FR2608746A1 - HEAT EXCHANGER WITH SPIRAL EXCHANGE CIRCUITS; RIB PLATE FOR SUCH AN EXCHANGER - Google Patents
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Abstract
ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTANT UN EMPILEMENT DE PLAQUES A NERVURES EN SPIRALE. CHAQUE PLAQUE NERVUREE COMPORTE SUR LES DEUX FACES DES NERVURES EN SPIRALE 2, 3 FAISANT PARTIE INTEGRANTE DE LA BASE 4 DE LA PLAQUE 1, ET SUR UNE FACE, POUR L'UN F DES FLUIDES,DES NERVURES EN SPIRALE 2 A ENROULEMENT DEXTRORSUM ET SUR L'AUTRE FACE, POUR L'AUTRE FLUIDE C, UN MEME NOMBRE DE NERVURES EN SPIRALE 3 A ENROULEMENT SENESTRORSUM, CES NERVURES ETANT EN EXACTE COINCIDENCE PAR LEURS BASES, DE SORTE QUE LES NERVURES 2 D'UNE FACE DE LA PLAQUE 1 SOIENT DANS L'EXACT PROLONGEMENT DES NERVURES 3 DE L'AUTRE FACE.HEAT EXCHANGER WITH A STACK OF SPIRAL RIBBED PLATES. EACH RIBBED PLATE INCLUDES ON BOTH SIDES OF THE RIBS IN SPIRAL 2, 3 FORMING AN INTEGRAL PART OF BASE 4 OF PLATE 1, AND ON ONE SIDE, FOR ONE OF THE FLUIDS, OF SPIRAL RIBS 2 WITH DEXTRORSUM WINDING AND ON THE OTHER SIDE, FOR THE OTHER FLUID C, THE SAME NUMBER OF RIBS IN A SPIRAL 3 HAS SENESTRORSUM WINDING, THESE RIBS BEING EXACTLY COINCIDENT BY THEIR BASES, SO THAT THE RIBS 2 OF ONE FACE OF PLATE 1 ARE IN THE EXACT EXTENSION OF THE RIBS 3 ON THE OTHER SIDE.
Description
Echangeur de chaleur à circuits d'échange en spiraleHeat exchanger with spiral exchange circuits
Plaque nervurée pour un tel échangeur. Ribbed plate for such an exchanger.
La présente invention concerne tout d'abord un échangeur de chaleur à circuits d'échange en spirale, du type comportant un empilement de plaques conductrices de The present invention firstly relates to a heat exchanger with spiral exchange circuits, of the type comprising a stack of conductive plates of
la chaleur séparées par une nervure s'étendant de cha- heat separated by a rib extending from each
que côté de ces plaques et définissant lesdits circuits that side of these plates and defining said circuits
d'échange en spirale, ces plaques séparant ainsi, de fa- spiral exchange, these plates thus separating
çon étanche, les deux fluides entre lesquels doivent s'effectuer les échanges de chaleur, et les circuits d'échange de chacun des deux fluides étant connectés en watertight lesson, the two fluids between which heat exchange must take place, and the exchange circuits of each of the two fluids being connected in
parallèle, au niveau des extrémités respectivement in- parallel, at the ends respectively
ternes et externes des spirales, d'une part à au moins un collecteur d'entrée du fluide considéré, d'autre part dull and external spirals, on the one hand to at least one inlet manifold of the fluid considered, on the other hand
à au moins un collecteur de sortie de ce fluide. at least one outlet manifold for this fluid.
On connait déjà de tels échangeurs de chaleur, par exemple par le brevet allemand n' 669 442. Dans ces échangeurs, cependant, n'est prévue sur chaque face de la plaque de base qu'une seule nervure en spirale, ce Such heat exchangers are already known, for example from German patent no. 669,442. In these exchangers, however, only one spiral rib is provided on each face of the base plate, this
qui a pour effet favorable uniquement d'allonger le par- which only has the favorable effect of lengthening the
cours du fluide sur la plaque d'échange. En d'autres termes, chaque face de la plaque ne comporte qu'un seul course of the fluid on the exchange plate. In other words, each side of the plate has only one
trajet pour tout le fluide qui y entre ou qui en sort. path for all the fluid entering or leaving it.
Cela a pour inconvénient d'augmenter la perte de charge. This has the disadvantage of increasing the pressure drop.
Par ailleurs, il convient de remarquer que dans les échangeurs connus les nervures, qui d'ailleurs ne sont pas toujours en vis-à-vis sur les deux faces opposées Furthermore, it should be noted that in known exchangers the ribs, which moreover are not always vis-à-vis on the two opposite faces
des plaques, ne constituent que des cloisons de sépara- plates, only constitute partitions
tion qui, comme indiqué plus haut, n'ont pour but que tion which, as indicated above, is intended only
d'allonger les parcours des fluides, et qu'elles ne par- to lengthen the paths of the fluids, and that they do not
ticipent pas directement aux échanges de chaleur, ne do not directly participate in heat exchange, do
pouvant transmettre des calories par conductibilité. able to transmit calories by conductivity.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients des échangeurs connus, notamment des échangeurs à circuits d'échange en spirales, et,'à cet The object of the present invention is to remedy these drawbacks of known exchangers, in particular exchangers with spiral exchange circuits, and,
effet, un échangeur du type défini au début sera, con- Indeed, an exchanger of the type defined at the beginning will,
formément à l'invention, essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs nervures élaborées sous la forme de surfaces d'échange thermique et qui font partie intégrante de la base desdites plaques, lesquelles sont donc des plaques nervurées sur leurs deux faces, et en ce qu'une même plaque porte sur une face, pour l'un des formally with the invention, essentially characterized in that it comprises several ribs developed in the form of heat exchange surfaces and which form an integral part of the base of said plates, which are therefore ribbed plates on their two faces, and in what the same plate has on one side, for one of the
fluides, des nervures en spirale à enroulement dextror- fluids, spiral ribs with winding dextror-
sum et sur l'autre face, pour l'autre fluide, un même sum and on the other side, for the other fluid, the same
nombre de nervures en spirale à enroulement senestror- number of spirally wound ribs senestror-
sum, ces nervures étant en exacte coïncidence par leurs bases, de sorte que les nervures d'une face de la plaque sum, these ribs being in exact coincidence by their bases, so that the ribs of one face of the plate
soient respectivement dans l'exact prolongement des ner- are respectively in the exact extension of the nerves
vures de l'autre face.vures on the other side.
Grâce à ces dispositions, on peut tout d'abord diminuer les pertes de charge des fluides à l'intérieur de l'échangeur car, sur chaque face des plaques, chaque Thanks to these provisions, it is possible first of all to reduce the pressure losses of the fluids inside the exchanger because, on each face of the plates, each
fluide se divisera en un certain nombre de parcours pa- fluid will divide into a number of paths pa-
rallèles, en fonction du nombre des spirales. rows, depending on the number of spirals.
Par ailleurs, alors que dans les échangeurs classiques les calories sont échangées à travers une paroi mince de la plaque de base, selon la présente Furthermore, while in conventional exchangers the calories are exchanged through a thin wall of the base plate, according to the present
invention l'essentiel de l'échange de calories s'effec- invention most of the calorie exchange is done
tue par la conductibilité des nervures qui se font face, et qui sont élaborées, dans le même matériau que celui qui constitue la plaque de base, par coulée, par usinage kills by the conductivity of the ribs which face each other, and which are produced, in the same material as that which constitutes the base plate, by casting, by machining
mécanique, par électroérosion ou encore par estampage. mechanical, EDM or stamping.
Selon l'invention, la plaque de base et ses nervures forment un ensemble monobloc favorisant au maximum les échanges thermiques et conférant à tout l'échangeur une According to the invention, the base plate and its ribs form a one-piece assembly promoting maximum heat exchange and giving the entire exchanger a
excellente rigidité, de beaucoup supérieure, par exem- excellent rigidity, much higher, for example
ple, à celle des échangeurs à plaques minces. Cela au- ple, to that of thin plate exchangers. That at-
torisera des différences de pression importantes entre will check for significant pressure differences between
les deux fluides, sans craindre les déformations. both fluids, without fear of deformation.
En outre, alors que dans les échangeurs classi- In addition, while in the classi-
ques les seuls paramètres sont les distances entre that the only parameters are the distances between
plaques, ce qui interdit toute optimisation, selon l'in- plates, which prevents any optimization, according to the
vention le nombre des nervures, leur espacement ainsi note the number of ribs, their spacing as well
que leur forme et leur hauteur, déterminées par le cal- that their shape and height, determined by the cal-
cul, permettront de choisir, indépendamment l'un de l'autre, le nombre de Reynolds et le nombre de Mach, et ass, will allow to choose, independently of one another, the Reynolds number and the Mach number, and
*donc d'optimiser les coefficients d'échange et de mini- * therefore optimize the exchange and mini-coefficients
miseT les pertes de charge sur chacun des écoulements. put pressure losses on each of the flows.
D'autres caractéristiques d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention, ainsi que d'autres avantages, seront mentionnés plus bas, en regard des dessins. Il en sera de même pour les plaques nervurées Other characteristics of a heat exchanger according to the invention, as well as other advantages, will be mentioned below, with reference to the drawings. It will be the same for the ribbed plates
destinées à équiper de tels échangeurs et dont la carac- intended to equip such exchangers and whose character-
téristique principale réside dans le fait que chacune main fact is that each
d'elles comporte sur les deux faces des nervures en spi- of them comprises on the two faces of the ribs in spi-
rale faisant partie intégrante de la base de la plaque, et en ce qu'elle porte sur une face, pour l'un des rale forming an integral part of the base of the plate, and in that it bears on one side, for one of the
fluides, des nervures en spirale à enroulement dextror- fluids, spiral ribs with winding dextror-
sum et sur l'autre face, pour l'autre fluide, un même sum and on the other side, for the other fluid, the same
nombre de nervures en spirale à enroulement senestror- number of spirally wound ribs senestror-
sum, ces nervures étant en exacte coïncidence par leur base, de sorte que les nervures d'une face de la plaque soient dans l'exact prolongement des nervures de l'autre face. sum, these ribs being in exact coincidence by their base, so that the ribs on one side of the plate are in the exact extension of the ribs on the other side.
Des modes d'exécution de l'invention vont main- Modes of carrying out the invention will main-
tenant être décrits à titre d'exemples nullement limita- holding be described by way of examples not limited to
tifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention, dans une première forme de réalisation comportant des plaques intermédiaires planes; - la figure 2 est une vue en plan d'une face d'une plaque nervurée conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue en plan de la face opposée de la plaque de la figure 2; - la figure 4 est une vue partielle en coupe tifs, with reference to the figures of the accompanying drawing in which: - Figure 1 is an axial sectional view of a heat exchanger according to the invention, in a first embodiment comprising flat intermediate plates; - Figure 2 is a plan view of a face of a ribbed plate according to the invention; - Figure 3 is a plan view of the opposite face of the plate of Figure 2; - Figure 4 is a partial sectional view
radiale à plus grande échelle d'une plaque de base, mon- radial to a larger scale of a base plate, my-
trant une forme possible pour les nervures; et trant possible shape for the ribs; and
- la figure 5 est une vue en coupe axiale analo- - Figure 5 is a view in axial section analog-
gue à celle de la figure 1, montrant un échangeur de chaleur conforme à l'invention, dans une seconde forme gue to that of Figure 1, showing a heat exchanger according to the invention, in a second form
de réalisaLion, à savoir sans plaques intermédiaires. of realization, namely without intermediate plates.
Sur les différentes figures les plaques nei'u- In the various figures the plates nei'u-
rées ont été référencées 1. Dans l'échangeur de la figu- rees were referenced 1. In the exchanger of the fig-
re 1 toutes les plaques 1 peuvent être identiques et re 1 all the plates 1 can be identical and
sont circulaires et orientées dans le même sens, à sa- are circular and oriented in the same direction, except
voir que le fluide froid à chauffer s'écoule entre les nervures en spirales 2 de leur face gauche et le fluide see that the cold fluid to be heated flows between the spiral ribs 2 of their left face and the fluid
chaud à refroidir s'écoule entre les nervures en spira- hot to cool flows between the ribs in spiral
les 3 de leur face droite, ces nervures étant portées par une base commune 4. Les plaques 1 peuvent être en tout matériau d'échange thermique approprié et notamment 3 of their straight face, these ribs being carried by a common base 4. The plates 1 can be made of any suitable heat exchange material and in particular
peuvent être en des matériaux pouvant résister aux tem- may be of materials capable of withstanding weather
pératures très élevées, tels que les carbures et nitru- very high peratures, such as carbides and nitru-
res de silicium, etc, et ayant également une excellente silicon res, etc, and also having excellent
résistance vis-à-vis des fluides corrosifs. On peut éga- resistance to corrosive fluids. We can also
lement envisager d'utiliser des métaux comme Mg, Al, Cu, Fe, Ni, ou tout alliage métallique approprié. Entre les Also consider using metals such as Mg, Al, Cu, Fe, Ni, or any suitable metal alloy. Between the
plaques d'échange nervurées et circulaires 1 sont inter- ribbed and circular exchange plates 1 are inter-
calées des plaques intermédiaires planes et circulaires , conductrices de la chaleur, et qui ont pour but de séparer l'écoulement d'un fluide de l'écoulement voisin wedged flat and circular intermediate plates, conductive of heat, and which aim to separate the flow of a fluid from the neighboring flow
de l'autre fluide; elles également peuvent être réali- of the other fluid; they too can be
sées en tout matériau approprié et être fixées de façon étanche sur les plaques nervurées I par des brasures ne in any suitable material and be tightly fixed to the ribbed plates I by soldering
supportant aucun effort mécanique.supporting no mechanical effort.
On obtient ainsi un empilement cylindrique de plaques alternées 1 et 5, avec une étanchéité parfaite entre ces plaques, que l'on enserre entre deux flasques extrêmes 6 grâce à un boulon central 7 vissé dans un noyau central et de guidage 8 solidaire de la carcasse 9 A cylindrical stack of alternating plates 1 and 5 is thus obtained, with a perfect seal between these plates, which is clamped between two extreme flanges 6 by means of a central bolt 7 screwed into a central and guide core 8 integral with the carcass 9
de l'échangeur, et grâce & des boulons périphériques 10. of the exchanger, and thanks to the peripheral bolts 10.
Le fluide froid (à chauffer) pénètre dans l'é- The cold fluid (to be heated) enters the water.
changeur par l'entrée latérale 11, accède à la partie centrale des plaques nervurées 1 par des collecteurs centraux et axiaux d'entrée 12 A, passe entre les nervu- res en spirale 2 des plaques, s'échappe de la périphérie des plaques Par des collecteurs axiaux et extérieurs de sortie 13A, et de l'échangeur par une sortie latérale 14, laquelle est disposée, par rapport à l'empilement de plaques, du côté opposé à l'entrée 11. Ce parcours du changer through the lateral inlet 11, accesses the central part of the ribbed plates 1 by central and axial inlet manifolds 12 A, passes between the spiral ribs 2 of the plates, escapes from the periphery of the plates Par axial and external outlet manifolds 13A, and the exchanger by a lateral outlet 14, which is arranged, relative to the stack of plates, on the side opposite to the inlet 11. This course of the
fluide froid à réchauffer a été représenté par les flè- cold fluid to be heated has been represented by the arrows
ches F. Quant au fluide chaud qui cède les calories, il pénètre dans l'échangeur par l'entrée axiale 15 située ches F. As for the hot fluid which transfers the calories, it enters the exchanger by the axial inlet 15 located
du côté de la sortie 14, accède à la périphérie des pla- on the side of exit 14, access the periphery of the
ques 1 par des collecteurs axiaux et extérieurs d'entrée 12B, passe entre les nervures en spirale 3 des plaques, s'échappe de la partie centrale des plaques 1 par des ques 1 by axial and external inlet manifolds 12B, passes between the spiral ribs 3 of the plates, escapes from the central part of the plates 1 by
collecteurs centraux et axiaux de sortie 13B, et de l'é- central and axial outlet manifolds 13B, and of the
changeur par une sortie axiale 16, opposée à l'entrée changer by an axial outlet 16, opposite the inlet
15. Ce parcours du fluide chaud à refroidir a été repré- 15. This course of the hot fluid to be cooled has been shown
senté par les flèches C. On voit que l'on obtient ainsi un échangeur à contre-courant, puisque sur les plaques 1, le parcours en spirale des fluides est centrifuge pour le fluide froid F et centripète pour le fluide chaud C; les échanges de chaleur à contre-courant se prolongent aussi aux extrémités de l'échangeur, du fait de l'opposition felt by the arrows C. It can be seen that a counter-current exchanger is thus obtained, since on the plates 1, the spiral path of the fluids is centrifugal for the cold fluid F and centripetal for the hot fluid C; countercurrent heat exchanges also extend at the ends of the exchanger, due to the opposition
des entrées 11,15 et des sorties 14,16. inputs 11.15 and outputs 14.16.
Cette disposition à contre-courant, connue en soi, n'est pas obligatoire, mais présente comme on le sait l'avantage de permettre d'obtenir un coefficient This counter-current arrangement, known per se, is not compulsory, but has, as we know, the advantage of making it possible to obtain a coefficient
d'échange optimal.optimal exchange.
On a indiqué plus haut que dans le mode de We indicated above that in the mode of
réalisation de la figure 1 toutes les plaques 1 pou- realization of figure 1 all the plates 1 for
vaient être identiques et orientées dans le même sens. will be identical and oriented in the same direction.
Par ailleurs, pour obtenir la disposition essentielle de l'invention, il convient, dans ce cas, que, si l'on considère deux plaques nervurées voisines 1 situées de part et d'autre d'une même plaque intermédiaire 5, les nervures qui sur l'une des plaques définissent une par- tie du circuit d'échange de l'un (F) des fluides soient en coïncidence avec les nervures qui sur l'autre plaque définissent une partie du circuit d'échange de l'autre Furthermore, to obtain the essential arrangement of the invention, it is appropriate, in this case, that, if we consider two neighboring ribbed plates 1 situated on either side of the same intermediate plate 5, the ribs which on one of the plates define a part of the exchange circuit of one (F) of the fluids are in coincidence with the ribs which on the other plate define a part of the exchange circuit of the other
fluide (C).fluid (C).
Pour réaliser ces conditions, il est nécessaire que sur une face des plaques 1 les nervures déterminant To achieve these conditions, it is necessary that on one face of the plates 1 the ribs determining
le trajet en spirale d'un des fluides soient à enroule- the spiral path of one of the fluids are wound
ment, par exemple dextrorsum, opposé à celui (alors ment, for example dextrorsum, opposite to that (then
senestrorsum) des nervures qui sur la face opposée dé- senestrorsum) of the ribs which on the opposite side
terminent le trajet en spirale de l'autre fluide. end the spiral path of the other fluid.
Cette disposition est mieux vue sur les figures 2 et 3, qui sont respectivement une vue en plan d'une This arrangement is best seen in Figures 2 and 3, which are respectively a plan view of a
face et une vue en plan de l'autre face des plaques ner- side and a plan view of the other side of the nerve plates
vurées 1 de la figure 1. On voit sur ces figures que l'on a choisi pour les nervures 2 de l'écoulement froid le sens d'enroulement dextrorsum et pour les nervures 3 vures 1 of figure 1. We see on these figures that we chose for the ribs 2 of the cold flow the direction of winding dextrorsum and for the ribs 3
de l'écoulement chaud le sens d'enroulement senestror- from the hot flow the sense of winding senestror-
sum, ce qui permet d'obtenir une disposition parfaite- sum, which results in a perfect layout-
ment symétrique des nervures et donc une coïncidence exacte des bases des nervures d'une face avec celles de symmetrically of the ribs and therefore an exact coincidence of the bases of the ribs on one side with those of
la face opposée, comme montré également sur la figure 4. the opposite side, as also shown in FIG. 4.
On voit aussi sur ces figures 2 et 3 que chaque We also see in these figures 2 and 3 that each
face porte neuf nervures en spirales parallèles, déca- face carries nine ribs in parallel spirals, deca-
lées de 40 l'une par rapport à la suivante. Cette disposition permet, comme on l'a déjà mentionné plus haut, de diminuer les pertes de charge, en obtenant une meilleure répartition des fluides sur chaque face des plaques. Les figures 2 et 3 montrent aussi clairement de quelle façon on peut obtenir, grâce au simple empilement des plaques 1, les collecteurs d'entrée 12A,12B et les collecteurs de sortie 13A,13B, respectivement pour les fluides F et C. Ces collecteurs sont formés par des alvéoles alignés que comportent les plaques 1 en leur centre et à leur périphérie et que, pour faciliter la compréhension, on a désigné respectivement par les mêmes références que les collecteurs oa'ils constituent, mais avec les one of 40 over the next. This arrangement makes it possible, as already mentioned above, to reduce the pressure losses, by obtaining a better distribution of the fluids on each face of the plates. Figures 2 and 3 also clearly show how one can obtain, by simple stacking of the plates 1, the inlet manifolds 12A, 12B and the outlet manifolds 13A, 13B, respectively for the fluids F and C. These manifolds are formed by aligned cells which have the plates 1 in their center and at their periphery and which, to facilitate understanding, have been designated respectively by the same references as the collectors oa'ils they constitute, but with the
minuscules a,b au liceu des majuscules A,B. lowercase a, b to the liceu uppercase A, B.
Ainsi, en considérant la figure 2 on voit que les spirales constituées par les neuf nervures 2 relient trois alvéoles centraux d'entrée 12a à trois alvéoles périphériques de sortie 13a pour l'écoulement du fluide F. De même, en considérant la figure 3 on voit que les spirales constituées par les neuf nervures 3 relient Thus, considering Figure 2 we see that the spirals formed by the nine ribs 2 connect three central inlet cells 12a to three peripheral outlet cells 13a for the flow of fluid F. Similarly, considering Figure 3 we sees that the spirals formed by the nine ribs 3 connect
trois alvéoles périphériques d'entrée 12b à trois alvéo- three peripheral input cells 12b with three cells -
les centraux de sortie 13b pour l'écoulement du fluide C. Les alvéoles centraux 12a,13b ont la forme de secteurs de cercle, et les alvéoles périphériques 12b, 13a la forme d'arcs de cercle. Les alvéoles centraux 12a sont intercalés avec les alvéoles centraux 13b, et il en est de même pour les alvéoles périphériques 12b et 13a, de sorte qu'aussi bien à la périphérie qu'au centre, un alvéole traversé par le fluide F est compris entre deux alvéoles traversés par le fluide C et inversement. Cela permet encore d'améliorer considérablement les échanges thermiques dans un encombrement donné. Il convient de noter à ce sujet qu'une excellente répartition des différents écoulements est obtenue en prévoyant que le nombre des nervures sur chaque face des plaques est égal au nombre d'alvéoles ou à un petit multiple de ce nombre. C'est le cas dans l'exemple décrit, puisque l'on the central output 13b for the flow of the fluid C. The central cells 12a, 13b have the shape of sectors of a circle, and the peripheral cells 12b, 13a have the shape of arcs of a circle. The central cells 12a are interposed with the central cells 13b, and it is the same for the peripheral cells 12b and 13a, so that both at the periphery and in the center, a cell traversed by the fluid F is between two cells crossed by the fluid C and vice versa. This further improves heat exchange considerably in a given space. It should be noted in this regard that an excellent distribution of the different flows is obtained by providing that the number of ribs on each face of the plates is equal to the number of cells or to a small multiple of this number. This is the case in the example described, since we
a neuf nervures pour des groupes de trois alvéoles. has nine ribs for groups of three cells.
Pour améliorer encore les échanges thermiques To further improve heat exchange
des conduits d'entrée et de sortie, on peut encore pré- inlet and outlet ducts, we can still pre-
voir que les rayons, tels que 17 ou 18, qui séparent ces see that the rays, such as 17 or 18, that separate these
alvéoles sont nervures.alveoli are ribs.
Il peut par ailleurs être avantageux, pour tenir compte des différences des débits, de faire en sorte que la section de passage offerte au fluide le plus chaud C soit nettement supérieure à celle qui est offerte au fluide le plus froid F. Pour ce faire. et comme cela est bien visible It may also be advantageous, to take account of the differences in flow rates, to ensure that the passage section offered to the hottest fluid C is significantly greater than that which is offered to the coldest fluid F. To do this. and as is clearly visible
sur la figure 4, qui muntre comment se transmet la cha- in figure 4, which shows how the heat is transmitted
leur entre les deux faces d'une même plaque, on peut prévoir avantageusement que la hauteur des nervures 3 sur l'une des faces de la plaque, à savoir celle qui their between the two faces of the same plate, one can advantageously provide that the height of the ribs 3 on one of the faces of the plate, namely that which
reçoit l'écoulement en spirale du fluide chaud à refroi- receives the spiral flow of the hot fluid to be cooled
dir C, est notablement plus importante que la hauteur des nervures 2 sur l'autre face de la plaque, à savoir celle qui reçoit l'écoulement en spirale du fluide froid dir C, is significantly greater than the height of the ribs 2 on the other face of the plate, namely that which receives the spiral flow of the cold fluid
F à réchauffer.F to reheat.
La forme de la section transversale des nervures The shape of the cross section of the ribs
qui est indiquée à la figure 4 n'est bien entendu aucu- which is shown in Figure 4 is of course not
nement limitative. Cette forme pourrait être triangulai- limiting. This shape could be triangular-
re, trapézoïdale ou rectangulaire, selon les besoins. re, trapezoidal or rectangular, as required.
Corrélativement, on prévoit que les alvéoles 12b Correlatively, it is expected that the cells 12b
et 13b du fluide chaud C ont un angle au centre notable- and 13b of the hot fluid C have a notable angle at the center-
ment plus important que celui des alvéoles 12a et 13a du fluide froid F, comme cela est également bien visible ment more important than that of the cells 12a and 13a of the cold fluid F, as is also clearly visible
sur les figures 2 et 3.in Figures 2 and 3.
Il y a lieu de noter en outre, concernant ces It should also be noted, regarding these
figures, que les surfaces S qui sur la figure 2 entou- figures, that the surfaces S which in FIG. 2 surround
rent les grands alvéoles 12b,13b sont en saillie par rapport à la base 4 et sont parfaitement planes, étant destinées à constituer des portées d'étanchéité sur les rent the large cells 12b, 13b protrude from the base 4 and are perfectly flat, being intended to constitute sealing surfaces on the
plaques intermédiaires 5; il en est de même des surfa- intermediate plates 5; the same applies to surfa-
ces S' qui sur la figure 3 entourent les petits alvéoles 12a,13a. Les alvéoles centraux et phériphériques peuvent être réalisés sous la forme d'ouvertures cylindriques dans certaines applications o l'abaissement du coût de fabrication est recherché. La plaque comporte alors des these S 'which in FIG. 3 surround the small cells 12a, 13a. The central and peripheral cells can be produced in the form of cylindrical openings in certain applications where lowering of the manufacturing cost is sought. The plate then has
ouvertures à section circulaire, d'une part une ouver- circular section openings, on the one hand an opening
ture centrale pour l'un des fluides, entourée d'une sé- central structure for one of the fluids, surrounded by a section
rie d'ouvertures de plus faible diamètre pour l'autre fluide, et d'autre part des ouvertures périphériques, line of smaller diameter openings for the other fluid, and secondly peripheral openings,
alternativement pour l'un et pour l'autre des fluides. alternately for one and for the other fluids.
Quant au parcours des spirales, on peut choisir la spirale d'Archimède, comme représenté sur les figures 2 et 3, ce qui délimite pour chacun des écoulements une As for the course of the spirals, one can choose the Archimedes spiral, as shown in Figures 2 and 3, which delimits for each flow a
section de passage très sensiblement constante. Cepen- very substantially constant passage section. However
Àdant, grâce aux machines à commande numérique, à l'usi- However, thanks to numerically controlled machines, the use of
nage chimique ou par électroérosion on peut envisager toute courbe plus complexe, en particulier la spirale logarithmique, procurant une section agrandie vers la chemical or electroerosion swimming we can consider any more complex curve, in particular the logarithmic spiral, providing an enlarged section towards the
sortie des spirales pour les deux fluides, ce qui per- exit of the spirals for the two fluids, which
mettrait de maintenir sensiblement constant le nombre de Mach de chacun des écoulements et constituerait par would keep the Mach number of each of the flows substantially constant and would constitute
suite encore un avantage sur les échangeurs connus. further advantage over known exchangers.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'é- In the embodiment of FIG. 5, the e-
changeur de chaleur, encore conforme à l'invention, est dépourvu de plaques intermédiaires. On a supposé ici que heat changer, still according to the invention, is devoid of intermediate plates. We assumed here that
l'échangeur était incorporé à un ensemble compresseur- the exchanger was incorporated into a compressor-
turbine, ces appareils étant logés dans un carter commun turbine, these devices being housed in a common casing
20. L'air froid (ou tout autre fluide) arrive à l'échan- 20. Cold air (or any other fluid) arrives at the sample
geur par le passage périphérique 11, se répartit dans geur by the peripheral passage 11, is distributed in
les plaques 1 par les trois collecteurs centraux d'en- plates 1 by the three central collectors
trée 12A et s'en échappe par les trois collecteurs exté- 12A inlet and escapes through the three external collectors
rieurs de sortie 13A (par souci de simplification on a utilisé sur la figure 5 les mêmes références que sur la figure 1 pour désigner les mêmes parties ou des parties analogues de l'échangeur). L'air chaud (ou tout autre fluide) entre dans l'échangeur par le passage axial 15, 13A output laughers (for the sake of simplification, the same references have been used in FIG. 5 as in FIG. 1 to designate the same or similar parts of the exchanger). The hot air (or any other fluid) enters the exchanger through the axial passage 15,
qui le répartit dans les plaques 1 par les trois collec- which distributes it in the plates 1 by the three collectors
teurs d'entrée extérieurs 12B, et d'o il s'échappe par les trois collecteurs de sortie centraux 13B, puis par external inlet manifolds 12B, and from which it escapes through the three central outlet manifolds 13B, then through
un conduit axial 21.an axial duct 21.
Etant donné la suppression des plaques intermé- Given the elimination of the intermediate plates
diaires 5, il convient qu'à une face "froide" d'une plaque nervurée 1 s'oppose maintenant une face "froide" (et non plus une face chaude, comme dans le cas de la figure 1) de la plaque nervurée voisine, et qu'à sa face "chaude" s'oppose la face "chaude" de la plaque nervurée voisine située de l'autre cié. Pour ce faire, et pour conserver la disposition essentielle de l'invention, consistant à faire en sorte que les nervures en spirale diaries 5, it is appropriate that a “cold” face of a ribbed plate 1 now opposes a “cold” face (and no longer a hot face, as in the case of FIG. 1) of the neighboring ribbed plate , and that its "hot" side opposes the "hot" side of the neighboring ribbed plate located on the other side. To do this, and to keep the essential arrangement of the invention, consisting in ensuring that the spiral ribs
soient exactement dans le prolongement les unes des au- are exactly in line with each other
tres, il convient, conformément à une autre disposition very, it should, in accordance with another provision
de l'invention, de prévoir un empilement de plaques ner- of the invention, to provide a stack of nerve plates
vurées qui sont alternativement de deux types diffé- which are alternately of two different types
rents, à savoir d'un premier type dans lequel une même plaque 1 porte sur une face, pour l'un F des fluides, des nervures en spirale 2 à enroulement dextrorsum et sur l'autre face, pour l'autre fluide C, un même nombre de nervures en spirale 3 à enroulement senestrorsum, et d'un second type dans lequel, pour les mêmes fluides, les sens d'enroulement des nervures sont respectivement rents, namely of a first type in which the same plate 1 carries on one face, for one F of the fluids, spiral ribs 2 with dextrorsum winding and on the other face, for the other fluid C, the same number of spiral ribs 3 with senestrorsum winding, and of a second type in which, for the same fluids, the directions of winding of the ribs are respectively
opposés aux précédents.opposed to the previous ones.
On aura donc à utiliser alternativement d'une part des plaques 1 analogues à celles des figures 2 et We will therefore have to use alternately on the one hand plates 1 similar to those of FIGS. 2 and
3, et d'autre part des plaques ayant des sens d'enroule- 3, and on the other hand plates having winding directions-
ment des spirales opposés (senestrorsum pour la face opposite spirals (senestrorsum for the face
"froide" et dextrorsum pour la face "chaude"). "cold" and dextrorsum for the "hot" side).
On voit sur la figure 5 que l'on obtient ainsi entre les plaques des écoulements en spirale de section en moyenne double de celle des écoulements de la figure 1, mais ces écoulements sont en nombre moitié moindre, It can be seen in FIG. 5 that one thus obtains between the plates spiral flows of cross section on average double that of the flows of FIG. 1, but these flows are half the number,
pour un même nombre de plaques.for the same number of plates.
Bien entendu, on pourra brancher les échangeurs conformes à l'invention en série ou en parallèle, comme Of course, it will be possible to connect the exchangers according to the invention in series or in parallel, as
les échangeurs classiques: en série lorsque l'on sou- conventional exchangers: in series when
haitera obtenir une efficacité importante sans pour au- hait obtain significant efficiency without
tant atteindre des diamètres de plaques prohibitifs, en parallèle pour les grands débits, les échangeurs pouvant alors être montés en batteries. Dans ce cas on obtiendra both achieve prohibitive plate diameters, in parallel for large flows, the exchangers can then be mounted in batteries. In this case we will get
une compacité et une robustesse particulièrement impor- a particularly important compactness and robustness
tantes en utilisant des plaques hexagonales, permettant un parfait emboîtement des échangeurs. aunts using hexagonal plates, allowing a perfect interlocking of the exchangers.
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