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"Perfectionnements aux plaques ou plateaux pour échangeurs de chaleur".
La présente invention vise des perfectionnements aux appareils tels que leséchangeurs de chaleur à plaques, les filtres-presse ou les ensembles d'éléments similaires eomportant un certain nombre d'éléments en forme de plaque, d'éléments d'entretoises et d'éléments presseurs montés sur un bâti ou dans une presse en juxtaposition serrée.
L'invention est plus particulièrement relative à certains perfectionnements apportés aux éléments en forme de plaque, convenant tout spécialement aux échangeurs de chaleur. Les caractéristiques sanitaires de la forme de l'invention, dans son mode de réalisation préféré, la rendent tout particulièrement applicable à une machine du type à plaques pour le traitement du lait ou d'autres produits alimentaires.
On va, par conséquent, procès
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der à la description du mode de réalisation préféré de l'inven- tion dans le cas d'un échangeur de chaleur à plaques du type couramment utilisé dans l'industrie laitière pour le traitement thermique du lait et d'autres produits alimenta ires, étant bien entendu, toutefois, aue l'invention ne se limite pas à ce genre d'applications.
L'une des principales difficultés que l'on rencontre dans vis la construction des plaques pour le:: appareils plaques du type/ est relative aux orifices d'admission et d'évacuation de fluide, dont la forme et la. position dans la plaoue doivent assurer une répartition correcte du fluide à traiter sur la totalité de la surface ce la plaque, avec une disposition telle qu'elle permet- te le renversement de la plaque bout pour bout et l'insertion, a.u choix, d'un ou de deux passages de circulation, afin de pouvoir choisir entre plusieurs types de circulation du fluide, par exemple une circulation en parallèle ou en série, etc....
De même, il est nécessaire de prévoir, lors du dessin des plaques, une disposition, symétrique des passages de circulation pour le flui- de, avec une configuration appropriée.
La présente invention est relative avant tout à un clément, en forme de plaque perfectionné, destiné à un appareil à plaques du type défini ci-dessus et caractérisé par un ou plusieurs des points suivants: la plaque est munie d'espaces de circulation affectant généralement une forme en losange; les orifices d'entrée et rie sortie du fluide sont percés dans des angles correspondants mais diamétralement, opposés de l'espace de circulation en losange;
ces orifices d'entrée et de sortie présentent une section sensi- blement rectangulaire, le sommet du passage de circulation trian- gulaire correspondant à l'un des angles aigus de l'espace d: cir- culation en losange et la base de l'espace de circulation trian- gulaire pour le orifices ,' admission et d'évacuation étant paral- lèle et sensiblement perpendiculaire, respectivement aux deux côtés de l'espace en losange; le bord d'évacuation de l'orifice
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d'admission s'étend à peu près sur la moitié de la largeur de la plaque et le bord correspondant de l'orifice d'évacuation ou de sortie s'étend à peu près sur la moitié restante de la largeur de la plaque ;
le"pont" distributeur du fluide est recti- ligne et est flanqué de part et d'autre de rainures déflectrices chargées de distribuer la circulation du fluide, rainures paralè lèles au bord d'admission de l'orifice d'entrée du fluide et situées vers l'intérieur par rapport à ce bord d'admission.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et qui sera faite en de référant/au dessin annexé sur lequel:
La fig.l est une vue en élévation d'une plaque perfectionnée pour un échangeur de chaleur perfectionné à plaques ou appareil équivalent.
La fig.2 est une coupe suivant 2-2 de la fig.1;
La fig.3 est une coupe suivant 3-3 de la fig.l.
La fig.4 est une coupe suivant 4-4 de la fig.l.
La fig.5 est une coupe suivant 5-5 de la fig.l.
La fig.6 est une coupe suivant 6-6 de la fig.l.
La f ig.7 est une coupe suivant 7-7 de la fig.l.
La fig.8 est une coupe suivant 8-8 de la fig.l.
La fig.9 est une vue en plan d'un joint perfectionné convenant à une plaque du type à circulation unique comme celle représentée sur la fig.l.
La fig.10 est une coupe suivant 10-10 de la fig.9.
La fig.ll est une coupe suivant 11-11 de la fig.9.
La fig.12 est une vue en plan d'une variante de joint convenant à un échangeur à plaques perfectionné comportant une double circulation de fluide.
La fig.13 est une coupe suivant 13-13 de la fig.12.
La fig.14 est une coupe suivant 14-16 de la fig.12.
La fig.15 est une¯ coupe suivant 15-15 'de la fig.12.
La fig.16 est une vue en plan d'une autre partie de joint
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convenant à la plaque perfectionnée de la fig.1
La fig.17 est une coupe suivant 17-17 (le la fig.16. la fig.18 est une coupe suivant 18-18 de la fig.16.
Le type perfectionné de plaque constituant le mode de réalisation préféré de l'invention est un type couramment utilisé dans les échangeurs de chaleur, dans lesquels les plaques sont munies de joints le long de leur périphérie externe et sont juxtaposées dans une presse ou un bâti support, la compression des plaques assurant l'interaction des joints et des plaques adjacentes pout former des espaces de circulation '.'tanches entre les plaques adjacentes et les liaisons en o érivatien formant "by-pass" rendues étanches grâce aux joints.
Sur les différentes figures du dessin, les mêmes nombres de référence désignent les éléments correspondants. Les plaques 42 sont constituées par des tôles métalliques estampées, relativement minces, de forme générale rectangulaire,et munies, sur la plus grande partie centrale de leur suface, de rangées de protu- bérances( ou bossages) repoussées de forme semi-sphérique, disposées en quinconce, Les bossages sont répartis en diverses rangées décalées et ils sont disposés excentriquement ou latéralement par rapport à l'axe vertical central des plaques 42.
Lors de l'assemblage des plaques 42 dans une presse, les bossages sur l'endroit de l'une des plaques butent contre l'envers d'une plaque voisine entre les creux hémisphériques, ménagés dans l'envers de cette derrière. Grâce à cette disposition, les bossages limitent le degré de compression maximum des joints sur l'endroit des facesdes plaques 42,Au milieu des bords supérieur et inférieur de la plaque 42 on pratique des découpures 93.
Leur profondeur est suffisante pour' permettre l'assemblage vertical des plaques 42 dans le bâti de support ou la presse au moyen de tiges de support, non représentées, traversant les ouvertures 93 dont la largeur est légèrement supérieure au diamètre des tiges. Chacune des plaques 42 est, d'autre part, munie d'une fente légèrement incurvée'94 pratiquée dans ses bords supérieur et
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inférieur; ces fentes sont légèrement décalées dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport aux ouvertures 93 lorsqu'on regarde l'endroit des plaques 42 comme représentésur la fig.l.
Les fentes 94 sont orientées obliquement par rapport à l'axe vertical de la plaque 42 et leur largeur permet le déplacement d'une tige de support auxiliaire, non représentée, à travers cea fentes.
La partie de la plaque 42, comprise entre les fentes 93 et 94. présente la forme générale d'un crochet;
Chacune des plaques 42 est pourvue, dans ses quatre angles, d'ouvertures 95 ; forme est sensiblement triangulaire-le'cote le plus long( ou la base) du triangle est tourné vers le centre de la plaque 42 et est parallèle à la face correspondante de l'ouverture triangulaire diagonalement opposée ; il fait un angle aigu avec l'axe vertical de la plaque. La plus grande partie de la plaque 42, y compris les ouvertures 95, est entourée d'une gorge ininterrompue 96 pour le logement du joint, gorge repoussée dans l'endroit de la plaque et formant un bourrelet sur l'envers.
Des gorges ou rainures d'embranchement 97 et 98 pout le logement de joints, également repoussées dans la face avant de la plaque et formant de même des bourrelets sur l'envers, sont disposées symétriquement entre la partie centrale de la plaque 42 et chacune des ouvertures 95, et sont parallèles à la base des ouvertures triangulaires 95; ces gorges se raccordent chacune par leur deux extrémités à la rainure principale ou continue 96 Les rainures servant de logement aux joints 96,97 et 98 sont toutes reliées entre elles et continues, ce qui permet d'utiliser , sur toutes les plaques de l'échangeur perfectionné, objet de l'invention, un joint 99 unique ou des tronçons de joint.
L'enlèvement de certaines parties de quelques-uns des joints 99 logés dans les rainures 97 et 98 au l'enlèvement de certaines parties du joint 99,logé dans la rainure 96, entre les- rainures 97 et 98. permet l'établissement de joints formant des espaces de circulation et de joints de dérivation, pour assurer ainsi la
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circulation de liquide à partir de n'importe laquelle des ouver- -sures 95, jusqu'aux passades de circulation en forme de losange ménagés entre les deux plaques voisines, ou pour établir une circulation en dérivation dans n'importe laquelle des ouvertures 95 a',
'ielà des passages de circulation en forme de losange ménagés entre deux plaques voisines quelconques 42. Un .joint ainsi modifié est clairement représenté sur la fig.9. La partie du joint 99 qui reste autour desduex ouvertures de circulation 95 et qui n'est pas à l'intérieur de l'espace étanche délimitant le passage offert à la circulation de la pellicule fluide comme le montre la fig.9, a pour effet d'établir des dérivations étanches pour la circulation de? fluides conformément au mode de réalisation décrit dans les brevets américains n 2.039.216 et 1.972.379.
Comme le montre clairement :La fig.l, l'espace en forme de 10sange compris entre deux plaques voisines du mode de réalisation perfectionné représenté sur le dessin, se trouve entièrement entouré par un joint logé dans une rainure, délimitant ainsi la ¯ orme extérieur en losange des espaces de circulation. Comme le montre la fi.l,les orifices d'entrée et de sortie du fluide sont constitués par l'ouverture 95 inférieure gauche et l'ouverture 95 supérieure aoite. Les ouvertures de circulation en dérivation comprennent l'ouverture 95 supérieure gauche et l'ouverture 95 inférieur droite.
Comme le montre également la fig.1 tous les orifices de circulation 95 affectent une forme généraletriangulaire, le sommet du triangle constituant l'angle aigu de l'espace de circulation en forme de losange compris à l'intérieur de la partie ininterrompue du joint de l'espace de circulation. La base de l'ouverture triangulaire est constitnée par une ligne droite à peu près perpendiculaire à deux des côtés parallèles du losange; grâce à cette construc tion, les bases des passages triangulaires 95 dormant les ouvertures d'entrée et de sortie, sont parallèles entre elles.
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Comme le montre la fig.1.la de base de l'orifice trangulaire d'entrée ou et sortie est toujours égale à peu près à la moitié de la largeur de l'espace de circulation en losange, la base de l'une des ouvertures s'étendant sur une moitié de cet espace lesla base de l'autre ouverture s'étendant sur l'autre moitié de examen pace de circulation.
Un fig.1 approfondi de la s'étend ainsi que des coupes de détail de la fig.3, montre aussi que, dans chaque cas, la base de l'espace de circulation triangulaire est parallèle à une section ondulée de la plaque, section qui 98 parallèlement à la base de l'ouverture triangulaire entre cette ouverture et la surface interne bosselée des espaces de circulation. Les ondulations 97 et fig.1 ont la même profondeur et la même largeur que les rainures des joints, et, dans certains cas, elles sont destinées à recevoir des partiels ou tronçons de joints,, comme représenté sur la lorsqu'un orifice donné constitue un orifice de dérivation, tel que l'orifice supérieur gauche ou inférieur droit.
Par contre, lorsqu'un orifice 95 donné sert d'orifiee d'admission ou d'évacuation pour un espace de circulation déterminé, les rainures 97 et 98 ne sont pas munies de jointd et les ondulations ou rainures 97 et 98 alignées dans les deux plaques voisines et se raccordant à la partie intermédiaire formant pont, constituent un organe de perturbation de la circulation et de la distribution du fluide dans les espaces de circulation, ayant pour effet de répartir uniformément et de diriger le courant liquide entrant par un orifice d'admission sur la plus grande partie possible de l'espace de circulation délimité à l'intérieur du losange étanche compris entre deux plaques voisines.
La plaque 42 est entourée par un rebord 100 dont la largeur est supérieure à la profondeur des rainures de joints 96,97,98. La largeur du rebord 100 est telle que, lorsque les joints 99 sont comprimés entre les plaques 42, les rebords 100 adjacents constituent une fermeture pour l'ensemble tout entier dès plaques 42. Les proportions générales
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des bossages, des joints et des rainures de joints @@nt endiguées
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su les fig,2 -11.?'1:;7¯ qu'on .ta signalé plus haut, pour adapter les joints 9'? aux plaques 42, il est possible d'utiliser un joint rr'ou1é unique dans n'importe Quelle partie des rainures de joints 96.97,98 continues et communiquant entre elles, ou dans leur totalité.
Il res@qrt, d'autre part, des diverses vues en coupe telles que les
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fig. 3,4 et 14 que le joint de type perfectionné 99 est inuzif d'épaulements destinés à recouvrir les parois sensiblement verti-
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cales des rainures de joints G5,n7,08 ainsi que les parties plates de la plaque 42 immédiatement adjacentes. Le joint 99 comporte une embase de section 6r'ré1(;:r'!ent rectangulaire et s'ajustant étroitement dans les rainures 96,S7,S2 -t une tête disposée ëymétriquenent sur l'embase et plus 12l',:;e qu'elle.
La tête comporte une double surface extérieure convexe et des surfaces inférieures aplaties qui recouvrent les parties adjacentes de la plaque 42, Un bourrelet ( ou couronne) de compression convexe, faisant corps avec le reste du joint, est disposé le Ion;.' de la partie supérieure centrale de la surface principale convexe extérieure !'Le la tête du joint.
La forme générale du joint avec sa surface supé- rievre courbure complexe, assure la transmission, vers les pla 'lues 42, de l'effort de compression appliqué contre les joints 99 situés entre deux plaques 42 adjacentes, de telle manière que
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la enriQ1Ce la déformation ou a la dilatation des rainures (à, 97.98 soit réduite au minimum et que tout déplacement des joints sous l'effet de la pression hydraulique dans le passade ou espace de circulation de la pellicule fluide soit empêché, assurant aussi
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le contact étanc11e entre la partie plate de le plaque 42 et les parties du joint 99 qui recouvrent ces parties plates.
Il est évident que, lorsque certains tronçons des joints 99 sont enlevés, par exemple lorsqu'on enlevé les joints placés dans les rainures 96 et 97 pour permettre au liquide provenant de
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l'ouverture 95 correspondants de s'écoule?" sur 1.'1 partie centrale
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bosselée des plaques 42, ces tronçons du joint 99( dont on a sec- tionné Impartie normalement logée dans les rainures 97 et 98) ne sont pas normalement soutenus sur toute la longueur pour ruelle il n'existe pas de paroi interne de support dans la rainure 96 et. ils sont normalement supporters par l'extrémité du joint correspondant qui se trouve dans les rainures 97 et 98.
Ces tronçons de joint non supportés se trouvent évidemment à la jonction des rainures, telles que les rainures 96 d'une part et les rainures 97 et 98 ri'autre part. Pour assurer un soutien adéquat des joints aux points de jonction où les parois des rainures de joints sont interrompues, il est possible de mouler initialement le joint en prévoyant la suppression de certains éléments ainsi que le moulage de parties de support en matière de joint, en dessous des épaulements de l'élément principal 9 du joint, de la manière clairement réprésentée sur les figs. 10.11,13,14,15,17 et 18;
ou bien les joints "en parallèle" normalement encastrés dans les rainures 97 et 98, peuvent être découpés de manière à retenir les tronçons ou éléments de support du joint principal, comme on l'a représenté sur les figures mentionnées. Comme le montrent les figures 10 et 11, il est avantageux de prévoir de légers excédents de matière de support du joint de t-elle sorte qu'après cimentage du joint dans les rainurés, le long du fond plat de celles-ci, cet excédent de matière placée le long des bords non soutenus du joint, à l'endroit des interruptions dans les parois des rainures, se trouve légèrement précomprimée, avant assemblage et compresion des plaques de l'échangeur ou du filtre dans le bâti ou dans la presse.
Dans certains cas, il peut être avantageux, dans l'utilisation d'un dispositif de chauffage à plaques du type visé par l'inven- tion, de prévoir des plaques dites à double circulation.
Dans le cas normal d'une plaque à simple circulation de fluide, celui/ci pénètre par une ouverture 95, circule dur la surface de la .'plaque et sort par l'ouverture 95 diagonalement opposée à l'ouverture d'entrée. Dans une plaque à double circulation, le liquide pénètre par une ouverture 95 et sort par l'ouverture 95 im-
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médiateclent voisine de la p 'emiere et si tuée a la fr'êc18 extrémi- té ce la pladue, après avoir parcouru deux Cois la longueur de la 'claque. On assure la circulation du liquide sur toute la surface centrale de la plaque en prévoyant un joint longitudinal central
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ICI, qui part rie la jontion des ('(,;;
LX rajllU1f'S 97 sécantes et se dirige vers l'autre nxt-. .. J '..= }-,"","1 e jusqu'à une distance 00 l'intersection des deux rainures 97 opposées, à peu près éga- le 3. la largeur de l'espace compris entre le joint 96, situé le long des lignes de la plaque 42 et le joint ICI.
En général, le
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tronçon de joint ICI que l'on prévoit au centre de la plaque .').2 ainsi nodifiée, est loge' dais une rainure semblable à la rainure 96 prévue e 7¯a périphérie extérieure de la plaque lE et sa Porne en section droite est a peu près la l'lên;e que celle du joint prin- cipal 99.La rainure destinée à recevoir le joint ICI s'étend lE? long de l'axe de la plaque sur une distance suffisante pour rece-
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voir ce joint.
Il faut noter que les rainures joints, Ç.F>,97, 11 sont disposées de telle ort8/:Jv8 la rainure 96, qui court le long de la parbie principale du cô-.é de la plaque h2 et le long des petits cotés extérieurs correspondants des deux ouvertures ti"iangulaires 93 voisines de ce côté de la plaque, soit reCt.lll"nP et (111 \es rainures (le joints restantes, \e courte longueur, s'étenont autour de cette partie triangulaire, soient alignées avec une rainure 9 située vers l'intérieur par rapport (è la rainure 97 formant la darse rie l'ouverture triangulaire 95 voisine, ii la iJ18me 8Ytré,'ité de la plaque.
11 ressort clairement de tout ce Qui précède que l'invention vise des perfectionnements nouveaux apportés Hune plaque desti-
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née à un 4cliargr=:Ji" &-. j;>la.qimes, z un filtre presse ou. i. un appareil équivalent, plaque dans laouelle la disposition des passages de circulation et de dérivation, et leur co=1Ci,<<iira.iJn par rapport è celle ,..11:'- l'ouverture d'écoulement, SOI11: telles que l'on obtient une répartition et une uniformité optir;:3 de l'écoulement du flui- de d'échange thermique ou du fluide équivalent, à travers kes pas-
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sages de circulation augmentant ainsi considérablement le rende- ment de l'appreil.
Il est évident également que, grâce à la dis- position des rainures à joints réprésentées et décrites, il de- vient facile de disposer sur une plaque un joint du type unique de telle sorte que, en découpant ou en enlevant de petits frag- ments de joint, on puisse réaliser rapidement divers types de circulation de fluide grâce à une association correcte entre les plaques, après découpage ou tronçonnage des joints d'une manière appropriée déterminée à l'avance.
De même, l'utilisation, dans certains cas, de certaines ondulations, à titre de rainures pour joints le long de la base des orifices de circulation triangu- @ 7.aires lorsque.ceux-ci servent à créer une dérivation du fluide, ou encore l'utilisation des mêmes rainures pour joints en tant qu'agent créant la turbulence et la répartition du fluide lorsque l'orifice de passage triangulaire sert d'orifice d'admission ou de sortie, présentent de nombreux avantages dans l'établissement d'un échangeur de chaleur à plaques. bien
Il doit être entendu que diverses modifications pourront être apportées à un dispositif conforme à l'invention sans s'écarter de l'esprit de celle-ci. fi E 8. U 1"1 E.
La présente invention a pour objet un appareil à plaques tel qu'un échangeur de chaleur ou un filtre-presse par exemple,carac- térisé par les points suivants, pris isolément ou en tute combi- naison :
1. L'espace entre deux plaques juxtaposées est scellé le long de sa périphérie par un dispositif de joint formant un es- pace de circulation étanche entre ces plaques; des passages d'en- trée et de sortie ménagés dans les plaques communiquent avec cet espace de circulation ;
cedispositif est caractérise par le pré- sence d'une rainure continue ménagée dans les plaques pour le lo- gernent dudit joint, rainure qui délimite et entoure la périphé- rie d'une zone de circulation affectant sensiblement la forme
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d'un losange, sur la face de l'une des plaques, entre les pla- ques juxtaposées. et
2. Les passades d'entrée/de sortie sont situés respectivement aux angles aigus diamétralement opposés rie ]'espace en forme de losange.
3. Les passages sont constitues par dec orifices sensible- ment triangulaires dont la base est plus longue que l'un quel- conque des deux autres côtés, e l'angle au sommet aigu de ces orifices étaut sensiblement confondu avec le sommet de l'angle aigu correspondant del'espace en losange.
4. Les bases des orifices triangulaires sont parallèles entre elles et sensiblement perpendiculaires a deux des côtés de l'es- pace en forme de losange, et sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du losange.
5. La base de l'un c es orifices triangulaires s'étend trans- versalement, sur la moitié environ de la largeur de l'espace en losange et la hase de l'autre orifice s'étend bransversalement sensiblement sur la moitié restante de l'espace en losange.
6. Des rainures espacées assurant la répartition et la dé- flection du fluide er circulation sont pratiquées dans la face rainurée de la plaque parallèlement à la base de l'orifice rian- guialre et plue près que celui-ci du centre rie l'espace en losan- ge
7,Les rainures mentionnées en 6 ainsi que les rainures ce logement, de Joint scnt sensiblement rectangulaires en section droite et présentent les mêmes dimensions.
Les rainures mentionnées on 6 peuvent également servir au logement du ;oint.
9. Ces orifices de dérivation ou by-pass de forme sensible- ment triangulaire et diamétralement opposés entre eux, sont pra- tiqués dans les plaques à l'extérieur de l'espace de circulation étanche .en forme :le losange, ces orifices de dérivation ayant le mène cpntour que les orifices d'entrée et de sortie, leurs bases
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étant parallèles entre elles et parallèles à deux ctés opposés de l'espace en forme de losange( et à une certaine distance de ceux-ci) et en outre perpendiculaires aux bases des orifices d'entrée et de sortie situés dans l'espace en forme de losange.
10. Les orifices de dérivation situés en dehors de l'espace de circulation en losange ainsi que les orifices d'entrée et de sortie à l'intérieur de cet espace, sont disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de l'espace en forme de losange.
11. La rainure déflectrice et de répartition du fluide qui est située le plus'à l'intérieur et qui est associée à l'un des orifices d'entrée ou de sortie, est alignée avec un prolongement de la rainure,de logement du joint qui constitue l'un des côtés courts de l'orifice de dérivation triangulaire situé à côté dudit orifiee d'en-crée ou de sortie.
12. La base d'un orifice de dérivation triangulaire, est situé par rapport au bord parallèle voisin de l'espace de circulation en losange, à une distance égale à celle qui sépare lesdites rainures déflectrices et répartitrices parallèles à la base d'un orifice d'entrée ou de sortie.
13. Un évidement servant au logement d'un joint auxiliaire ou de dérivation est pratiqué dans l'endroit de la plaque rainurée, cet évidement s'étendant le long de l'axe central de la plaque sur la plus grande longueur de l'espace de circulation enfor me de losange entouré par ladite rainure continue servant au logement du joint, et un joint est disposé dans ladite rainure servant au logement du joint auxiliaire ou de dérivation.