 7 - première partie du deuxième panneau de jonction KA
A8 - deuxième partie du deuxième panneau de jonction KA
B7 -première partie du deuxième panneau de jonction KB
B8 - deuxième partie du deuxième panneau de jonction KB
Ag - zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction JA and KA
Bg -zone de coin au niveau de l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction JB and KB.
Les références des composants représentés restent les mêmes d’une figure à l’autre.
La figure 1 a représente deux plaques d'échangeur de chaleur identiques A et B selon le mode à « panneau de jonction unique », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur n'ont pas de deuxième panneau de jonction. Le panneau central A0 est rectangulaire et présente 4 côtés numérotés, dans le sens des aiguilles d'une montre, A1 : A2, A3 et A4. Par souci de concision, toutes les parties de la plaque B sont numérotées de la même manière.
Un premier côté A ! du panneau central est incliné par rapport au panneau central et forme un premier panneau de jonction JA Le côté A3 du panneau central situé à l'opposé du premier panneau de jonction JA est un bord plan. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1 a, le premier panneau de jonction JA est formé de deux parties, une première partie A5 formant un angle a avec le panneau central et une deuxième partie A6, qui est parallèle à la plaque de panneau central. Le premier panneau de jonction JA est connecté par la ligne de pliure au panneau central, mais il pourrait également avoir été fourni en tant que deuxième pièce et avoir été fixé au panneau central. Le premier panneau de jonction en deux parties est de préférence formé en une seule passe, par déformation. Le premier panneau de jonction JA est orienté vers le bas suivant un angle d'environ 45° par rapport au plan du panneau central A0. La plaque d'échangeur de chaleur B est identique à A et est positionnée de manière symétrique par rapport à A par rapport au point situé au centre de l'espace entre la plaque A et la plaque B. Cela signifie que la plaque B a été disposée après avoir été retournée et tournée de 180°, les premiers panneaux de jonction des plaques A et B étant en regard l'un de l'autre.
La figure 1 b illustre une vue en perspective schématique de la manière suivant laquelle les deux plaques A et B de la figure 1 a sont assemblées et reliées mécaniquement pour former une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention.
Les deux plaques de la figure 1 a ont été superposées de manière à pouvoir être reliées mécaniquement. La « face inférieure » de la plaque A fait face à la « face inférieure » de la plaque B. Le premier panneau de jonction JA de la plaque A fait face au premier panneau de jonction JB de la plaque B. La deuxième partie A6 du premier panneau de jonction JA de la plaque A est soudée sur le côté plan B3 du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur B. De manière similaire, la deuxième partie B6 du premier panneau de jonction J B de la plaque B est soudée sur le côté plan A3 du panneau central de la plaque d'échangeur de chaleur A.
Le canal formé entre la plaque A et la plaque B constitue un premier canal de l'échangeur de chaleur constitué des plaques selon l'invention, dans lequel un premier fluide F -i peut s'écouler. Le premier canal présente une section transversale d'écoulement trapézoïdale et ladite section transversale est la même sur toute la longueur du canal.
Les figures 2a et 2b représentent une vue en perspective de deux plaques A et B selon le mode à « deux panneaux de jonction », dans lequel les plaques d'échangeur de chaleur ont un deuxième panneau de jonction, selon deux modes de réalisation différents.
La figure 2a représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B dans un premier mode de réalisation du mode à « deux panneaux de jonction ». Les plaques A et B sont sensiblement identiques avec un deuxième côté de leur panneau central A0 ou B0, respectivement qui est incliné par rapport au panneau central, sur un côté adjacent A2 ou B2, respectivement au premier panneau de jonction, et qui forme un deuxième panneau de jonction KA et KB, respectivement. On notera, néanmoins, que les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB des plaques A et B sont situés sur des côtés adjacents opposés, par rapport aux premiers panneaux de jonction respectifs JA et JB. Ainsi la plaque B est une image symétrique de la plaque A suivant une symétrie centrale par rapport au point situé au centre de l’espace délimité par les plaques A et B ce qui permet de les associer aisément en paire. Les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB sont faits d’une seule partie A7 ou B7 qui forme un angle de 90° avec le panneau central (perpendiculaire au plan du panneau central). Les deuxièmes panneaux de jonction sont de préférence formés en une seule passe, par déformation. La déformation peut être obtenue par formage à la presse et/ou par cintrage. Par ailleurs, les plaques d'échangeur de chaleur A et B sont équipées d’excroissances 1 , qui peuvent être positionnées différemment sur la plaque A et la plaque B.
La figure 2b représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B dans un deuxième mode de réalisation du mode « à deux panneaux de jonction ». Les plaques B et A sont principalement similaires aux plaques A et B de la figure 2a mais les deuxièmes panneaux de jonction KA et KB sont fabriqués à partir de deux parties, la première partie A7 et B7, respectivement et la deuxième partie A8 et B8, respectivement. La première partie A7 ou B7 est reliée par une ligne de pliure au panneau central sur le bord A2 ou B2, respectivement et forme un angle d'environ 45° avec le panneau central. La deuxième partie A8 ou B8 est parallèle au plan du panneau central. Une autre différence avec la figure 2a est que les zones de coin Ag et Bg au niveau de l'intersection entre les premier et deuxième panneaux de jonction JA et KA, JB et KB, respectivement, n'ont pas été découpées. Au contraire, lesdites zones de coin Ag et Bg ont été formées de telle sorte qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser des plaques de recouvrement lorsque les deux plaques sont assemblées par paire.
Les figures 3a et 3b représentent un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation et un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 3a représente un premier mode de réalisation d'un empilement de deux paires espacées de plaques d'échangeur de chaleur, chaque paire étant similaire à la paire de plaques A et B représentée dans la figure 1 b. Dans ce mode de réalisation, deux paires identiques de deux plaques ont été superposées. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide F2. La section du deuxième canal n'est pas constante sur la longueur du canal. En effet, le deuxième fluide F2 entre tout d'abord dans un volume rectangulaire, puis dans un volume trapézoïdal, puis à nouveau dans un volume rectangulaire. À la sortie du canal, la situation est inversée : le deuxième fluide entre dans un volume trapézoïdal puis dans un volume rectangulaire.
La figure 3b représente un autre mode de réalisation de l'empilement de deux paires espacées de plaques d'échangeur de chaleur, chaque paire étant similaire à la paire de plaques représentée à la figure 1 b, mais l'une des deux paires ayant été retournée afin d'obtenir une deuxième paire qui est une image en miroir de la première paire. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide. La section du canal n'est pas constante et est différente de la section du canal formée dans la figure 3a. Les plaques d'échangeur de chaleur sont équipées d’excroissances 1 , mais l'on pourrait en variante également utiliser par exemple des bandes ou des profilés en U. Les figures 4a et 4b représentent une vue éclatée d'assemblages similaires à ceux des figures 3a et 3b, illustrant des plaques de recouvrement et des barreaux d’espacement. Toutes les plaques d'échange thermique sont équipées d’excroissances doubles 2.
La figure 4a illustre les deux plaques de recouvrement C qui sont utilisées pour relier mécaniquement les deux paires de plaques successives, agencées de manière similaire aux paires représentées à la figure 3a. Les plaques de recouvrement C sont des octogones ayant la forme de la section transversale du deuxième canal. Les plaques de recouvrement C peuvent être soudées à la plaque B et à la plaque A ou peuvent être fixées par n'importe quel moyen mécanique. Des barreaux d'espacement latérales G sont réalisées dans le premier canal formé entre les plaques A et B. Les barreaux d'espacement pourraient également avoir été mis en œuvre dans le deuxième canal.
La figure 4b illustre les deux plaques de recouvrement D qui sont utilisées pour relier mécaniquement les deux paires de plaques successives, disposées de manière similaire aux paires représentées dans la figure 3b. Les plaques de recouvrement D sont des octogones ayant la forme de la section transversale du deuxième canal. Les plaques de recouvrement D peuvent être soudées à la plaque A et B ou peuvent être fixées par tout autre moyen mécanique. Des barreaux d'espacement G sont implémentées dans le premier canal formé entre les plaques A et B.
La figure 5 représente un empilement de deux paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'invention, dans le mode à « deux panneaux de jonction ». Chaque paire est constituée d'une plaque A et d'une plaque B, qui sont similaires aux plaques représentées dans la figure 2a. Les plaques A et B ont été assemblées et reliées mécaniquement par leur premier panneau de jonction. Entre la plaque A et la plaque B est formé un premier canal capable de recevoir un premier fluide
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Des barreaux d'espacement G sont mis en œuvre dans le premier canal. Deux paires de plaques espacées identiques sont superposées et reliées mécaniquement par leurs deuxièmes panneaux de jonction. Le canal formé entre la première et la deuxième paire constitue le deuxième canal de l'échangeur de chaleur, qui est apte à recevoir un deuxième écoulement de fluide F2. La section du deuxième canal n'est pas constante sur la longueur du canal. Les moyens de fermeture de chaque côté du deuxième canal ne sont pas représentés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) comprenant un panneau central (A0 ; B0) avec au moins quatre côtés (A A2, A3, A4 ; B B2, B3, B4), ledit panneau central étant de préférence quadrilatéral ou quadrilatéral avec des coins tronqués, caractérisée en ce que :
- un premier côté ( A ! ; B^ du panneau central est incliné par rapport audit panneau central (A0 ; B0) et forme un premier panneau de jonction (JA ; J B),
- le côté opposé (A3 ; B3) dudit premier côté (A^ ; B^ est plan.
2. Plaque d'échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 1 , dans laquelle ledit premier panneau de jonction (JA ; JB) comprend une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle (a) avec ledit panneau central.
3. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier panneau de jonction (JA ; JB) est fabriqué à partir d'une première partie (A5 ; B5) et d'une deuxième partie (A6 ; B6) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (a) avec le panneau central (A0 ; B0) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
4. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle ledit angle (a) entre la première partie (A5 ; B5) du premier panneau de jonction et le panneau central (A0 ; B0) est compris entre 10° et 90°, de préférence entre 20° et 60°, et plus préférablement entre 30° et 50°.
5. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications précédentes, dans
laquelle :
- un deuxième côté (A2 ; B2) du panneau central (A0 ; B0) est incliné par rapport au panneau central, ledit deuxième côté étant adjacent au premier côté ( A ! ; B^ et ledit deuxième côté forme un deuxième panneau de jonction (KA ; KB) incliné dans le sens opposé par rapport au premier panneau de jonction (JA ; JB),
- le côté opposé (A4 ; B4) dudit deuxième côté (A2 ; B2) est soit plan soit incliné de manière à former un troisième panneau de jonction, ledit troisième panneau de jonction étant une image en miroir dudit deuxième panneau de jonction.
6. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 5, dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) comprend une première partie, notamment une partie unique (A7 ; B7), ladite première partie formant un angle (b) avec le panneau central.
7. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon la revendication 6, dans laquelle ledit deuxième panneau de jonction (A7) est fabriqué à partir d'une première partie (A7 ; B7) et d'une deuxième partie (A8 ; B8) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (b) avec le plan du panneau central (A0 ; B0) et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
8. Plaque d’échangeur de chaleur (A ; B) selon l'une des revendications 6 ou 7, dans laquelle ledit angle (b) entre la première partie (A7 ; B7) du deuxième panneau de jonction et le panneau central (A0 ; B0) est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 110°, et plus préférablement entre 30° et 100° ou notamment est de 45° ou 90°.
9. Paire de plaques d'échangeur de chaleur (A, B), comprenant deux plaques d'échangeur de chaleur espacées selon l'une des revendications précédentes, désignées première (A) et deuxième (B) plaque d'échangeur de chaleur, dont les panneaux centraux (A0, B0) sont parallèles l'un à l'autre, dans laquelle :
- le premier panneau de jonction (JA) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) et le premier panneau de jonction (JB) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) sont disposés de manière à se faire face,
- le premier panneau de jonction (JA) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) est fixé directement au panneau central (B0) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) sur ledit côté plan opposé (B3),
- le premier panneau de jonction (JB) de ladite deuxième plaque d'échangeur de chaleur (B) est fixé directement au panneau central (A0) de ladite première plaque d'échangeur de chaleur (A) sur ledit côté plan opposé (A3),
- l'espace entre lesdites première (A) et deuxième (B) plaques d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier écoulement de fluide (FT ).
10. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur comprenant deux paires de plaques successives espacées selon la revendication précédente, , désignées par première paire de plaques d'échangeur de chaleur et deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur, dans lequel :
ladite première paire et ladite deuxième paire sont disposées parallèlement l'une à l'autre, l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, préférentiellement, ladite deuxième paire est identique à ladite première paire ou ladite deuxième paire est une image en miroir de ladite première paire.
11. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication précédente, formant un deuxième canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide, dans lequel lesdites deux paires espacées successives sont reliées latéralement par des moyens de fermeture (C ; D), lesdits moyens de fermeture comprenant de préférence un barreau latéral, une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement plane de forme hexagonale ou pentagonale.
12. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication 10, ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur telles qu'un deuxième côté (A2, B2) de leur panneau central soit incliné par rapport au panneau central (A0, B0), ledit deuxième côté (A2, B2) étant adjacent au premier côté (A B^ et ledit deuxième côté formant un deuxième panneau de jonction (KA ; KB) incliné dans la direction opposée par rapport au premier panneau de jonction (JA ; JB), et le côté opposé (A4 ; B4) dudit deuxième côté (A2 ; B2) étant plan, dans lequel :
- le deuxième panneau de jonction de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire est fixé directement au panneau central de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire et le deuxième panneau de jonction de la première plaque d'échangeur de chaleur de la deuxième paire est fixé directement au panneau central de la deuxième plaque d'échangeur de chaleur de la première paire,
- en option, soit des moyens de fermeture relient latéralement lesdites deux paires sur le côté des deuxième panneaux de jonction, soit la zone de coin à l'intersection entre le premier et le deuxième panneau de jonction est formée de manière à relier mécaniquement lesdites deux paires.
13. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon la revendication précédente, comprenant des plaques d'échangeur de chaleur dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement comprend une partie, notamment une partie unique, ladite partie formant un angle (b) avec le panneau central ou dans lesquelles ledit deuxième panneau de jonction de chaque plaque de l'empilement est fabriqué à partir d'une première partie et d'une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (b) avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle au panneau central.
14. Échangeur de chaleur à plaques comprenant des plaques d'échangeur de chaleur et/ou des paires de plaques d'échangeur de chaleur ou des empilements de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, lesdites plaques ou paires ou empilement étant disposés dans un châssis approprié.
15. Procédé de fabrication d'une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon la revendication 9, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
préparer deux panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle (a) avec le panneau central (A0 ; B0),
optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central,
disposer les deux plaques d’échangeur de chaleur de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient parallèles l'une à l'autre,
joindre les deux plaques d'échangeur de chaleur de manière à former une paire de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide,
fixer mécaniquement les deux plaques le long de leurs premiers panneaux de jonction.
16. Procédé de fabrication d'un empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 10 à 13, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
préparer au moins quatre panneaux centraux, de préférence quadrilatéraux, éventuellement tronqués, comportant un premier côté et un deuxième côté adjacent au premier,
pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit premier côté du panneau central de manière à former un premier panneau de jonction, ledit premier panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle avec le panneau central,
optionnellement, pour chacun desdits panneaux centraux, plier ledit deuxième côté de manière à former un deuxième panneau de jonction, ledit deuxième panneau de jonction comprenant une première partie, notamment une partie unique, ladite première partie formant un angle b avec le panneau central,
disposer les plaques d’échangeur de chaleur par paires de telle sorte que leurs premiers panneaux de jonction soient en regard l'un de l'autre et que leurs plaques centrales soient parallèles l'une à l'autre,
joindre les plaques d'échangeur de chaleur de manière à former au moins deux paires de plaques, l'espace entre les deux plaques formant un premier canal de fluide, fixer mécaniquement les deux plaques de chaque paire le long de leurs premiers panneaux de jonction,
empiler les au moins deux paires de plaques, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide,
- Optionnellement, fixer mécaniquement les deux paires de plaques le long de leurs deuxièmes panneaux de jonction.
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