FR2960288A1 - Echangeurs thermiques a plaquettes creuses en polymere. - Google Patents

Abstract

Ces échangeurs thermiques (122) sont constitués par l'empilement à pas constant de plaquettes creuses en polymère, dotées de tronçons individuels (22-24) de collecteurs externes, soudés les uns aux autres. Les deux tronçons de collecteurs de la dernière plaquette sont équipés de pipettes de raccordement (124). Chaque plaquette creuse est fabriquée par extrusion-soufflage d'une paraison en polymère, entre les deux mâchoires d'un moule approprié, Les parois de ces plaquettes comportent une zone centrale gaufrée présentant deux alignements de bossages alternatifs , en toits à quatre pentes constitués par des trapèzes (36) et des triangles isocèles coplanaires (38), formant des losanges de liaison entre deux bossages. Dans ces triangles et ces trapèzes, des pincements (48-50) parallèles au sens de l'écoulement du fluide, sont pratiqués pour augmenter la raideur des bossages. Le polymère utilisé pour les plaquettes peut être chargé en fibres et l'échangeur formé par empilement de ces plaquettes peut être réticulé. Applications : Echangeurs thermiques à coût réduit, notamment pour fluides corrosifs, opérant à pressions différentielles et/ou températures élevées (au plus à 3 bars ou 400°C)

Description

ECHANGEURS THERMIQUES A PLAQUETTES CREUSES EN POLYMERE

L'invention concerne des perfectionnements à l'un des échangeurs thermiques décrits dans le brevet européen N° 2 032 928 , déposé le 21/12/07 et accordé le 09/09/09.

Dans ce brevet européen, - l'échangeur thermique, concerné par la présente invention, est constitué par des plaquettes creuses en polymère, empilées à pas constant et raccordées à deux collecteurs externes ; - les parois de ces plaquettes ont été réalisées par thermoformage puis découpe d'une feuille; - ces parois sont dotées d'une zone centrale gaufrée relativement grande, de rebords latéraux comportant une marche déterminant la demie épaisseur interne de cette zone centrale, et de zones de raccordement aux deux collecteurs externes ; - les bords latéraux des deux parois des plaquettes creuses sont soudés; - la zone centrale gaufrée présente un ou plusieurs alignements de bossages alternatifs, dotés de facettes à fortes pentes, créant un nombre important d'arêtes vives, orientées dans des directions 15 obliques et/ou perpendiculaires à ces alignements ; - l'écart entre les facettes en regard d'une plaquette est uniforme et sensiblement constant, dans la plage des pressions différentielles prévues.

Les plaquettes creuses d'un tel échangeur thermique en polymère ont des parois minces 20 (de l'ordre du millimètre), auxquelles les creux et les bosses apportent une rigidité remarquable. En effet, chacune de leurs facettes intervient comme une lamelle raide et chaque arête vive se comporte comme une poutrelle dans laquelle ces lamelles sont encastrées. Ces lamelles ne peu-vent donc prendre qu'une flèche très limitée, sous l'action de pressions différentielles autorisées. L'épaisseur interne de ces plaquettes creuses, mesurée entre les facettes des bosses ou des 25 creux, est par construction exactement connue et modérément faible (1 à 2 mm). Le fluide y circule en écoulement laminaire. Les pertes de charge sont minimisées. Tout contact entre parois de facettes en regard est évité. La fonction d'échange thermique entre les deux fluides concernés est toujours correctement assurée et l'énergie utilisée pour leur circulation est réduite. Les arêtes vives des dièdres, que forment entre elles les facettes fortement pentues de ces 30 plaquettes, fournissent un autre résultat intéressant, celui de notablement augmenter (+ 80%) la conductivité thermique apparente du fluide qui circule entre ces plaquettes creuses, empilées pour former un échangeur thermique. En effet, ces arêtes, à orientations obliques et/ou perpendiculaires au sens d'écoulement des fluides, ont pour effet d'engendrer des turbulences importantes dans les courants du fluide, notamment d'air, à vitesse généralement élevée qui traversent les espaces 35 de séparation de ces plaquettes empilées. Un tel échangeur thermique en polymère est parfaitement satisfaisant pour de nombreuses applications, notamment pour le traitement de fluides corrosifs auxquels il demeure indifférent. Mais il présente une limitation d'usage, du fait de la pression différentielle réduite qu'il peut accepter entre les deux fluides concernés et du plafond de température auquel il est soumis. Ce qui le rend interdit d'usage dans de nombreux domaines industriels. En outre et surtout, son coût de fabrication est relativement élevé, bien que la fabrication industrielle des seules plaquettes creuses, par soudure des bords latéraux de leurs parois thermoformées, soit une opération simple. En effet, le montage industriel, par soudure de ces plaquettes creuses sur leurs collecteurs externes, nécessite l'emploi de machines spécifiques et des temps d'intervention relativement longs.

Le premier objet de l'invention concerne des plaquettes creuses en polymère, destinées à être empilées pour constituer des échangeurs thermiques entre fluides, particulièrement efficaces. Le deuxième objet de l'invention concerne de telles plaquettes creuses en polymère, à coût 10 de fabrication particulièrement réduit. Le troisième objet de l'invention concerne des échangeurs thermiques, formés par de telles plaquettes creuses en polymère, supportant des pressions différentielles pouvant aller jusqu'à quelques bars. Le quatrième objet de l'invention concerne des échangeurs thermiques, formés par de 15 telles plaquettes creuses en polymère, adaptés à traiter des fluides à températures proches voire supérieures à la température initiale de fusion du polymère concerné.

Selon l'invention, une plaquette creuse, pour échangeur thermique dans lequel, - des plaquettes creuses sont empilées à pas constant et raccordées à deux collecteurs externes ; 20 - les parois de ces plaquettes creuses comportent une zone centrale gaufrée présentant un ou plusieurs alignements de bossages alternatifs, dotés de facettes à fortes pentes, créant un nombre important d'arêtes, orientées dans des directions obliques et/ou perpendiculaires à ces alignements ; - l'épaisseur de l'écart entre les facettes en regard d'une plaquette creuse est uniforme et sensible-25 ment constante, dans la plage des pressions différentielles autorisées ; est caractérisée en ce que : - elle est fabriquée par extrusion - soufflage d'une paraison en polymère, entre les deux mâchoires d'un moule approprié, - ce moule approprié est adapté (a) à faire prendre aux zones centrales des deux parois de la 30 plaquette creuse, les bossages alternatifs recherchés, (b) à donner à la zone centrale gaufrée de la plaquette creuse ainsi réalisée une épaisseur interne aussi uniforme que possible et (c) à simultanément façonner deux tronçons individuels de collecteurs externes et deux zones de raccordement de ces tronçons aux extrémités de la zone centrale de la plaquette. Grâce à ces dispositions, la fabrication d'une plaquette creuse pour échangeur thermique 35 est réalisée par une technique courante, notamment utilisée pour la fabrication de tous récipients à goulot, en matière plastique (bidons et bouteilles). Un tel transfert de technologie est en soi parti- culièrement intéressant par l'abaissement notable du coût de fabrication des plaquettes creuses ainsi réalisées, mais il l'est également par les possibilités complémentaires qu'il leur apporte. Les plaquettes creuses ainsi fabriquées sont extraites de leur moule sous une forme quasi-définitive.

Pour toutes ces plaquettes creuses, sauf la première d'un échangeur thermique, il suffit en effet d'enlever les bouchons formés par la paraison aux extrémités des tronçons individuels des collecteurs externes. Pour passer d'un lot de telles plaquettes creuses en polymère à un échangeur thermique, immédiatement utilisable, il suffira de faire effectuer, par une machine spécifique, des empilements soudés des deux tronçons individuels de collecteurs externes, ayant des bords circulaires préalablement portés à leur température de fusion par un chauffage approprié. Les extrémités ouvertes des collecteurs externes d'un tel échangeur thermique sont, pour finir, respectivement pourvues de raccords, coudés ou droits, soudés de la même manière que les tronçons de collecteurs. La Ion- gueur des tronçons individuels de collecteurs externes détermine la largeur de l'écart entre les bossages appartenant à deux plaquettes contiguës, empilées pour former un échangeur thermique. A partir d'une hauteur standard de fabrication, il est aisé de souder un anneau intercalaire à chaque tronçon, pour obtenir tout écart particulier séparant les bossages de deux plaquettes voisines. Quant au moule approprié, il est constitué par deux mâchoires symétriques de concep- tion relativement simple

Selon des caractéristiques complémentaires d'une telle plaquette creuse, - les facettes de ses bossages alternatifs ont la forme de trapèzes et de triangles isocèles, assemblés pour former des alignements de creux et de bosses, en forme de toits à quatre pentes, dotés 20 d'arêtes légèrement arasées ; - chacune de ces facettes comporte au moins un pincement rectiligne, parallèle au sens d'écoulement des fluides, pour diviser les surfaces de ces facettes en au moins deux parties, afin que, dans un échangeur thermique en fonctionnement, la flèche maximale de ces parties de facettes soit réduite à une valeur notablement inférieure à l'épaisseur du canal interne ou externe qu'elles 25 délimitent ; - ces pincements sont constitués par des ensembles de reliefs internes, soudés au moment de la fermeture du moule autour de la paraison ; - deux alignements contigus de bossages sont séparés par un pincement continu. Grâce au léger arasement des crêtes de jonction des facettes, les épaisseurs des parois 30 des plaquettes creuses sont uniformes même le long de ces crêtes. Ce qui empêche la formation de zones mécaniquement faibles dans les parois des plaquettes et permet donc de les faire fonctionner à des pressions relativement élevées. Grâce aux pincements parallèles au sens d'écoulement des fluides, aménagés dans les facettes des bossages, le rapport entre une pression différentielle et les contraintes de flexion 35. qu'elle engendre dans la matière des parois de l'échangeur est notablement plus faible (de l'ordre de 4 fois) qu'en l'absence de ces pincements. De la sorte, un échangeur réalisé dans une matière donnée, dont la contrainte limite d'utilisation est connue, pourra supporter une pression différentielle quatre fois plus forte avec les pincements que sans eux.

Les dimensions de ces plaquettes peuvent beaucoup varier, en fonction des applications envisagées : une longueur de 5 à environ 100 cm et une largeur de 3 à environ 60 cm, voire plus si les machines utilisables pour l'opération d'extrusion-soufflage le permettent. Quant à l'épaisseur des parois en polymère, elle est en pratique limitée à une plage de 1 à 3 mm, pour pouvoir dis- poser de conductances thermiques satisfaisantes et pour des raisons de poids et de coût. Le nombre d'alignements de bossages alternatifs de la zone centrale gaufrée d'une plaquette peut aller de l'unité à plusieurs dizaines. Il en est sensiblement de même pour le nombre de bossages dans un alignement. Quant aux largeur, longueur et hauteur d'un bossage, elles dépendent des spécifications de l'échangeur thermique à réaliser et, dans un premier temps, de la pression diffé- rentielle des fluides concernés : plus cette pression est importante plus réduites seront ces dimensions et inversement. Dans tous les cas, la hauteur d'un bossage sera une fraction de sa largeur. L'épaisseur adoptée pour les parois des plaquettes peut augmenter quelque peu avec leurs dimensions et avec la pression différentielle qu'elles doivent supporter, mais cette épaisseur de parois dépend surtout du nombre de pincements parallèles, aménagés sur chaque facette des bossages. Pour de grands bossages (typiquement > 2 dm2), ce nombre sera généralement supérieur à 2 et pour des petits bossages (typiquement < 20 cm2), il pourra être nul. Dans chaque cas particulier, une modélisation simple permet d'optimiser la combinaison, épaisseur des parois et nombre des pincements par facette, pour optimiser la flèche. L'épaisseur interne à donner à ces plaquettes creuses varie avec la nature du fluide circulant à l'intérieur, cette épaisseur interne étant généralement plus faible pour les liquides que pour les gaz. La plage de ces épaisseurs internes va généralement d'un peu moins d'un millimètre à quelques centimètres. Il en est de même pour les écarts entre les plaquettes empilées d'un échangeur thermique.

Selon une première forme de réalisation particulière de ces plaquettes creuses, - dans les alignements de bossages alternatifs de la zone centrale gaufrée, les facettes d'extrémité sont des triangles isocèles aplatis, les facettes latérales sont des trapèzes et les facettes de liai-son, entre deux crêtes de bossages alternatifs, sont des losanges ; - chacun de ces triangles et chacun de ces losanges, formé par deux triangles coplanaires, comporte deux pincements le divisant en trois parties de surfaces sensiblement égales, - chaque trapèze comporte un pincement sensiblement situé au tiers de sa hauteur, à compter de sa grande base. Selon une seconde forme de réalisation particulière de plaquettes creuses, - dans les alignements de bossages alternatifs de la zone centrale gaufrée, les facettes d'extrémité sont des trapèzes, les facettes latérales sont des triangles isocèles aplatis et les facettes de liaison 35 entre deux crêtes de bossages alternatifs sont des hexagones ; - chacun de ces triangles comporte un pincement sensiblement situé au tiers de sa hauteur, à compter de son grand côté ; - chaque trapèze ou chaque hexagone, formé par deux trapèzes coplanaires, comporte deux pincements le divisant en trois parties de surfaces sensiblement égales.

Selon une caractéristique particulière de cette plaquette creuse, le polymère utilisé est chargé en fibres appropriées, notamment de verre ou de carbone ; Grâce à ces diverses dispositions, les parois des facettes des plaquettes creuses d'un échangeur thermique sont capables de supporter une pression différentielle relativement impor- tante, quelques bars par exemple, lorsque le polymère utilisé est chargé en fibres de verre ou de carbone. Cela est le résultat des pincements parallèles soudés pratiqués à des emplacements optimisés des triangles isocèles et des trapèzes (déterminés à la suite d'une modélisation des contraintes subies par les facettes des plaquettes creuses). Le calcul montre que dans le cas de bossages de dimensions moyennes (10 > S > 100 cm), un petit nombre (1 ou 2) de pincements parallèles, aménagés dans ses facettes en trapèzes et en triangles, divise par dix la flèche maxi-male de ces facettes, qui résulterait de leur absence.

Selon des caractéristiques complémentaires des précédentes, - les deux tronçons individuels de collecteurs externes d'une plaquette creuse sont constitués par deux paires d'inserts en polymère, incorporés dans les extrémités de la plaquette ; ces inserts sont dotés d'une ouverture centrale, à pourtour circulaire ou oblong, et de plusieurs rainures de même section, aménagées dans la partie de ce pourtour dirigée vers l'intérieur de la plaquette ; - ces deux paires d'inserts, préalablement chauffées à une température légèrement inférieure à leur température de fusion, ont été installées dans des logements pratiqués dans les deux mâchoi- res du moule et ont été soudés à la plaquette creuse, par contact intime avec la paraison en fusion, du fait de la pression de l'air injecté à l'intérieur; - les conduits, à sections identiques, résultant de la paraison soudée aux parois des rainures de chaque paire d'inserts, débouchent sur des passages aménagés entre des pincements obliques équidistants, pratiqués dans une zone de raccordement de la zone centrale de la plaquette à l'un de ses deux tronçons de collecteurs. Grâce aux deux paires d'inserts assemblés pour constituer les deux tronçons de collecteurs externes, on dispose d'une solution à plusieurs avantages. Tout d'abord, elle donne aux tronçons individuels de collecteurs de chaque plaquette creuse, une rigidité et une planéité suffisantes pour leur permettre d'être empilés à pas constant. Ensuite, les conduits de ces inserts et les pincements obliques des zones de raccordement coopèrent tous ensemble pour assurer une répartition équilibrée des débits de fluide à l'intérieur de la plaquette creuse. A l'inverse, un regroupement de ces débits partagés sensiblement identiques se produit en sortie. Les inserts à pourtour circulaire conviennent particulièrement bien aux plaquettes creuses comportant un petit nombre (< 3) de canaux à bossages. Quant aux inserts à pourtour oblong, ils deviennent pratiquement indispensa- bles pour les plaquettes creuses à grand nombre de canaux à bossages (> 5).

Selon une autre caractéristique complémentaire de l'invention, un échangeur thermique, formé par l'empilement de ces plaquettes creuses en polymère, a été soumis à une réticulation, notamment par une exposition à des radiations ionisantes.

Grâce à ces dispositions, la température des fluides susceptibles d'être traités par un tel échangeur thermique est considérablement augmentée, jusqu'à dépasser la température de fusion du polymère non réticulé. En conséquence, l'augmentation possible de la température des fluides traités, due à la réticulation du polymère utilisé, et celle de la pression différentielle de ces mêmes fluides, due à la charge en fibres appropriés de ce même polymère, ouvrent aux échangeurs thermiques selon l'invention des possibilités d'applications nouvelles particulièrement intéressantes dans de nombreux domaines de l'industrie.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise de la description ci-après d'une forme de réalisation non limitative de l'invention, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente : en A, une vue de face d'une première plaquette creuse selon l'invention ; en B, une coupe longitudinale d'un alignement de bossages de deux de ces premières plaquettes creuses ; en C, une coupe transversale des zones centrales gaufrées de deux de ces premières plaquettes creuses juxtaposées ; en D, une vue de profil de cette première plaquette creuse ; - la figure 2 représente : en A, une vue de face d'un insert de tronçon de collecteur, à contour circulaire ; en B, une vue en coupe de cet insert ; en C, une vue de face de l'extrémité d'une grande plaquette creuse, ayant un tronçon de col-lecteur à contour oblong ; - la figure 3 représente la vue de face d'une seconde plaquette creuse selon l'invention ; - la figure 4 représente une vue en perspective d'un échangeur thermique formé par l'assemblage de ces plaquettes creuses.

Selon la figure 1, en A, est représentée la vue de face d'une première plaquette creuse 12, selon l'invention, et en B, la coupe de cette plaquette selon une ligne BB. A titre d'exemple, la plaquette creuse 12 a une forme globalement rectangulaire et elle mesure 300 mm entre ses bords parallèles d'extrémités 14-16 et 200 mm entre ses bords latéraux 18-20, avec 360 mm entre les bords extrêmes de ses deux tronçons de collecteurs externes 22-24. La zone centrale gaufrée de cette plaquette creuse 12 comporte deux alignements identiques contigus 26-28 de bossages alternatifs, séparés par un pincement central rectiligne 30, large de 2 mm, constitué par la soudure des extrémités jointives de deux reliefs internes aménagés dans la paraison, au cours de son mou- lage. Selon la vue de face A, la coupe B et la vue de profil D, chaque alignement 26-28 de bos- sages comprend à la suite sept alternances, quatre en creux 321.4 et trois en bosses 325.7, les creux étant représentés en gris sur la vue de face A et la coupe B. L'épaisseur des parois gaufrées 13a-b de la plaque creuse 12, vue en coupe B, est de 1 mm et son épaisseur interne 12c est de 2 mm. Selon la vue A de la figure 1, chaque creux et chaque bosse a la forme d'un toit à quatre pentes présentant quatre arêtes obliques fortement inclinées et quatre facettes constituées (1) par deux trapèzes symétriques 341.2 pour les creux et 361.2 pour les bosses, tous avec une grande base de 40 mm, (2) entre les crêtes de deux bossages contigus, un losange de liaison formé par deux triangles isocèles aplatis coplanaires, respectivement référencés 381.2 pour les creux et 401.2 pour les bosses, tous avec un grand côté de 90 mm, (3) une crête longitudinale légèrement arasée 42, entre deux trapèzes symétriques, pour les creux et 44 pour les bosses, ces deux crêtes étant longues de 15 mm, et (4) une même hauteur de 14 mm. Les bords latéraux 18-20 de la plaquette 12 sont séparés des grandes bases des trapèzes 34-36 par une bordure 19 à parois soudées, large de 5 mm, suivie par deux rampes de liaison 21 avec l'intérieur de la plaquette. Les bords latéraux des coins, du quasi rectangle formé par la plaquette 12, sont découpés pour constituer des crochets 23 permettant une suspension aisée de la plaquette. Au niveau de ces quatre coins, chacune des rampes de liaison 21 contourne un relief externe souple 25 de l'une des parois de la plaquette 12. Dans un échangeur thermique, l'écart entre deux sommets en regard de ces reliefs externes 25 est très légèrement supérieur au pas d'assemblage des plaquettes creuses. Ce qui améliore la tenue mécanique de cet échangeur. Les creux de cette plaquette 12 sont représentés en gris.

Dans chacun des trapèzes 34-36, est pratiqué un pincement 46 pour les creux et 48 pour les bosses. Ces pincements 46-48, semblables au pincement central 30 (2 mm de large), relient presque les arêtes pentues de ces trapèzes, sont parallèles à leurs bases et sont situés sensiblement au tiers de leur hauteur, à compter de leur grande base. Dans chacun des triangles isocèles aplatis 38-40 et dans les losanges plans, partagés entre un creux et une bosse, que ces triangles forment, sont pratiqués deux pincements 50-52, parallèles et semblables aux précédents 46-48. Ces pincements 50-52 relient presque deux côtés de ces triangles et de ces losanges et ils sont disposés de manière à y aménager trois surfaces sensiblement égales. La vue C de la figure 1, selon la ligne de coupe transversale CC de deux plaquettes creuses 121-122, juxtaposées dans un échangeur thermique, montre l'épaisseur interne 13c (2 mm) de ces plaquettes, l'épaisseur de leurs parois 13a-b (1 mm), les pincements 48 réalisés dans les quatre trapèzes 36 de deux bosses appartenant aux deux alignements 26-28, ainsi que l'écart 54, large de 6 mm, qui sépare ces deux plaquettes 121.2 juxtaposées. Selon la vue A de la figure 1, chacun des tronçons 22-24 de collecteurs externes de la pla- quette creuse 12 incorpore une paire d'inserts circulaires 58-60 qui, après avoir été soudés aux faces externes des parois de cette plaquette, ont un diamètre interne final de 30 mm. Chaque paire d'inserts est divisée en deux parties semi circulaires, respectivement externe et interne à la plaquette creuse 12. La partie interne comporte des conduits radiaux latéraux 62a-b et centraux 63a-b. Les conduits latéraux 62a-b débouchent en face et le long de pincements obliques 64a-b et 66a-b, aménagés dans les deux zones de raccordement 68-70 de ces tronçons 22-24 et des extrémités en triangles isocèles 38 de la zone centrale gaufrée de la plaquette creuse 12. Les conduits centraux 63a-b débouchent de part et d'autre du pincement central 30. Selon la vue de profil D, les creux 321.4 et les bosses 325_7 alternés d'une plaquette 12 apparaissent de chaque côté de sa partie centrale rectiligne 56, laquelle comporte à ses deux extrémités les inserts 58-60 qui forment les tronçons individuels 22-24 des collecteurs externes de cette plaquette. L'épaisseur de cette partie centrale 56 est de 4 mm et celle de ces tronçons de collecteurs 22-24, de 10 mm, cette dernière épaisseur étant le pas d'assemblage des plaquettes creuses 12, empilées dans un échangeur thermique. Par ailleurs, la vue de profil D montre que, de chaque tronçon de collecteur, formé par l'assemblage des inserts 58-60, ressort la bordure débordante 19 des parois de la plaquette 12, soudées entre ces inserts.

La figure 2 représente en A, un insert en anneau 58, destiné à être assemblé par paire, pour co,stituer un tronçon individuel 22-24 de collecteur externe d'une plaquette creuse 12. Avant la mise en place de ces deux paires d'inserts 58 dans les mâchoires du moule de fabrication de ces plaquettes creuses, leurs diamètres, externe et interne, sont de 56 et 32 mm. Chaque insert 58 comporte une ouverture centrale circulaire 72 et est divisé en deux parties semi-circulaires, 74 et 76, respectivement externe et interne à la plaquette creuse 12. La partie semi-circulaire interne 76 comporte deux paires de rainures radiales, latérales 78a-b et centrales 80a-b et trois cloisons de séparation 82, 84, 86 entre ces rainures, la cloison centrale 84 comportant un ergot 85 permettant une mise en place parfaite de chaque insert 58 dans une mâchoire du moule de fabrication des plaquettes. En B, sur cette figure 2, est représentée une vue en coupe de l'insert 58, dans laquelle l'ouverture centrale 72 apparaît, de même que la rainure latérale 78b et la rainure centrale 80b. Sur la face externe de cet insert 58, apparaît un relief circulaire 88, destiné à être soudé à un relief circulaire identique du tronçon de collecteur de la plaquette creuse contiguë.

Au cours de la fabrication d'une plaquette creuse, les parois de la paraison, soumises à la pression interne de l'air soufflé, épousent les faces internes des mâchoires du moule, se soudent localement entre elles et aux inserts, aménagent le volume interne de la plaquette et créent les pincements internes des facettes des bossages. Ces résultats sont obtenus par l'action des reliefs, usinés sur les faces internes des mâchoires du moule.

Sur la figure 2, est représentée (transparente) en C, la vue de face de l'extrémité 61 d'une grande plaquette creuse, selon l'invention, dotée d'un tronçon de collecteur différent du précédent. Dans une bordure 57, formée par les parois soudées de la paraison, cette extrémité 61 est localement pincée entre deux inserts, soudés à la paraison. Ces inserts possèdent une ouverture centrale oblongue 73, dotée d'un pourtour semblable, comprenant deux parties, l'une arrondie 75, externe à la plaquette, et l'autre, interne allongée 77. Cette partie interne 77 comporte douze con-duits 791.12, de même section, régulièrement répartis et séparés les uns des autres par onze cloisons 831.11. Onze pincements obliques 811.11, sensiblement parallèles et équidistants, font suite à ces onze cloisons 831.11 et sont aménagés dans la zone de raccordement de cet insert avec la zone centrale d'une grande plaquette creuse.

Cet échangeur 122 est un bloc compact en forme de parallélépipède de 12 dm3, ayant une conductance thermique entre de l'eau et de l'air de 200 W 1°C et de 400 W /°C entre de l'eau et de l'eau. Après réticulation du polymère utilisé, cet échangeur thermique peut traiter des fluides à températures élevées (150°C pour un polyéthylène PEHD et 400°C pour un polyamide) notable- ment plus grandes que la température de fusion avant réticulation. Plusieurs techniques sont disponibles pour effectuer cette réticulation, notamment un rayonnement ionisant. Grâce aux pincements parallèles 48-50 aménagés dans les facettes des bossages des plaquettes creuses, la pression différentielle autorisée pour l'échangeur thermique 122 ayant des parois de 1 mm d'épaisseur, est d'environ 3 bars, lorsque le polymère utilisé pour la paraison est chargé en fibres de verre ou de carbone. Mais ces valeurs maximales possibles de température et de pression différentielle ne peuvent être simultanées. Et des compromis s'imposeront dans chaque cas particulier. Dans ces conditions, les applications industrielles d'un échangeur thermique selon l'invention sors. cependant particulièrement étendues : condensation de vapeur dans un distillateur, récupération de l'énergie des fumées ou des eaux chaudes évacuées, refroidissement des eaux recy- clées, des moteurs thermiques ou des gaz d'échappement pour l'EGR des moteurs Diesel. En effet, grâce à leurs parois relativement minces, les plaquettes creuses en polymère, selon l'invention, ont un poids réduit, ce qui minimise le coût des échangeurs thermiques qui les incorporent. En outre, comme les polymères utilisés sont indifférents aux fluides corrosifs, les échangeurs thermiques, selon l'invention, sont autorisés d'usage dans des domaines jusqu'ici réservés aux échangeurs thermiques en titane ou en divers alliages spécifiques relativement onéreux. En pratique, les échangeurs thermiques selon l'invention pourront, pour certaines applications particulières, être assemblés en série et en parallèle pour constituer des ensembles ayant des conductances thermiques de plusieurs dizaines ou centaines de kilowatts par degré.

L'invention n'est limitée ni aux plaques creuses 12 et 92 décrites ni à l'échangeur thermique 122 qui les incorpore. En effet, lorsque ces plaquettes creuses ont des dimensions notablement plus im;Îortantes que celles de ces deux plaquettes, décrites à titre d'exemples non limitatifs, le nombre d'alignements de bossages augmente, de même que le nombre de bossages dans chaque alignement, Par ailleurs les dimensions de ces bossages peuvent être modifiées en fonc- tion des pressions différentielles à supporter, et plus généralement du cahier des charges de l'échangeur à réaliser. En revanche, lorsque les dimensions des plaquettes sont notablement inférieures à celles des deux plaquettes 12-92 décrites, la hauteur de ces bossages diminue en conséquence. Par ailleurs, lorsque les plaquettes sont petites ou moyennes (typiquement < 20 dm2), l'épaisseur interne des plaquettes et/ou l'écart entre deux plaquettes contiguës sont faibles (typi- quement < 2 mm), les écoulements de fluides sont laminaires et l'efficacité de l'échange thermique effectué est cependant grande. En revanche lorsque ces plaquettes sont grandes (typiquement > 50 dm2), ces épaisseurs et/ou ces écarts peuvent être importants (typiquement > 2 cm). Dans ce cas, le nombre de Reynolds, qui découle de ces dimensions et des vitesses des fluides qui traversent l'échangeur, est tel que les écoulements sont turbulents.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Plaquette creuse (12 ou 92), pour échangeur thermique (122) dans lequel, - des plaquettes creuses sont empilées à pas constant et raccordées à deux collecteurs externes ; - les parois de ces plaquettes creuses comportent une zone centrale gaufrée, présentant un ou plusieurs alignements (26-28 ou 94-96) de bossages alternatifs, dotés de facettes (34-36 ; 38-40 ; ou 100-102 ; 104-106) à fortes pentes, créant un nombre important d'arêtes, orientées dans des directions obliques et/ou perpendiculaires à ces alignements ; - l'épaisseur (13c) de l'écart entre les facettes en regard d'une plaquette creuse est uniforme et sensiblement constante, dans la plage des pressions différentielles autorisées ; caractérisée en ce que : - elle est fabriquée par extrusion - soufflage d'une paraison en polymère entre les deux mâchoires d'un moule approprié ; - ce moule approprié est adapté (a) à faire prendre aux zones centrales des deux parois de la plaquette creuse, les bossages alternatifs recherchés, (b) à donner à la zone centrale gaufrée de la plaquette creuse ainsi réalisée une épaisseur interne aussi uniforme que possible et (c) à simultanément façonner deux tronçons individuels (22-24) de collecteurs externes et deux zones de raccordement (68-70) de ces tronçons aux extrémités de la zone centrale de la plaquette.
2. 2. Plaquette creuse (12 ou 92), selon la revendication 1, caractérisée en ce que : - les facettes de ses bossages alternatifs ont la forme de trapèzes (34-36) et de triangles isocèles (38-40), assemblés pour former des alignements de creux et de bosses, en forme de toits à quatre pentes, dotés d'arêtes légèrement arasées (42) ; - chacune de ces facettes comporte au moins un pincement rectiligne (46-48 et 50-52), parallèle au sens d'écoulement des fluides, pour diviser les surfaces de ces facettes (34-36 ; 38-40) en au moins deux parties, afin que, dans un échangeur thermique en fonctionnement, la flèche maximale de ces parties de facettes soit réduite à une valeur notablement inférieure à l'épaisseur du canal interne (13c) ou externe (54) qu'elles délimitent ; - ces pincements (46-48 ; 50-52) sont constitués par des ensembles de reliefs internes, soudés au moment de la fermeture du moule autour de la paraison ; - deux alignements contigus (26-28) de bossages sont séparés par un pincement continu (30).
3. 3. Plaquette creuse (12 ou 92), selon la revendication 2, caractérisée en ce que : - dans les alignements (26-28) de bossages alternatifs de la zone centrale gaufrée, les facettes d'extrémité sont des triangles isocèles aplatis (381), les facettes latérales sont des trapèzes (341) et les facettes de liaison entre les crêtes (42) de deux bossages sont des losanges ;- chacun de ces triangles isocèles aplatis (381) et chacun de ces losanges de liaison, formé par deux triangles isocèles aplatis coplanaires (382 - 401) , comporte deux pincements (50-52) le divisant en trois parties de surfaces sensiblement égales ; - chaque trapèze (34-36) comporte un pincement (46-48), situé sensiblement au tiers de sa 5 hauteur, à compter de sa grande base.
4. 4. Plaquette creuse (12 ou 92), selon la revendication 2, caractérisée en ce que : - dans les alignements (94-96) de bossages alternatifs de la zone centrale gaufrée, les facettes d'extrémité sont des trapèzes (104), les facettes latérales sont des triangles isocèles aplatis (100- 10 102) et les facettes de liaison entre les crêtes de deux bossages sont des hexagones ; - chacun de ces triangles isocèles aplatis (100-102) comporte un pincement (118) situé sensible-ment au tiers de sa hauteur, à compter de son grand côté ; - chaque trapèze d'extrémité ou chaque hexagone de liaison, formé par deux trapèzes coplanaires (104-106), comporte deux pincements (114-116) le divisant en trois parties de surfaces 15 sensiblement égales.
5. 5. Plaquette creuse (12 ou 92), selon la revendication 1, caractérisée en ce que : - les deux tronçons individuels (22-24) de collecteurs externes d'une plaquette creuse sont constitués par deux paires d'inserts en polymère (58 ou 77-79), incorporés dans les extrémités de la 20 plaquette ; ces inserts sont dotés d'une ouverture centrale (72 ou 73), à pourtour circulaire ou oblong, et de plusieurs rainures (78a,b ; 80a,b ou 791.12) de même section, aménagées dans la partie (76 ou 77) de ce pourtour dirigée vers l'intérieur de la plaquette (12-92) ; - ces deux paires d'inserts, préalablement chauffées à une température légèrement inférieure à leur température de fusion, ont été installées dans des logements pratiqués dans les deux mâchoi- 25 res du moule et ont été soudés à la plaquette creuse, par contact intime avec la paraison en fusion, du fait de la pression de l'air injecté à l'intérieur; - les conduits, à sections identiques, résultant de la paraison soudée aux parois des rainures de chaque paire d'inserts, débouchent sur des passages aménagés entre des pincements obliques équidistants, pratiqués dans une zone de raccordement de la zone centrale de la plaquette à l'un 30 de ses deux tronçons de collecteurs.
6. 6. Plaquette creuse (12 ou 92), selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère utilisé est chargé en fibres appropriées, notamment de verre ou de carbone. 35
7. 7. Echangeur thermique (90) formé par l'empilement de plusieurs plaquettes creuses en polymère (12) ou (92), selon l'une et/ou l'autre des revendications précédentes, cet empilement étant effectué par soudures successives des bords circulaires (88) des tronçons individuels (22-24) de collecteurs de ces plaquettes et par adjonctions soudées de deux pipettes de raccordement 13 (124) à la dernière plaquette de cet échangeur, les tronçons de collecteurs de la première pla- quette de l'empilement ayant conservé leurs bouchons de fabrication.
8. 8. Echangeur thermique (90), selon la revendication 7, ayant subi une réticulation, notamment par une exposition à des radiations ionisantes. 15 20 25 30 35