WO2021190879A1 - Échangeur de chaleur à plaques - Google Patents

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WO2021190879A1
WO2021190879A1 PCT/EP2021/055206 EP2021055206W WO2021190879A1 WO 2021190879 A1 WO2021190879 A1 WO 2021190879A1 EP 2021055206 W EP2021055206 W EP 2021055206W WO 2021190879 A1 WO2021190879 A1 WO 2021190879A1
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plate
central panel
pair
panels
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PCT/EP2021/055206
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Henricus NEEFS
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Axens
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    • 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
    • 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
    • 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

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.
  • Particularly interesting heat exchangers for the invention are gas-gas exchangers which operate with large or small flow volumes at relatively low pressures, for example from 0.01 to 1.5 MPa. They can be used, for example, as air preheaters for furnaces or can form part of NOx reduction installations (“DeNOx” devices).
  • DeNOx NOx reduction installations
  • heat exchangers The function of heat exchangers is to implement a heat exchange between a fluid at high temperature and a fluid at low temperature 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 so 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 alternately supplied to successive channels so as to effect heat transfer between the high temperature fluid and the low temperature fluid through each plate.
  • Patent EP165179B1 describes a plate heat exchanger whose channels are defined by the space included between pressed quadrilateral plates. Said pressed plates comprise two pairs of opposite edges curved at 90 ° in opposite directions: one upward pair and one downward pair when considering the plates in a horizontal plane. The pressed plates are mounted symmetrically and are associated to each other by welding their vertical edges. In such a heat exchanger, the inlet and the outlet of each channel are identical.
  • 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 mirror image of each other. Therefore, 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.
  • Plate heat exchangers are also known from patent application FR 2 806469, where each of the plates has edges on each of its four sides: if one of these plates is considered in a horizontal plane, two of its opposite edges extending upwards allowing the junction of the plate with an upper plate, and the two other opposite flanges extending downwards allowing the junction of said plate with a lower plate.
  • the junctions between adjacent plates are made by welding between their respective 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 in particular, moreover, without affecting the performance. heat transfer operated by the exchanger or its robustness.
  • the invention firstly relates to a pair of heat exchanger plates comprising a first plate and a second heat exchanger plate, arranged opposite and spaced apart from each other by so as to define an internal volume capable of forming a channel for the flow of a first fluid, and each comprising a central panel.
  • Said central panels are plane and parallel to each other.
  • Two opposite sides of the central panel of the first plate are inclined relative to said central panel in the direction of the second plate (towards the inside of the pair of plates after the two plates are assembled in pair) and form first joining panels coming from in contact with the two opposite edges corresponding planes of the central panel of the second plate.
  • at least one of the central panels, in particular all of the central panels are quadrilateral or quadrilateral with truncated, cut or rounded edges.
  • a “flat” edge within the meaning of the invention is to be understood with its usual meaning, namely that the edge is entirely flat, from one end to the other on the side of the plate in question, and that to the opposite edge.
  • a “flat” edge within the meaning of the invention therefore does not include a portion which would not be, and which, for example would be inclined relative to the central panel (the central panel, as detailed below can be entirely flat or present reliefs, such as grooves or protuberances, in relation to a median plane).
  • a "flat” edge within the meaning of the invention has no junction panel within the meaning of the invention. It extends the central panel without angular modification with it.
  • the two plates of the pair of plates are geometrically different from each other. They are not identical, they are advantageously devoid of symmetry with respect to one another: they are not, preferably, "mirrors" or symmetrical to one another with respect to a plane, an axis. or a point. And it is a very innovative feature to choose to geometrically differentiate the plates to be assembled in pairs.
  • the first junction panels are symmetrical to one another with respect to an axis contained in the plane of the central panel and passing through the midpoints of the other two sides not provided with these first junction panels, called by the continued “first median axis”.
  • Said first junction panels make it possible to connect the first plate to the second plate, by joining them together, for example by welding.
  • the space between the first and the second heat exchanger plate forms a first channel for receiving a first fluid.
  • manufacture / shaping of the plates may also include a step of cutting / folding the corners of said plates.
  • the pair of plates according to the invention exhibits thermal transfer performance on the same level as pairs of conventional plates, where the edges of the plates intended to be assembled are both shaped / bent to be mechanically welded / secured. Note that their mechanical robustness is also maintained at the same level.
  • At least one of, in particular all of the, first junction panels of the central panel of the first plate comprises a first part extending from the central panel and a second part extending from said first part, said first part forming an angle ⁇ with the central panel and said second part being parallel to said central panel.
  • junction panels in particular the two parts of these junction panels, can be obtained by folding (s) of the plate, and that the inclination of the junction panel, in particular of the first part when it has two parts, does not necessarily mean a perfect bend angle: the intersection between the plane of the central panel and that of the junction panel can form a rounded corner / curved transition zone.
  • the second part can extend the first with a curved transition zone between one and the other.
  • the angle a between the first part of the first junction panel and the central panel is at least 45 °, preferably at least 60 °, in particular between 80 and 110 °, preferably in the vicinity of 90 ° .
  • the width of the first part of the junction panel and its angle of inclination a relative to the central panel define the spacing between the two plates A, B: for example, for the same angle, plus the first part of the junction panel will be wide, and the more space between the two plates will be important.
  • the junction panel thus comes from by its sizing and its positioning relative to the central panel, determine on its own the height of the volume in which one of the fluids will flow, once the exchanger is made up of one or more of these pairs, at a given plate size.
  • the two other opposite sides of the central panel of the first plate are inclined with respect to said central panel in the direction opposite to the first junction panels (extending towards the outside of the assembly consisting of the pair of plates therefore) and form second junction panels, in particular in order to come into contact with the corresponding opposite plane edges of the central panel of a third plate.
  • the third plate can be part of another pair of plates intended to be assembled with the pair of plates already described, in order to constitute an exchanger comprising a stack of several pairs of plates.
  • this third plate can be of identical conformation to the second plate, and, in particular, be as it plane, devoid of junction panels on its edges: the second junction panels come to be fixed, for example by welding, to two plane edges of this third plate.
  • said second junction panels of the second central panel are symmetrical to each other with respect to an axis contained in the plane of their central panel and passing through the midpoints of the other two sides, hereinafter called "second median axis"
  • At least one, in particular all of the second joining panels of the central panel of the first plate comprises a first part extending from the central panel and 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 said central panel.
  • These second junction panels can therefore be of similar conformation to the first junction panels, therefore in one or two parts. They will allow, on the same principle, by their dimensioning and their inclination with respect to the central panel, to define a given spacing between the first plate and the third plate, and therefore only define the height of the volume in which another fluid will go. flow (generally of different composition and / or temperature type characteristics), once the exchanger is made up of several of these pairs, at a given plate size.
  • the dimensioning and / or the inclination of the first and second junction panels is effectively chosen to be different, the volume dedicated to the flow of the two fluids being different.
  • the angle b between the first part of the second junction panels and the central panel is at least 45 °, preferably at least 60 °, in particular between 80 and 110 °.
  • the two other opposite sides of the central panel of the second plate are inclined with respect to said central panel in the same direction as the first junction panels (therefore oriented towards the outside of the assembly constituted by the pair of plates considered therefore) and form third junction panels, in particular with a view to coming into contact with the corresponding opposite edges of the central panel of a fourth plate.
  • the second plate of the first pair of plates provides the junction with another pair of plates comprising this fourth plate and which is adjacent to it once the exchanger has been assembled.
  • Said fourth plate in question has corresponding edges (those which are intended to ensure the junction with the third junction panels) which are preferably planar, and it can be completely flat, like the previous third plate.
  • said third junction panels of the second central panel are symmetrical to each other with respect to an axis contained in the plane of their central panel and passing through the midpoints of the other two sides, hereinafter called “third “median” axis.
  • one of, in particular all of the third joining panels of the central panel of the second plate comprises a first part extending from the central panel and a second part extending from said first part, said first part forming an angle Q with the central panel and said second part being parallel to said central panel.
  • the angle Q between the first part of the third junction panels and the central panel is at least 45 °, in particular between 80 and 110 °.
  • the dimensioning and the inclination of these third junction panels are similar or identical to those of the second junction panels, because they determine, as for the second panels, the spacing between two pairs of plates conditioning the volume of the l 'space where another fluid will flow, once the assembled heat exchanger, for a given plate size.
  • the second and / or third junction panels are different from the first junction panels, in particular in width and / or in inclination with respect to their respective central panels.
  • the first will determine, as already seen, a given height of volume for the flow of a first heat exchange fluid, and the second / third another given height of volume for the flow of another. heat exchange fluid (or a fluid identical to the first in its composition / temperature ).
  • the first and / or second and / or third junction panels when they are in two parts, may have their first and second parts approximately in the shape of a Z, with the second part extending from the first in a s' shape. away from the central panel. Alternatively, they can be roughly an inverted C-shape, with the second part instead folding back towards the central panel.
  • the first and / or second and / or third junction panels are obtained by folding the edges of the central panels of the plates.
  • it may be a single folding operation, or several folding operations, including two.
  • the invention thus also relates to a pair of plates as described above, where the first and / or second and / or third junction panels are obtained by folding the edges of the central panels of the plates.
  • the plates are assembled to each other by welding between a plane edge of one of the plates and a plane part of a junction panel of the other plate, once brought into contact, either in a single pair of plates, or between two plates of two pairs of adjacent plates.
  • a subject of the invention is also a stack of pairs of heat exchanger plates (A, B) comprising at least two pairs of successive plates spaced apart as described above, designated by the first pair of heat exchanger plates and the second. pair of heat exchanger plates, in which:
  • said first pair and said second pair are arranged parallel to one another and facing each other, the space between the plates of each pair forming a channel for receiving a first flow of fluid (F ! ), - the space between the first and the second pair of heat exchanger plates forms a channel for receiving a second fluid flow (F 2 ), said second pair preferably being identical to said first pair or being a mirror image of said first pair.
  • the stack of pairs of heat exchanger plates (A, B) comprises two successive spaced pairs which are connected laterally by closure means, which preferably comprise a side bar, or a plate of covering with a C or U profile, or a suitable, flat cover plate, for example hexagonal or pentagonal.
  • the stack of pairs of heat exchanger plates (A, B) comprises two successive spaced pairs which are connected laterally by second or third junction panels.
  • the subject of the invention is also a plate heat exchanger comprising pairs of heat exchanger plates or stacks of pairs of heat exchanger plates as described above, said pairs or stack of pairs being arranged in a chassis.
  • a subject of the invention is also a method of manufacturing a stack of at least two pairs of heat exchanger plates as described above, said method comprising the following steps:
  • first junction panels each comprising a first part inclined relative to the central panel, said junction panels preferably being symmetrical to each other with respect to a first median axis of the central panel;
  • the heat exchanger plates in two stacks, namely a first stack of plates identical to each other, and a second stack of plates identical to each other and different from the plates of the first stack,
  • Figure 1a shows two heat exchanger plates A and B according to an embodiment of a "one pair of junction panels" variant.
  • FIG. 1b represents the corresponding pair of plates according to the invention when said plates A and B are assembled.
  • Figures 2a, 2b show two plates A and B according to an embodiment of a variant "with two pairs of junction panels”.
  • FIG. 2b shows the pair of plates according to Figure 2a when said plates A and B are assembled.
  • FIG. 2c represents two pairs of plates according to FIG. 2b, assembled together.
  • Figure 3a shows two plates A and B of a pair of heat exchanger plates according to the invention in another embodiment of the "two pair of junction panel" variant.
  • Figure 3b shows the pair of plates of Figure 3a when said plates A and B are assembled.
  • side or “edge” of the central panel is used with reference to the periphery of the central panel, over a certain width, for example up to 5 or 10% of the width of the central panel. plaque.
  • mirror image means symmetry about a plane in the middle of the space separating the object from its image.
  • the “internal face” of a plate designates the face turned in the direction of the other plate with which it is assembled in pair, and the “external face” of this plate is the face turned in. direction opposite to the other plate of the pair in question.
  • the invention can be used for example for plate heat exchangers operating according to the principle of cross-flow ("cross-flow exchanger" according to the English terminology) 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 countercurrent principle, in which the fluids flowing on both sides of each plate are directed substantially in opposite directions ("counter-current exchanger" in the English terminology).
  • 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 in substantially the same direction.
  • the invention can also be used for plate type heat exchangers operating according to other flow principles.
  • the direction of fluid flow is determined by the design of the plates and how they are connected through the junction panels. It can be modified by baffles ("baffles" in English) arranged in some of the fluid flow channels, including every other channel.
  • the baffles start downstream from the fluid inlet areas between the plates, and extend to the fluid outlet.
  • the baffles allow, downstream of the fluid inlet zone, to modify the fluid flow direction for the first time to approximately 90 ° so that the fluid flows in. the same direction as the fluid in the next channel, then the baffles allow a second change in the fluid flow direction at 90 ° so that the fluid flows in the direction of the outlet area of the channel.
  • the invention is particularly suitable for heat exchange between two fluids, in particular two gases, but can also be used for exchanging 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 a furnace and the fumes from the furnace. same furnace or, similarly, hot stream from a NOx reduction system and cold stream going to the same NOx reduction system.
  • a plate heat exchanger according to the invention can be used for fluids operating at a pressure ranging from full vacuum pressure up to 1.5 MPa, preferably 0.01 to 1.0 MPa, more preferably. 0.01 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. So corresponding, the height of the first junction panel and the heights of the second and third junction panel, if any, may be the same or different.
  • the height of the channels can be determined depending on the operating conditions. Typically, it can be 5 to 30mm, especially 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 30mm or any suitable height.
  • the width of the heat exchanger plate according to the invention can typically be between 1000 mm and 2000 mm, preferably between 1300 mm and 1700 mm.
  • the length of the heat exchanger plate according to the invention can typically be between 1000 mm and 7500 mm, preferably between 1500 mm and 7000 mm.
  • the thickness of the plate may 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 may 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 comprises a first face (or lower face) and a second face (or upper face) opposite to the first face.
  • the terms “lower” and “upper” therefore refer, by convention, to a panel arranged in a horizontal plane.
  • the first and the second face can be flat but can also locally include reliefs, grooves or protuberances.
  • protuberances (“dimples” according to Anglo-Saxon terminology) can be added or pressed into the central panel of the plates. Growths can be implemented on one side 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 projections.
  • the protuberances can be used as spacers and are intended to minimize deformation of the plates when stacked on top of each other. Single or double growths are typically distributed over the center panel surface of the heat exchanger plates.
  • hairpin 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 comprises a first channel intended to receive a first fluid located between the two heat exchanger plates of a single pair of plates according to the invention. Said two plates are mechanically connected by the first two junction panels of the first plate.
  • the heat exchanger according to the invention comprises a second channel intended to receive a second fluid located between two pairs of consecutive plates.
  • closure means can be used, if necessary, to close the lateral sides of the second channel and to seal the channel.
  • said closing 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 the English terminology) or by bolting.
  • each pair of plates comprises only one pair of junction panels
  • the second channel can advantageously be provided with means for closing its lateral side between two pairs of successive plates.
  • closure means can be side bars (“edge bars” in English terminology) or dedicated cover plates (“cover parts” in English terminology) or any other 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 to join the second plate of the first pair and the first plate of the second pair.
  • each pair of plates comprises two pairs of junction panels
  • one of the plates comprises a pair of junction panels, namely the first junction panels such as described above
  • the same plate or the other plate comprises another pair of junction panels, namely the second or third junction panels such as previously described: in this case, each pair is assembled to the other by the second or third pairs of junction panels.
  • closure means can be advantageously arranged longitudinally in the direction of flow of the second fluid (that circulating between two pairs of assembled plates) at the level of the inlet and at the level of the outlet of the second channel.
  • closure means may be a polygonal cover plate having a suitable shape.
  • first and second channels intended to receive the fluid (s) either can be completely empty (“free” channel), or can include mechanical reinforcement means, such as connection bars (“connecting bars”). »According to Anglo-Saxon terminology).
  • spacers manufactured for example from strips (“strips” according to Anglo-Saxon terminology), profiles, protuberances or pin fins, can be inserted into minus one / each channel to ensure the spacing between the plates. They can be loose or can be spot welded, or even be held in place using U-shaped clamps at the supply and discharge level.
  • each of the junction panels comprises a part, in particular a single part, or comprises several parts extending successively from the central panel of the plate, and this or these parts are preferably all flat or substantially flat (with possible roundings. in the transition / folding zones between the central panel and the part or the first part, and between two successive parts when the panel comprises several.
  • the last part, furthest from the central panel is flat and parallel to the planes of the central panels, to maximize the contacting surfaces forming the junction between two plates, thus facilitating their attachment to one another, their mechanical connection.
  • junction panels are preferably obtained by folding operations of the plates, but can be obtained differently, and even be attached to the central panels by various conventional fixing means.
  • each of the junction panels can be mechanically fixed to the central panel of the adjacent plate by any conventional technique, typically by welding.
  • the second part of each of the junction panels can be large enough to allow mechanical attachment of the second part to the central panel of the adjacent plate by conventional means, known to those skilled in the art.
  • the second junction panels can be oriented 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 °. °, or with an angle b of between 60 ° and 120 °, preferably between 70 ° and 110 °, and more preferably between 80 ° and 100 °.
  • each junction panel when it comprises two parts, may extend from the first part of the junction panel parallel to the plane of the central panel, said second part being either oriented or inwardly of the central panel. 'space between two plates of a pair (which will serve as a flow channel for a fluid) of the channel, ie outward, on the other side of this space.
  • Each of the junction panels can preferably be formed in a single step, by deformation / folding.
  • the deformation can be obtained by press forming and / or by bending.
  • a series of flat sheet metal deformation steps may be required to form a series of side junction panels on a single plate (one or two pairs of panels).
  • different areas of the central panel of the plates of the heat exchanger may be provided with an insulation layer, comprising 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 make it possible to locally modify the temperature of the wall of the heat exchanger plate and can typically be implemented in the coldest areas of the cold channel.
  • An example is described in patent application CZ298773.
  • a tip (“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 sheet metal bent so as to be able to cover the solder 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 one-step deformation of a flat metal sheet made of a weldable material, for example a steel plate, for example steel. stainless.
  • the (or all) heat exchanger plate according to the invention can also be manufactured by assembling several independent plate parts, by conventional assembly means.
  • Figure 1a shows two heat exchanger plates A and B according to an embodiment of a variant "with a pair of junction panels", in which the plate B is flat, that is to say devoid of junction panel. It is an exploded view of the two plates facing each other and oriented with respect to each other in the way they will be when assembled as shown in Figure 1b.
  • the central panel A 0 is rectangular in shape and has 4 numbered sides, Ai, A 2 , A 3 and A 4 .
  • Ai and A 2 are two opposite sides.
  • a 3 and A 4 are two other opposite sides. All parts of plate B are numbered in the same way, with B 0 the central panel and B 1 , B 2 , B 3 , B 4 its four sides.
  • the central panel A 0 is provided with a (first) pair of junction panels, namely two junction panels, respectively Pi on the side A and P 2 on the opposite side A 2 , which are symmetrical to one another. 'other with respect to a first median axis x of the central panel A 0 .
  • each of the junction panels P and P 2 is formed of two parts, a first part, respectively P 1A and P 2A , forming an angle a with the central panel A 0 and a second part, respectively P 1B and P 2B , which is parallel to the central panel A 0 .
  • Each junction panel is connected by a fold line to the center panel A 0 , but it could also have been supplied as a second component and have been attached to / attached to the center panel.
  • Each two-part junction panel is preferably formed in a single pass, by deformation of the plate A.
  • the first and second junction panels P and P 2 are oriented at an angle of about 75 ° to the plane of the central panel A 0 .
  • the heat exchanger plate B has no junction panel and is substantially planar.
  • the two central panels A 0 and B 0 face each other.
  • Figure 1b illustrates a schematic perspective view of the two plates A and B of Figure 1a as they are disposed relative to each other when assembled and mechanically connected at the first pair of panels. junction P, and P 2 of plate A 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 as to be able to be connected mechanically.
  • the "internal face" of the plate A faces the "internal face” of the plate B.
  • the first junction panel P, of the plate A is welded at the level of its second part P 1B to the plate B on the edge plan of side Bi of central panel B 0 .
  • the second junction panel P 2 of the plate A is welded at its second part P 2B to the plate B on the plane edge of the opposite plane side B 2 of the central panel B 0 .
  • the space thus formed between the plate A and the plate B constitutes a first channel of the heat exchanger consisting of the pair of plates according to the invention, in which a first fluid F ! can flow.
  • the first channel has a trapezoidal flow cross section and said cross section here is the same over the entire length of the channel.
  • FIGS. 2a and 2b represent a perspective view of two plates A and B, respectively separately and then assembled, according to a first embodiment of a variant "with two pairs of junction panels", in which the exchanger plate A is provided with two pairs of junction panels, inclined in opposite directions in which and the exchanger plate B is devoid of junction panel.
  • the central panel A 0 of the plate A is provided with two pairs of junction panels:
  • the first P junction panels, on the side and P 2 on the opposite side A 2 which are symmetrical to each other with respect to the median axis x of the central panel A 0 , and which are oriented towards the side of the internal face of the plate A (from analogous to the junction panels of Figures 1a, 1b);
  • the second junction panels P 3 on the side A 3 and P 4 on the opposite side A 4 which are symmetrical to each other with respect to the second median axis y, and which are oriented on the side of the external face of the plate A.
  • the median axes x and y are perpendicular to each other.
  • the first junction panels P, and P 2 consist of two parts, a first part, respectively P 1A and P 2A , forming an angle a with the central panel A 0 , and a second part, respectively P 1B and P 2B , which is parallel to the central panel, and which extends outward from the panel.
  • the second junction panels P3 and P4 consist of two parts, a first part, respectively P 3A and P 4A , forming an angle b with the central panel and a second part, respectively P 3B and P 4B , which is parallel to the center panel plate but extending inward of the panel.
  • the first junction panels P, and P 2 are oriented towards the internal face of the plate B at an angle of approximately 75 ° with respect to the plane of the central panel A 0 .
  • the second junction panels P 3 and P 4 are oriented towards the side of the external face of the plate A at an angle b of approximately 90 ° with respect to the plane of the central panel A 0 .
  • the junction panels are preferably formed in a single pass, by deformation. The deformation can be obtained by press forming and / or by bending, after cutting the corners.
  • the heat exchanger plate B has no junction panel and is substantially planar.
  • the two central panels A 0 and B 0 face each other.
  • FIG. 2b illustrates a schematic perspective view of the two plates A and B of FIG. 2a once assembled and mechanically connected at the level of the first junction panels P ⁇ and P 2 of the plate A to form a pair of exchanger plates heat.
  • the two plates have been superimposed so that they can be mechanically connected.
  • the "internal face" of the plate A faces the "internal face” of the plate B.
  • the junction panel P ⁇ of the plate A is welded at the level of its second part P 1B to the plate B on the plane side Bi of central panel B 0 .
  • the junction panel P 2 of the plate A is welded at its second part P 2B to the plate B on the opposite plane side B 2 of the central panel B 0 .
  • the channel formed between the plate A and the plate B constitutes a first channel of the heat exchanger consisting of the pair of plates according to the invention, in which a first fluid F1 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.
  • the second junction panels P3 and P4 of the plate A make it possible to associate the plate A with a third exchanger plate, preferably identical to the plate B, which would be positioned opposite the external face. of the plate A, in order to create, between the third plate and the plate A, a second space defining a channel in which a second fluid F 2 can flow.
  • the second channel has, in this embodiment, a rectangular flow cross section.
  • FIG. 2c represents plates which have on their surface “dimples” or protuberances already mentioned above, as well as, in dotted lines, spacers intended to guarantee a constant spacing between the two central panels, here in the form of profiles. These elements remain optional, but can prove useful in particular with large plates.
  • Figure 3a shows two plates A and B of a pair of heat exchanger plates according to the invention in another embodiment of the variant "with two pairs of junction panels", in which the heat exchanger plate A is provided with a (first) pair of junction panels, and in which the exchanger plate B is also provided with a (third) pair of junction panels.
  • Figure 3b shows the pair of plates when said plates A and B are assembled.
  • the central panel A 0 of the plate A is provided with a first pair of junction panels: P, on the side A and P 2 on the opposite side A 2 , which are symmetrical to each other with respect to the median axis x of the central panel A 0 , and which are oriented towards the internal face of the plate B, as in the preceding Figures 1a-1b.
  • the central panel B 0 of the plate B is provided with a third pair of junction panels: the junction panels R 3 on the side B 3 and R 4 on the opposite side B 4 , which are symmetrical to each other. 'other with respect to the median axis y' of the central panel B 0 , and which are oriented towards the side of the external face of the plate B.
  • the median axes x and y ' are perpendicular l' to each other, with the difference that here, they materialize on two different plates parallel to each other, and not on the same plaque.
  • the first junction panels P, and P 2 consist of two parts, a first part, respectively P 1A and P 2A , forming an angle a with the central panel and a second part, respectively P 1B and P 2B , which is parallel to the central panel plate A 0 , and extend from the side of the internal face of said plate.
  • the third junction panels R 3 and R 4 consist of two parts, a first part, respectively R 3A and R 4A , forming an angle Q with the central panel B0 and a second part, respectively R 3B and R 4B , which is parallel to the central panel plate B 0 , but which is oriented towards the side of the outer face of the plate B.
  • the first junction panels P ⁇ and P 2 are oriented downwards at an angle of approximately 90 ° in relation to the plane of the central panel A 0 .
  • the third junction panels R 3 and R 4 are oriented at an angle Q of approximately 90 ° with respect to the plane of the central panel B 0 .
  • the junction panels are preferably formed in a single pass, by deformation. The deformation can be obtained by press forming and / or by bending, after cutting the corners.
  • Figure 3b illustrates a schematic perspective view of how the two plates A and B of Figure 3a are assembled and mechanically connected at the first and second junction panel P, and P 2 of the plate A to form a pair of heat exchanger plates:
  • the two plates have been combined and welded via the junction panels P, and P 2 on the sides B ! and B 2 of plate B in a manner similar to FIG. 2b.
  • the channel formed between the plate A and the plate B constitutes a first channel of the heat exchanger, in which a first fluid F ! can flow.
  • the first channel has a rectangular flow cross section.
  • the third junction panels R 3 and R 4 of the plate B allow in this configuration to associate the plate B with a fourth exchanger plate, preferably identical to the plate A, which would be positioned opposite the external face of the plate B, in order to create, between the plate B and the fourth plate (not shown), a second channel in which a second fluid F 2 can flow, in particular crosswise.
  • the height of the pairs of junction panels is chosen according to the desired fluid flow rate.
  • FIG. 3b represents an exchanger operation in crossed streams of the flows of the fluids F and F 2 , of the flows perpendicular to each other therefore, that one obtained using internal baffles (not shown) which change the direction of the fluid F 2 , once the admission zone has passed.
  • the exchangers therefore comprise several pairs of plates according to the invention mounted in a frame, with alternations of plates of each of the two types, for example (ABAB) n times without excluding stacks of type (ABBA) n times, with a junction between two pairs which is made by junction panels integrated into the plates according to the invention or by additional components added, as seen above.
  • ABAB ABAB
  • ABBA stacks of type

Abstract

La présente invention concerne une paire de plaques (A, B) d'échangeur de chaleur (AB) comprenant une première plaque (A) et une deuxième plaque (B) d'échangeur de chaleur, disposées en vis-à-vis et espacées l'une de l'autre de manière à définir un volume interne apte à former un canal pour l'écoulement d'un premier fluide (F1), et comprenant chacune un panneau central (A0, B0). Lesdits panneaux centraux sont quadrilatéraux ou quadrilatéraux avec éventuellement des bords tronqués, coupés ou arrondis, et sont plans et parallèles entre eux. Deux côtés opposés du panneau central (A0) de la première plaque (A) sont inclinés par rapport audit panneau central (A0) en direction de la deuxième plaque (B) et forment des premiers panneaux de jonction (P1, P2) venant en contact avec les deux bords opposés correspondants plans du panneau central (B0) de la deuxième plaque (B).

Description

Echangeur de chaleur à plaques
Domaine technique
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 0,01 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 œuvre 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.
Technique antérieure
Le brevet EP165179B1 décrit un échangeur de chaleur à plaques dont 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.
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.
On connaît aussi de la demande de brevet FR 2 806469 des échangeurs à plaques, où chacune des plaques présente des rebords sur chacun de ses quatre côtés : si on considère une de ces plaques selon un plan horizontal, deux de ses rebords opposés s’étendant vers le haut permettant la jonction de la plaque avec une plaque supérieure, et les deux autres rebords opposés s’étendant vers le bas permettant la jonction de ladite plaque avec une plaque inférieure. Les jonctions entre plaques adjacentes se font par soudure entre leurs rebords respectifs.
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 notamment, de plus, sans affecter la performance du transfert thermique opéré par l’échangeur ou sa robustesse.
Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet une paire de plaques d'échangeur de chaleur comprenant une première plaque et une deuxième plaque d'échangeur de chaleur, disposées en vis-à-vis et espacées l’une de l’autre de manière à définir un volume interne apte à former un canal pour l’écoulement d’un premier fluide, et comprenant chacune un panneau central. Lesdits panneaux centraux sont plans et parallèles entre eux. Deux côtés opposés du panneau central de la première plaque sont inclinés par rapport audit panneau central en direction de la deuxième plaque (vers l’intérieur de la paire de plaques une fois les deux plaques assemblées en paire) et forment des premiers panneaux de jonction venant en contact avec les deux bords opposés correspondants plans du panneau central de la deuxième plaque. Avantageusement, au moins un des panneaux centraux, notamment tous les, panneaux centraux, sont quadrilatéraux ou quadrilatéraux avec des bords tronqués, coupés ou arrondis.
On précise qu’un bord « plan » au sens de l’invention est à comprendre avec son acception habituelle, à savoir que le bord est entièrement plan, d’une extrémité à l’autre du côté de la plaque en question, et cela jusqu’au bord opposé. Un bord « plan » au sens de l’invention ne comprend donc pas de portion qui ne le serait pas, et, qui, par exemple serait inclinée par rapport au panneau central (le panneau central, comme détaillé plus loin peut être entièrement plan ou présenter des reliefs, comme des cannelures ou des excroissances, par rapport à un plan médian). Un bord « plan » au sens de l’invention est dépourvu de panneau de jonction au sens de l’invention. Il prolonge le panneau central sans modification angulaire avec lui.
On vient donc assembler en paires, selon l’invention, deux types de plaques différentes, l’une portant sur deux de ses bords opposés des panneaux de jonction dont les bords correspondants de l’autre plaque sont dépourvus. Par rapport à des paires de plaques déjà connues, celles selon l’invention sont produites avec un nombre réduit d’opérations, dans la mesure où on peut obtenir, par pliage notamment, les premiers panneaux de jonction sur une des plaques en une ou deux opérations seulement, et qu’on peut ensuite directement faire l’assemblage avec l’autre plaque qui peut être utilisée telle quelle et rester plane, sans nécessiter donc aucune étape préalable de conformation/pliage.
De préférence, les deux plaques de la paire de plaques sont différentes géométriquement l’une de l’autre. Elles ne sont pas identiques, elles sont avantageusement dépourvues de symétrie l’une par rapport à l’autre : elles ne sont pas, de préférence, « miroirs » ou symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan, un axe ou un point. Et c’est une caractéristique très innovante de choisir de différencier ainsi géométriquement les plaques à assembler en paire.
De préférence, les premiers panneaux de jonction sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe contenu dans le plan du panneau central et passant par les milieux des deux autres côtés non pourvus de ces premiers panneaux de jonctions, appelé par la suite « premier axe médian ».
Lesdits premiers panneaux de jonction permettent de relier la première plaque à la deuxième plaque, en les solidarisant l’une à l’autre, par exemple par soudure. L'espace entre la première et la deuxième plaque d'échangeur de chaleur forme un premier canal pour recevoir un premier fluide.
A noter que la fabrication/conformation des plaques peut aussi comporter une étape de découpe/pliage des coins desdites plaques.
La paire de plaques selon l’invention présente des performances de transfert thermique de même niveau que des paires de plaques conventionnelles, où les bords des plaques destinés à être assemblés sont tous les deux conformés/pliés pour être soudés/solidarisés mécaniquement. A noter que leur robustesse mécanique est également maintenue au même niveau.
Selon un mode de réalisation, au moins un des, notamment tous les, premiers panneaux de jonction du panneau central de la première plaque comprend une première partie s’étendant depuis le panneau central et 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 audit panneau central. C’est une configuration très avantageuse, car on peut ainsi fixer la deuxième partie du panneau, une surface plane, à un bord également plan et qui lui est parallèle, de l’autre plaque : une fixation du type soudure s’en trouve notamment facilitée.
A noter que les panneaux de jonction, en particulier les deux parties de ces panneaux de jonction, peuvent être obtenu(e)s par pliage(s) de la plaque, et que l’inclinaison du panneau de jonction, notamment de la première partie quand il comporte deux parties, ne signifie pas nécessairement un angle parfait au niveau du pliage : l’intersection entre le plan du panneau central et celui du panneau de jonction peut former un angle arrondi / une zone de transition courbe. Il en est de même entre la première partie et la deuxième partie du panneau de jonction quand celui-ci en comporte deux : la deuxième partie peut prolonger la première avec une zone de transition courbe entre l’une et l’autre.
Avantageusement, l’angle a entre la première partie du premier panneau de jonction et le panneau central est d’au moins 45°, préférablement d’au moins 60°, notamment compris entre 80 et 110°, de préférence au voisinage de 90°.
De fait, la largeur de la première partie du panneau de jonction et son angle d’inclinaison a par rapport au panneau central définissent l’espacement entre les deux plaques A, B : par exemple, pour un même angle, plus la première partie du panneau de jonction sera large, et plus l’espace entre les deux plaques sera important. Le panneau de jonction vient ainsi, de par son dimensionnement et son positionnement par rapport au panneau central, déterminer seul la hauteur du volume dans lequel un des fluides va s’écouler, une fois l’échangeur constitué d’une ou plusieurs de ces paires, à taille de plaque donnée.
Selon une première variante, les deux autres côtés opposés du panneau central de la première plaque (ceux qui ne sont pas munis des premiers panneaux de jonction) sont inclinés par rapport audit panneau central dans la direction opposée aux premiers panneaux de jonction (s’étendant vers l’extérieur de l’ensemble constitué de la paire de plaques donc) et forment des deuxièmes panneaux de jonction, notamment afin de venir en contact avec les bords opposés plans correspondants du panneau central d’une troisième plaque. Ici, la troisième plaque peut faire partie d’une autre paire de plaques destinée à être assemblée à la paire de plaques déjà décrite, afin de constituer un échangeur comprenant un empilement de plusieurs paires de plaques. Dans ce cas, cette troisième plaque peut être de conformation identique à la deuxième plaque, et, notamment, être comme elle plane, dépourvue de panneaux de jonction sur ses bords : les deuxièmes panneaux de jonction viennent se fixer, par exemple par soudure, à deux bords plans de cette troisième plaque.
De préférence, lesdits deuxièmes panneaux de jonction du deuxième panneau central sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe contenu dans le plan de leur panneau central et passant par les milieux des deux autres côtés, appelé par la suite « deuxième axe médian »
Avantageusement, au moins un, notamment tous les, deuxièmes panneaux de jonction du panneau central de la première plaque comprend une première partie s’étendant depuis le panneau central et 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 audit panneau central.
Ces deuxièmes panneaux de jonction peuvent donc être de conformation analogue aux premiers panneaux de jonction, en une ou deux parties donc. Ils vont permettre, sur le même principe, de par leur dimensionnement et leur inclinaison par rapport au panneau central, de définir un espacement donné entre la première plaque et la troisième plaque, et définir donc seul la hauteur du volume dans lequel un autre fluide va s’écouler (généralement de composition et/ou de caractéristiques type température différentes), une fois l’échangeur constitué de plusieurs de ces paires, à taille de plaque donnée. De préférence, le dimensionnement et/ou l’inclinaison des premiers et deuxièmes panneaux de jonction est effectivement choisi différent, le volume dédié à l’écoulement des deux fluides étant différent.
Avantageusement, l’angle b entre la première partie des deuxièmes panneaux de jonction et le panneau central est d’au moins 45°, préférablement d’au moins 60°, notamment compris entre 80 et 110°.
Selon une deuxième variante, les deux autres côtés opposés du panneau central de la deuxième plaque sont inclinés par rapport audit panneau central dans la même direction que les premiers panneaux de jonction (orientés donc vers l’extérieur de l’ensemble constitué par la paire de plaques considérée donc) et forment des troisièmes panneaux de jonction, notamment en vue de venir en contact avec les bords opposés correspondants du panneau central d’une quatrième plaque. Dans cette configuration, la deuxième plaque de la première paire de plaques assure la jonction avec une autre paire de plaques comprenant cette quatrième plaque et qui lui est adjacente une fois l’échangeur assemblé. Ladite quatrième plaque en question présente des bords correspondant (ceux qui sont destinés à assurer la jonction avec les troisièmes panneaux de jonction) de préférence plans, et elle peut être totalement plane, comme la troisième plaque précédente.
De préférence, lesdits troisièmes panneaux de jonction du deuxième panneau central sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe contenu dans le plan de leur panneau central et passant par les milieux des deux autres côtés, appelé par la suite « troisième axe «médian ».
De préférence un des, notamment tous les, troisièmes panneaux de jonction du panneau central de la deuxième plaque comprend une première partie s’étendant depuis le panneau central et une deuxième partie s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle Q avec le panneau central et ladite deuxième partie étant parallèle audit panneau central.
Avantageusement, l’angle Q entre la première partie des troisièmes panneaux de jonction et le panneau central est d’au moins 45°, notamment compris entre 80 et 110°.
De préférence, le dimensionnement et l’inclinaison de ces troisièmes panneaux de jonction sont analogues ou identiques à ceux des deuxièmes panneaux de jonction, car ils déterminent, comme pour les deuxièmes panneaux, l’espacement entre deux paires de plaques conditionnement le volume de l’espace où va s’écouler un autre fluide, une fois l’échangeur assemblé, à taille de plaque donnée. On peut ainsi avoir des valeurs pour l’angle b identiques aux valeurs précédentes pour l’angle Q.
Selon un exemple de réalisation, les deuxièmes et/ou troisièmes panneaux de jonction sont différents des premiers panneaux de jonction, notamment en largeur et/ou en inclinaison par rapport à leurs panneaux centraux respectifs. En effet, les premiers vont déterminer, comme déjà vu, une hauteur donnée de volume pour l’écoulement d’un premier fluide d’échange thermique, et les deuxièmes/troisièmes une autre hauteur donnée de volume pour l’écoulement d’un autre fluide d’échange thermique (ou d’un fluide identique au premier dans sa composition/température ...).
Les premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes panneaux de jonction, quand ils sont en deux parties, peuvent avoir leurs premières et leurs secondes parties approximativement sous forme d’un Z, avec la seconde partie s’étendant depuis la première en s’éloignant du panneau central. Alternativement, ils peuvent être approximativement en forme de C inversé, avec la seconde partie se repliant au contraire en direction du panneau central.
En termes de procédé de fabrication, de préférence les premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes panneaux de jonction sont obtenus par pliage des bords des panneaux centraux des plaques. Pour chaque plaque, il peut s’agir d’une seule opération de pliage, ou de plusieurs opérations de pliage, notamment deux.
L’invention a ainsi également pour objet une paire de plaques telle que décrite plus haut, où les premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes panneaux de jonction sont obtenus par pliage des bords des panneaux centraux des plaques.
Toujours en termes de procédé, de préférence, les plaques sont assemblées l’une à l’autre par soudure entre un bord plan de l’une des plaques et une partie plane d’un panneau de jonction de l’autre plaque, une fois mis en contact, que ce soit dans une seule paire de plaques, ou entre deux plaques de deux paires de plaques adjacentes.
L’invention a également pour objet un empilement de paires de plaques (A, B) d'échangeur de chaleur comprenant au moins deux paires de plaques successives espacées comme décrit plus haut, 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 et en regard l’une de l’autre, l’espace entre les plaques de chaque paire formant un canal pour recevoir un premier écoulement de fluide (F!), - l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide (F2), ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire ou étant une image en miroir de ladite première paire.
Selon un mode de réalisation, l’empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) comporte deux paires espacées successives qui sont reliées latéralement par des moyens de fermeture, qui comprennent de préférence un barreau latéral, ou une plaque de recouvrement avec un profil en C ou en U, ou une plaque de recouvrement appropriée, plane, par exemple de forme hexagonale ou pentagonale.
Selon un mode de réalisation, alternatif ou cumulatif, l’empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) comporte deux paires espacées successives qui sont reliées latéralement par des deuxièmes ou des troisièmes panneaux de jonction.
L’invention a également pour objet un échangeur de chaleur à plaques comprenant des paires de plaques d'échangeur de chaleur ou des empilements de paires de plaques d'échangeur de chaleur telles que décrites plus haut, lesdites paires ou empilement de paires étant disposées dans un châssis.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un empilement d’au moins deux paires de plaques d'échangeur de chaleur telles que décrites plus haut, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
- préparer au moins quatre plaques comportant chacune un panneau central à quatre côtés,
- d’une part, pour au moins deux desdits panneaux centraux, plier un premier et un deuxième côté opposés de manière à former des premiers panneaux de jonction, lesdits premiers panneaux de jonction comprenant chacun une première partie inclinée par rapport au panneau central, lesdits panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport à un premier axe médian du panneau central ;
- d’autre part, optionnellement, soit plier lesdits troisième et quatrième côtés des au moins deux panneaux centraux dans le sens opposé aux premiers et deuxième panneaux de jonction de manière à former des deuxièmes panneaux de jonction, lesdits deuxièmes panneaux de jonction comprenant une première partie, inclinée par rapport au panneau central, lesdits panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport à un premier axe médian du panneau central ; soit plier lesdits premier et deuxième côtés d’au moins deux des autres panneaux centraux, de manière à former des troisièmes panneaux de jonction, lesdits troisièmes panneaux de jonction comprenant une première partie, inclinée par rapport à ces deux panneaux centraux, lesdits deuxièmes ou troisièmes panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport à un deuxième axe médian du panneau central ;
- disposer les plaques d’échangeur de chaleur en deux piles, à savoir une première pile de plaques identiques entre elles, et une deuxième pile de plaques identiques entre elles et différentes des plaques de la première pile,
- constituer au moins deux paires de plaques, à partir d’une plaque provenant de la première pile et d’une autre plaque provenant de la deuxième pile, en fixant les premiers panneaux de jonction d’une des plaques aux bords plans correspondant de l’autre plaque, notamment par soudure, l'espace entre les deux plaques de chaque paire formant un premier canal de fluide,
- assembler entre elles au moins deux paires de plaques ainsi constituées, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide, notamment par fixation, par exemple par soudure, des deuxièmes ou troisièmes panneaux de jonction d’une plaque d’une paire aux bords plans d’une plaque d’une paire adjacente ou latéralement par des moyens de fermeture.
Dans la description précédente et dans la suite, des modes de réalisation particuliers et/ou préférés de l’invention sont décrits. Ils pourront être mis en œuvre séparément ou combinés entre eux, sans limitation de combinaison lorsque c’est techniquement réalisable.
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 :
Liste des figures
La figure 1a représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B selon un mode de réalisation d’une variante «à une paire de panneaux de jonction».
La figure 1b représente la paire de plaques correspondante selon l'invention lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées.
Les figures 2a, 2b représentent deux plaques A et B selon un mode de réalisation d’une variante «à deux paires de panneaux de jonction».
La figure 2b représente la paire de plaques selon la figure 2a lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées. La figure 2c représente deux paires de plaques selon la figure 2b, assemblées l’une à l’autre.
La figure 3a représente deux plaques A et B d’une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon l’invention dans un autre mode de réalisation de la variante «à deux paires de panneaux de jonction».
La figure 3b représente la paire de plaques de la figure 3a lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées.
Pour des raisons de clarté, les figures ne représentent pas nécessairement les plaques dans la position spatiale dans laquelle elles peuvent être assemblées, puis selon leur position d’utilisation. Les plaques sont en effet dans l’ensemble des figures, représentées toutes selon un plan vertical. Les figures restent des représentations schématiques, l’ensemble des composants représentés n’est pas forcément à l’échelle, et ont été simplifiés pour en faciliter la lecture.
Description des modes de réalisation
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 » ou » bord » du panneau central est utilisé en référence à la périphérie du panneau central, sur une certaine largeur, par exemple jusqu'à 5 ou 10% 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.
Dans l’ensemble du présent texte, la « face interne » d’une plaque désigne la face tournée en direction de l’autre plaque avec laquelle elle est assemblée en paire, et la « face externe » de cette plaque est la face tournée en direction opposée à l’autre plaque de la paire en question.
L'invention peut être utilisée par exemple pour des échangeurs de chaleur à plaques fonctionnant selon le principe à écoulement croisé (« cross-flow exchanger » selon la terminologie anglo-saxonne) 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 (« counter-current exchanger » selon la terminologie anglo-saxonne). 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.
La direction d’écoulement des fluides est déterminée par la conception des plaques et la façon dont elles sont reliées via les panneaux de jonction. Elle peut être modifiées par des chicanes (« baffles » en anglais) disposées dans certains des canaux d’écoulement du fluide, notamment un canal sur deux. Les chicanes débutent en aval des zones d’admission de fluide entre les plaques, et s’étendent jusqu’à la sortie de fluide. Par exemple, pour un échangeur à co-courant, les baffles permettent, en aval de la zone d’admission du fluide, de modifier une première fois la direction d’écoulement du fluide à sensiblement 90° pour que le fluide s’écoule dans la même direction que le fluide du canal suivant, puis les baffles permettent une deuxième modification de la direction d’écoulement du fluide à 90° pour que le fluide s’écoule dans la direction de la zone de sortie du canal.
L'invention est particulièrement adaptée pour l'échange thermique 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 0,01 à 1,0 MPa, plus préférablement de 0,01 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 7500 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. Les termes « inférieur » et « supérieur » se rapportent donc, par convention, à un panneau disposé selon un plan horizontal.
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. Eventuellement, 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 comprend un premier canal destiné à recevoir un premier fluide 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 les deux premiers panneaux de jonction de la première plaque.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'échangeur de chaleur selon l'invention comprend un deuxième canal destiné à recevoir un deuxième fluide situé entre deux paires de plaques consécutives.
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 la réalisation où chaque paire de plaques ne comprend qu’une paire de panneaux de jonction, sur une des plaques seulement de la paire donc, le deuxième canal peut avantageusement être pourvu de moyens pour fermer son côté latéral entre deux paires de plaques successives. Ces 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 tout autre moyen équivalent. 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.
En ce qui concerne la réalisation de l’invention où chaque paire de plaque comprend deux paires de panneaux de jonction, c’est-à-dire où une des plaques comprend une paire de panneaux de jonction, à savoir les premiers panneaux de jonctions tels que décrits précédemment, et où la même plaque ou l’autre plaque comprend une autre paire de panneaux de jonction, à savoir les deuxièmes ou troisièmes panneaux de jonction tels que décrits précédemment : dans ce cas, chaque paire est assemblée à l’autre par les deuxièmes ou troisièmes paires de panneaux de jonction. Et des moyens de fermeture peuvent être, avantageusement, disposés longitudinalement suivant la direction d'écoulement du deuxième fluide (celui circulant entre deux paires de plaques assemblées) au niveau de l'entrée et au niveau de la sortie du deuxième canal. Ces moyens de fermeture peuvent être une plaque de recouvrement polygonale ayant une forme adaptée.
Par ailleurs, les premier et deuxième canaux destinés à recevoir le(s) fluide(s) soit peuvent être complètement vides (canal « libre »), soit peuvent comprendre des moyens de renforcement mécaniques, tels 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 au moins un/chaque canal afin de garantir l'espacement entre les plaques. Ils peuvent être lâches ou peuvent être soudés par points, ou encore 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, chacun des panneaux de jonction, comprend une partie, notamment une partie unique, ou comprend plusieurs parties se prolongeant successivement depuis le panneau central de la plaque, et cette ou ces parties sont de préférences toutes planes ou sensiblement planes (avec des arrondis possibles dans les zones de transition/de pliage entre le panneau central et la partie ou la première partie, et entre deux parties successives quand le panneau en comprend plusieurs. Dans ce dernier cas, la dernière partie, la plus éloignée du panneau central, est plane et parallèle aux plans des panneaux centraux, pour maximiser les surfaces en contact faisant la jonction entre deux plaques, donc faciliter leur fixation l’une à l’autre, leur solidarisation mécanique.
Les panneaux de jonction sont de préférence obtenus par des opérations de pliage des plaques, mais peuvent être obtenus différemment, et même être rapportés sur les panneaux centraux par différents moyens de fixation conventionnels. Selon un mode de réalisation de l'invention, chacun des panneaux de jonction peuvent être fixés mécaniquement au panneau central de la plaque adjacente par toute technique conventionnelle, typiquement par soudure.
Avantageusement, la deuxième partie de chacun des panneaux 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 conventionnel, connu de l'homme du métier.
Selon une première variante, les deuxièmes panneaux de jonction peuvent être orientés 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°, ou avec un angle b compris entre 60° et 120°, de préférence entre 70° et 110°, et plus préférablement entre 80° et 100°.
De préférence, la deuxième partie de chaque panneau de jonction, quand il comprend deux parties, peut s'étendre depuis la première partie du panneau de jonction parallèlement au plan du panneau central, ladite deuxième partie étant soit orientée soit vers l'intérieur de l’espace entre deux plaques d’une paire (qui servira de canal d’écoulement d’un fluide) du canal, soit vers l’extérieur, de l’autre côté de cet espace.
Chacun des panneaux de jonction peut de préférence être formé en une seule étape, par déformation/pliage. La déformation peut être obtenue par formage à la presse et/ou par cintrage. Une série d’étape de déformation de la tôle métallique plate peut être requise pour former une série de panneaux de jonction latérale sur une même plaque (une ou deux paires de panneaux).
Dans un mode de réalisation de l'invention, différentes zones du panneau central des plaques de l’échangeur de chaleur peuvent être pourvues d'une couche d'isolation, comportant 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 et peut typiquement être mise en œuvre dans les zones les plus froides du canal froid. Un exemple en est décrit dans la demande de brevet CZ298773. 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, par exemple en acier inoxydable.
A noter que la (ou des/toutes les) plaque d’échangeur de chaleur selon l’invention peut également être fabriquée en assemblant plusieurs pièces de plaque indépendantes, par des moyens d’assemblage conventionnels.
Description des figures
Les références représentées sur les figures sont indiqués ci-dessous en rapport avec les composants auxquelles elles 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
Ai, A2, A3I A4 - côtés du panneau central
A0 Bi , B2, B3, B4 - côtés du panneau central B0
P 1 - premier panneau de jonction de A sur le côté A
P2 - deuxième panneau de jonction de A sur le côté A2 P3 - troisième panneau de jonction de A sur le côté A3 P4 - quatrième panneau de jonction de A sur le côté A4 R3 - troisième panneau de jonction sur B sur le côté B3 R4 - quatrième panneau de jonction sur B sur le côté B4 P1A - première partie du premier panneau de jonction P,
P1B - deuxième partie du premier panneau de jonction P,
P2A - première partie du deuxième panneau de jonction P2 P2B - deuxième partie du deuxième panneau de jonction P2 P4A - première partie du quatrième panneau de jonction P4 P4B - deuxième partie du quatrième panneau de jonction P4 R3A - première partie du troisième panneau de jonction R3 R3B - deuxième partie du troisième panneau de jonction R3 R4A - première partie du quatrième panneau de jonction R4 R4B - deuxième partie du quatrième panneau de jonction R4
Les références sont conservées d’une figure à l’autre pour désigner les mêmes composants.
La figure 1a représente deux plaques d'échangeur de chaleur A et B selon un mode de réalisation d’une variante «à une paire de panneaux de jonction», dans laquelle la plaque B est plane, c’est-à-dire dépourvue de panneau de jonction. Elle représente en éclaté les deux plaques en vis-à-vis et orientées l’une par rapport à l’autre de la façon dont elles le seront une fois assemblées comme représenté en figure 1b.
Le panneau central A0 est de forme rectangulaire et présente 4 côtés numérotés, Ai, A2, A3 et A4. Ai et A 2 sont deux côtés opposés. A3 et A4 sont deux autres côtés opposés. Toutes les parties de la plaque B sont numérotées de la même manière, avec B0 le panneau central et B1 ,B2,B3,B4 ses quatre côtés.
Le panneau central A0 est pourvu d’une (première) paire de panneaux de jonction, à savoir deux panneaux de jonction, respectivement Pi sur le côté A et P2 sur le côté opposé A2, qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un premier axe médian x du panneau central A0. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1a, chacun des panneaux de jonction P et P2 est formé de deux parties, une première partie, respectivement P1A et P2A, formant un angle a avec le panneau central A0 et une deuxième partie, respectivement P1B et P2B, qui est parallèle au panneau central A0. Chaque panneau de jonction est connecté par une ligne de pliure au panneau central A0, mais il pourrait également avoir été fourni en tant que deuxième composant et avoir été fixé à /rapporté sur le panneau central. Chaque panneau de jonction en deux parties est de préférence formé en une seule passe, par déformation de la plaque A. Le premier et le deuxième panneaux de jonction P et P2 sont orientés suivant un angle d'environ 75° par rapport au plan du panneau central A0.
La plaque d'échangeur de chaleur B est dépourvue de panneau de jonction et est sensiblement plane. Les deux panneaux centraux A0 et B0 se font face. La figure 1b illustre une vue en perspective schématique des deux plaques A et B de la figure 1a telles qu’elles se trouvent disposées l’une par rapport à l’autre une fois assemblées et reliées mécaniquement au niveau de la première paire de panneaux de jonction P, et P2 de la plaque A pour former une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention.
Les deux plaques de la figure 1a ont été superposées de manière à pouvoir être reliées mécaniquement. La « face interne» de la plaque A fait face à la « face interne » de la plaque B. Le premier panneau de jonction P, de la plaque A est soudé au niveau de sa deuxième partie P1B à la plaque B sur le bord plan du côté Bi du panneau central B0. De manière similaire, le deuxième panneau de jonction P2 de la plaque A est soudé au niveau de sa deuxième partie P2B à la plaque B sur le bord plan du côté plan opposé B2 du panneau central B0.
L’espace ainsi formé entre la plaque A et la plaque B constitue un premier canal de l'échangeur de chaleur constitué de la paire de plaques selon l'invention, dans lequel un premier fluide F ! peut s'écouler. Le premier canal présente une section transversale d'écoulement trapézoïdale et ladite section transversale est ici la même sur toute la longueur du canal.
Les figures 2a et 2b représentent une vue en perspective de deux plaques A et B, respectivement séparément puis assemblées, selon un premier mode de réalisation d’une variante «à deux paires de panneaux de jonction», dans lequel la plaque d’échangeur A est pourvue de deux paires de panneaux de jonction, inclinés dans des directions opposées dans lequel et la plaque d’échangeur B est dépourvue de panneau de jonction.
Dans la figure 2a, le panneau central A0 de la plaque A est pourvu de deux paires de panneaux de jonction :
- d’une part, les premiers panneaux de jonction P, sur le côté
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et P2 sur le côté opposé A2, qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe médian x du panneau central A0, et qui sont orientées du côté de la face interne de la plaque A (de façon analogue aux panneaux de jonction des figures 1a, 1b) ;
- d’autre part, les deuxièmes panneaux de jonction P3 sur le côté A3 et P4 sur le côté opposé A4, qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport au deuxième axe médian y, et qui sont orientées du côté de la face externe de la plaque A. Les axes médians x et y sont perpendiculaires entre eux.
Les premiers panneaux de jonction P, et P2 sont constitués de deux parties, une première partie, respectivement P1A et P2A, formant un angle a avec le panneau central A0, et une deuxième partie, respectivement P1B et P2B, qui est parallèle au panneau central, et qui s’étend vers l’extérieur du panneau.
De même, les deuxièmes panneaux de jonction P3 et P4 sont constitués de deux parties, une première partie, respectivement P3A et P4A, formant un angle b avec le panneau central et une deuxième partie, respectivement P3B et P4B, qui est parallèle à la plaque de panneau central mais qui s’étend vers l’intérieur du panneau. Les premiers panneaux de jonction P, et P2 sont orientés vers la face interne de la plaque B suivant un angle d'environ 75° par rapport au plan du panneau central A0. Les deuxièmes panneaux de jonction P3 et P4 sont orientés du côté de la face externe de la plaque A suivant un angle b d'environ 90° par rapport au plan du panneau central A0. Les 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, après découpage des coins.
La plaque d'échangeur de chaleur B est dépourvue de panneau de jonction et est sensiblement plane. Les deux panneaux centraux A0 et B0 se font face.
La figure 2b illustre une vue en perspective schématique des deux plaques A et B de la figure 2a une fois assemblées et reliées mécaniquement au niveau des premiers panneaux de jonction P^ et P2 de la plaque A pour former une paire de plaques d'échangeur de chaleur.
Les deux plaques ont été superposées de manière à pouvoir être reliées mécaniquement. La « face interne » de la plaque A fait face à la « face interne » de la plaque B. Le panneau de jonction P^ de la plaque A est soudé au niveau de sa deuxième partie P1B à la plaque B sur le côté plan Bi du panneau central B0. De manière similaire, le panneau de jonction P2 de la plaque A est soudé au niveau de sa deuxième partie P2B à la plaque B sur le côté plan opposé B2 du panneau central B0. Le canal formé entre la plaque A et la plaque B constitue un premier canal de l'échangeur de chaleur constitué de la paire de plaques selon l'invention, dans lequel un premier fluide F1 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.
Comme représenté en figure 2c, les deuxièmes panneaux de jonction P3 et P4 de la plaque A permettent d’associer la plaque A avec une troisième plaque d’échangeur, de préférence identique à la plaque B, qui serait positionnée en regard de la face externe de la plaque A, afin de créer, entre la troisième plaque et la plaque A, un deuxième espace définissant un canal dans lequel un deuxième fluide F2 peut s'écouler. Le deuxième canal présente, dans ce mode de réalisation, une section transversale d'écoulement rectangulaire. La figure 2c représente des plaques qui présentent à leur surface des « dimples » ou excroissances déjà évoquées plus haut, ainsi que, en pointillés, des espaceurs destinés à garantir un écartement constant entre les deux panneaux centraux, ici sous forme de profilés. Ces éléments restent optionnels, mais peuvent s’avérer utiles notamment avec des plaques de grandes dimensions.
La figure 3a représente deux plaques A et B d’une paire de plaques d'échangeur de chaleur selon l’invention dans un autre mode de réalisation de la variante « à deux paires de panneaux de jonction», dans lequel la plaque d’échangeur A est pourvue d’une (première) paire de panneaux de jonction, et dans lequel la plaque d’échangeur B est, elle aussi, pourvue d’une (troisième) paire de panneaux de jonction. La figure 3b représente la paire de plaques lorsque lesdites plaques A et B sont assemblées.
Le panneau central A0 de la plaque A est pourvu d’une première paire de panneaux de jonction : P, sur le côté A et P2 sur le côté opposé A2, qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe médian x du panneau central A0, et qui sont orientés vers la face interne de la plaque B, comme dans les figures 1a-1b précédentes.
Le panneau central B0 de la plaque B est pourvu d’une troisième paire de panneaux de jonction : les panneaux de jonction R3 sur le côté B3 et R4 sur le côté opposé B4, qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe médian y’ du panneau central B0, et qui sont orientés du côté de la face externe de la plaque B. Comme à la figure 2a précédente, les axes médians x et y’ sont perpendiculaires l’un à l’autre, à la différence qu’ici, ils se matérialisent sur deux plaques différentes parallèles entre elles, et pas sur une même plaque. Dans ce mode de réalisation, les premiers panneaux de jonction P, et P2 sont constitués de deux parties, une première partie, respectivement P1A et P2A, formant un angle a avec le panneau central et une deuxième partie, respectivement P1B et P2B, qui est parallèle à la plaque de panneau central A0, et s’étendent du côté de la face interne de ladite plaque.
De même, les troisièmes panneaux de jonction R3 et R4 sont constitués de deux parties, une première partie, respectivement R3A et R4A, formant un angle Q avec le panneau central B0 et une deuxième partie, respectivement R3B et R4B, qui est parallèle à la plaque de panneau central B0, mais qui est orientée du côté de la face externe de la plaque B. Les premiers panneaux de jonction P^ et P2 sont orientés vers le bas suivant un angle d'environ 90° par rapport au plan du panneau central A0. Les troisièmes panneaux de jonction R3 et R4 sont orientés suivant un angle Q d'environ 90° par rapport au plan du panneau central B0. Les 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, après découpage des coins.
La figure 3b illustre une vue en perspective schématique de la manière suivant laquelle les deux plaques A et B de la figure 3a sont assemblées et reliées mécaniquement au niveau du premier et deuxième panneau de jonction P, et P2 de la plaque A pour former une paire de plaques d'échangeur de chaleur : Les deux plaques ont été associées et soudées via les panneaux de jonction P, et P2 sur les côtés B ! et B2 de la plaque B de manière similaire à la figure 2b. Le canal formé entre la plaque A et la plaque B constitue un premier canal de l'échangeur de chaleur, dans lequel un premier fluide F ! peut s'écouler. Le premier canal présente une section transversale d'écoulement rectangulaire.
Les troisièmes panneaux de jonction R3 et R4 de la plaque B permettent dans cette configuration d’associer la plaque B avec une quatrième plaque d’échangeur, de préférence identique à la plaque A, qui serait positionnée en regard de la face externe de la plaque B, afin de créer, entre la plaque B et la quatrième plaque (non représentée), un deuxième canal dans lequel un deuxième fluide F2 peut s'écouler, notamment de manière croisée. La hauteur des paires de panneaux de jonction est choisie selon le débit de fluide voulu.
La figure 3b représente un fonctionnement d’échangeur en courants croisés des écoulements des fluides F et F2, des écoulements perpendiculaires entre eux donc, que l’on obtient à l’aide de baffles internes (non représentés) qui changent la direction du fluide F2, une fois la zone d’admission passée.
Les échangeurs comportent donc plusieurs paires de plaques selon l’invention montées dans un châssis, avec des alternances de plaques de chacun des deux types, par exemple (ABAB) n fois sans exclure des empilements de type (ABBA) n fois, avec une jonction entre deux paires qui se fait par des panneaux de jonction intégrés aux plaques selon l’invention ou par des composants supplémentaires ajoutés, comme vu plus haut.

Claims

Revendications
1. Paire de plaques (A, B) d'échangeur de chaleur (AB) comprenant une première plaque (A) et une deuxième plaque (B) d'échangeur de chaleur, disposées en vis-à-vis et espacées l’une de l’autre de manière à définir un volume interne apte à former un canal pour l’écoulement d’un premier fluide (F!), et comprenant chacune un panneau central (A0, B0), lesdits panneaux centraux étant quadrilatéraux ou quadrilatéraux avec éventuellement des bords tronqués, coupés ou arrondis, et étant plans et parallèles entre eux, caractérisée en ce que deux côtés opposés du panneau central (A0) de la première plaque (A) sont inclinés par rapport audit panneau central (A0) en direction de la deuxième plaque (B) et forment des premiers panneaux de jonction (Pi,P2) venant en contact avec les deux bords opposés correspondants plans du panneau central (B0 ) de la deuxième plaque (B).
2. Paire de plaques (A, B) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits premiers panneaux de jonction (Pi,P2) sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un premier axe médian (x) du panneau central (A0).
3. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un des, notamment tous les, premiers panneaux de jonction (Pi ,P2) du panneau central (A0) de la première plaque (A) comprend une première partie (PIA;P2A) s’étendant depuis le panneau central et une deuxième partie (PI B;P2B) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (a) avec le panneau central (A0) et ladite deuxième partie étant parallèle audit panneau central (A0).
4. Paire de plaques (A, B) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’angle (a) entre la première partie du premier panneau de jonction (PIA;P2A) et le panneau central A0) est d’au moins 45°, notamment compris entre 80 et 110°.
5. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux autres côtés opposés du panneau central (A0) de la première plaque (A) sont inclinés par rapport audit panneau central (A0) dans la direction opposée aux premiers panneaux de jonction et forment des deuxièmes panneaux de jonction (P3 ; P4), notamment afin de venir en contact avec les bords opposés correspondants du panneau central d’une troisième plaque.
6. Paire de plaques (A, B) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’un des, notamment tous les, deuxièmes panneaux de jonction (P3;P4) du panneau central de la première plaque (A) comprend une première partie (P3A;P4A) s’étendant depuis le panneau central (A0) et une deuxième partie (P3B;P4B) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (b) avec le panneau central (A0) et ladite deuxième partie étant parallèle audit panneau central (A0).
7. Paire de plaques (A, B) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’angle (b) entre la première partie des deuxièmes panneaux de jonction (P3A;P4A) et le panneau central (A0) est d’au moins 45°, notamment compris entre 80 et 110°.
8. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux autres côtés opposés du panneau central (B0) de la deuxième plaque (B) sont inclinés par rapport audit panneau central (B0) dans la même direction que les premiers panneaux de jonction (P! ,P2) et forment des troisièmes panneaux de jonction (R3;R4), notamment en vue de venir en contact avec les bords opposés correspondants du panneau central d’une quatrième plaque.
9. Paire de plaques (A, B) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’un des, notamment tous les, troisièmes panneaux de jonction (R3;R4) du panneau central (B0) de la deuxième plaque (B) comprend une première partie (R3A;R4A) s’étendant depuis le panneau central (B0) et une deuxième partie (R3B;R4B) s'étendant depuis ladite première partie, ladite première partie formant un angle (Q) avec le panneau central (B0) et ladite deuxième partie étant parallèle audit panneau central (B0).
10. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications 6 ou 9, caractérisée en ce que les deuxièmes (P3;P4) et/ou troisièmes (R3; R4) panneaux de jonction sont différents des premiers panneaux de jonction (P^Pa), notamment en largeur et/ou en inclinaison par rapport à leurs panneaux centraux respectifs.
11. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plaques sont assemblées l’une à l’autre par soudure entre un bord plan de l’une des plaques (B) et une partie plane d’un panneau de jonction (P1,P2) de l’autre plaque (A).
12. Paire de plaques (A, B) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux plaques sont différentes géométriquement l’une de l’autre.
13. Empilement de paires de plaques (A, B) d'échangeur de chaleur comprenant au moins deux paires de plaques successives espacées selon l’une des revendications précédentes, 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 et en regard l’une de l’autre, l’espace entre les plaques de chaque paire formant un canal pour recevoir un premier écoulement de fluide (F!),
- l'espace entre la première et la deuxième paire de plaques d'échangeur de chaleur forme un canal pour recevoir un deuxième écoulement de fluide (F2), ladite deuxième paire étant préférentiellement identique à ladite première paire ou étant une image en miroir de ladite première paire.
14. Empilement de paires de plaques d'échangeur de chaleur (A, B) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que deux paires espacées successives 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 adaptée.
15. Échangeur de chaleur à plaques comprenant des paires (A, B) de plaques d'échangeur de chaleur ou des empilements de paires de plaques d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, lesdites paires ou empilements de paires étant disposés dans un châssis.
16. Procédé de fabrication d'un empilement d’au moins deux paires (A, B) de plaques d'échangeur de chaleur selon l’une des revendications 1 à 12, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
- préparer au moins quatre plaques comportant chacune un panneau central (A0,B0) à quatre côtés,
- d’une part, pour au moins (A0) deux desdits panneaux centraux, plier un premier et un deuxième côté opposés de manière à former des premiers panneaux (Pi ;P2) de jonction, lesdits premiers panneaux de jonction comprenant chacun une première partie inclinée par rapport au panneau central, lesdits premiers panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe médian (x) du panneau central (AO);
- d’autre part, optionnellement soit plier lesdits troisième et quatrième côtés des au moins deux panneaux centraux dans le sens opposé aux premiers et deuxième panneaux de jonction de manière à former des deuxièmes panneaux de jonction (P3;P4), lesdits deuxièmes panneaux de jonction comprenant une première partie, inclinée par rapport au panneau central, lesdits panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport à un axe médian (y) du panneau central ; soit plier lesdits premier et deuxième côtés d’au moins deux des autres panneaux centraux, de manière à former des troisièmes panneaux de jonction (R3;R4), lesdits troisièmes panneaux de jonction comprenant une première partie, inclinée par rapport à ces deux panneaux centraux, lesdits deuxièmes ou troisièmes paires de panneaux de jonction étant de préférence symétriques l’un de l’autre par rapport au deuxième axe médian (y, y’) du panneau central concerné ;
- disposer les plaques d’échangeur de chaleur en deux piles, à savoir une première pile de plaques identiques entre elles, et une deuxième pile de plaques identiques entre elles et de préférence différentes des plaques de la première pile,
- constituer au moins deux paires de plaques, chaque paire étant assemblée à partir d’une plaque provenant de la première pile et d’une autre plaque provenant de la deuxième pile, en fixant les premiers panneaux de jonction d’une des plaques aux bords plans correspondant de l’autre plaque, l'espace entre les deux plaques de chaque paire formant un premier canal de fluide,
- assembler entre elles au moins deux paires de plaques ainsi constituée, l'espace entre les paires de plaques d'échangeur de chaleur formant un deuxième canal de fluide, par fixation des deuxièmes (P3;P4), ou troisièmes panneaux de jonction (R3;R4) d’une plaque d’une paire aux bords plans d’une plaque d’une paire adjacente ou latéralement par des moyens de fermeture.
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