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FR3036179A1 - Echangeur thermique moule en deux parties et procede de fabrication d’un tel echangeur - Google Patents

Echangeur thermique moule en deux parties et procede de fabrication d’un tel echangeur Download PDF

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FR3036179A1
FR3036179A1 FR1554271A FR1554271A FR3036179A1 FR 3036179 A1 FR3036179 A1 FR 3036179A1 FR 1554271 A FR1554271 A FR 1554271A FR 1554271 A FR1554271 A FR 1554271A FR 3036179 A1 FR3036179 A1 FR 3036179A1
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Abstract

Echangeur thermique comprenant au moins un corps creux, réalisé en matériau thermoplastique, qui délimite une cavité interne pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un premier fluide et qui a une surface externe pourvue de portions d'échange thermique avec un deuxième fluide. Le corps creux comprend deux demi-corps moulés indépendamment l'un de l'autre et fixés l'un à l'autre pour avoir des surfaces en regard formant entre elles la cavité interne. Procédé de fabrication d'un tel échangeur.

Description

1 DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les moyens d'échange thermique notamment mis en oeuvre pour le trai- tement de l'eau et des effluents industriels, pour la ré- cupération de chaleur dans les dispositifs de valorisa- tion d'énergie par exemple de sites industriels, ou tout autre application nécessitant un échange de chaleur. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel échangeur.
ETAT DE LA TECHNIQUE Il est connu des échangeurs thermiques métalliques constitués par exemple de tubes ayant des extrémités reliées, d'une part, à un premier boîtier formant collecteur d'entrée et, d'autre part, à un deuxième boî- tier formant collecteur de sortie. Les collecteurs sont raccordés à un circuit de fluide et les tubes sont plongés dans un deuxième fluide de manière à créer un transfert thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide. Ces échangeurs thermiques en métal sont peu adap- tés aux fluides agressifs, tels que l'eau salée et les produits chimiques qui corrodent l'échangeur. En outre, ces échangeurs sont réalisés par assemblage des tubes et des collecteurs et sont relativement coûteux à fabriquer. Pour remédier à ces inconvénients, il a été envi- sagé des échangeurs en matériau thermoplastique, par exemple en polyéthylène haute densité et en polypropy- lène, qui résistent mieux au les métaux. x agressions chimiques que La structure la plus simple envisageable a la sont assemblées par paires simplicité des formes de l'efficacité des échanges forme de plaques laminées qui par collage ou soudage. La l'échangeur limite toutefois thermiques et la tenue à la pression, et donc les performances de l'échangeur.
Il est connu du document FR-A-2960288 des échan- 3036179 2 geurs en matière plastique présentant de bien meilleures performances. Ces échangeurs ont été pensés sous la forme de corps creux obtenus par extrusion-soufflage. Ces échangeurs thermiques comprennent au moins un corps 5 creux, réalisé en matériau thermoplastique, qui délimite une cavité étanche interne pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un premier fluide et qui a une surface externe pourvue de portions d'échange thermique avec un deuxième fluide. Cette structure autorise en outre une relative 10 compacité des échangeurs et des performances compatibles de nombreuses conditions d'utilisation. Toutefois, ces échangeurs thermiques n'acceptent qu'une pression relativement faible de l'ordre de 1 bar et il est difficile d'obtenir des échangeurs thermiques de grandes dimensions 15 autrement qu'en reliant des corps creux entre eux, ce qui est préjudiciable pour certaines applications. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est d'obvier au moins en partie aux inconvénients précités.
20 BREF EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un échangeur thermique comprenant au moins un corps creux, réalisé en matériau thermoplastique, qui délimite une cavité interne pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un 25 premier fluide et qui a une surface externe pourvue de portions d'échange thermique avec un deuxième fluide. Le corps creux comprend deux demi-corps moulés indépendamment l'un de l'autre et fixés l'un à l'autre pour avoir des surfaces en regard formant entre elles la cavité in- 30 terne. On comprend que le corps creux de l'invention est obtenu par l'assemblage d'au moins deux parties creuses qui délimitent chacune au moins une portion de la cavité interne (d'où leur appellation de « demi-corps ») de 35 sorte que la cavité interne résulte de la réunion des 3036179 3 portions de cavité délimitées individuellement par les demi-corps. Cette structure autorise une meilleure maîtrise des épaisseurs des surfaces du corps creux et donc une meilleure maîtrise des échanges thermiques entre les 5 fluides. Les formes et dimensions autorisées par cette structure confèrent en outre au corps creux une bonne résistance à la pression comparativement aux échangeurs actuels en matériaux thermoplastiques. Enfin, une telle structure autorise des formes complexes du corps creux.
10 Les demi-corps comprennent avantageusement chacun une plaque ayant au moins une surface principale en saillie de laquelle s'étend au moins une nervure pleine, rectiligne ou non, parallèle aux bords de la plaque ou pas, pour délimiter la portion de cavité : cette structure 15 peut être facilement fabriquée en moulage par injection. Selon un mode de réalisation particulier, la cavité étanche interne est divisée en un collecteur d'entrée relié à l'entrée, un collecteur de sortie relié à la sortie et une pluralité de canaux ayant chacun une 20 extrémité reliée au collecteur d'entrée et une extrémité reliée au collecteur de sortie. Les canaux permettent de répartir le fluide dans le corps creux et leurs parois assurent en outre une rigidification du corps creux favorisant sa tenue à la 25 pression. Cette structure présente une surface d'échange thermique relativement importante pour un volume donné et autorise une fabrication simple d'une pluralité de canaux. Avantageusement alors, chaque canal est délimité 30 par les surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre et deux nervures longitudinales s'étendant en saillie de ces surfaces, des barrettes transversales s'étendant en saillie dans le canal pour perturber l'écoulement du premier fluide dans le canal.
35 La surface d'échange thermique relativement im- 3036179 4 portante favorise l'échange thermique qui est renforcé par les perturbations produites dans l'écoulement du fluide par les barrettes. L'invention a également pour objet un procédé de 5 fabrication d'un tel échangeur. Ce procédé comprend les étapes de - mouler des demi-corps ayant chacun une première surface et une deuxième surface qui sont opposées et qui sont pourvues chacune de nervures en saillie ; 10 - fixer un premier des demi-corps à un deuxième des demi-corps de telle manière que les premières surfaces de ces demi-corps s'étendent en regard l'une de l'autre et les nervures définissent au moins une cavité interne entre les premières surfaces des premier et deu- 15 xième demi-corps ; - fixer un troisième des demi-corps sur le deuxième demi-corps de telle manière que les deuxièmes surfaces de ces demi-corps s'étendent en regard l'une de l'autre et les nervures définissent au moins une cavité 20 externe entre les deuxièmes surfaces des troisième demi-corps ; - fixer un quatrième des demi-corps deuxième et sur le troi- sième demi-corps de telle manière que les premières surfaces de ces demi-corps s'étendent en regard l'une de 25 l'autre et les nervures définissent au moins une cavité interne entre les premières surfaces des troisième et quatrième demi-corps. Ce procédé de fabrication est particulièrement simple puisqu'il permet d'assembler l'échangeur en empi- 30 lant les demi-corps les uns sur les autres au fur et à mesure de leur assemblage. Les manipulations sont ainsi réduites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description 3036179 5 qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREF EXPOSE DES FIGURES Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi 5 lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de traitement d'eau comprenant des échangeurs selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un 10 échangeur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe partielle d'un des corps creux de l'échangeur ; - la figure 4 est une vue de corps creux en coupe 15 selon le plan IV de la figure 3 ; - la figure 5a est une vue de dessus d'une des faces d'un des demi-corps formant ce corps creux ; - la figure 5b est une vue de dessus de l'autre face de ce demi-corps ; 20 - les figures 6a à 6d sont des vues schématiques en coupe illustrant l'assemblage de l'échangeur ; - la figure 7 est une vue en perspective d'un échangeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 25 - les figures 8a et 8b sont des vues identiques aux figures 5a et 5b d'un des demi-corps formant ce corps creux ; - la figure 9 est une vue en perspective et en coupe partielle de l'échangeur selon le deuxième mode de 30 réalisation ; - les figures 10 et 11 montrent une première variante de raccordement de corps creux d'un échangeur selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 12a, 12b montrent deux autres va- 35 riantes de raccordement de corps creux d'un échangeur se- 3036179 6 ion le premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 13a, 13b montrent deux variantes de raccordement de corps creux d'un échangeur selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ; 5 - la figure 14a est une vue en perspective et en coupe transversale d'un échangeur selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 14b est en coupe transversale de cet échangeur ; 10 - la figure 15 est une vue en perspective d'une plaque de l'échangeur selon le troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 16 est une vue en perspective d'une plaque d'un échangeur selon une variante du troisième 15 mode de réalisation ; - la figure 17a est une vue en perspective d'une face liquide d'un demi-corps d'un échangeur selon un quatrième mode de réalisation ; - la figure 17b est une vue en perspective d'une 20 face gaz de ce demi-corps ; - la figure 18a est une vue en perspective d'une face liquide d'un demi-corps d'un échangeur selon une variante du quatrième mode de réalisation ; - la figure 18b est une vue en perspective d'une 25 face gaz de ce demi-corps ; - les figures 19a et 19b sont des vues partielles similaires aux figures 5a et 5b d'un des demi-corps formant le corps creux selon une variante du premier mode de réalisation ; 30 - la figure 20 est une vue partielle en perspec- tive d'un demi-corps selon une variante de l'invention ; - la figure 21 est une vue partielle en perspective d'un demi-corps selon une autre variante de l'invention ; 35 - la figure 22 est une vue partielle d'un outil- 3036179 7 lage pour l'assemblage des demi-corps entre eux ; - les figures 23 à 26 sont des vues en perspective de demi-corps selon d'autres variantes de réalisa- tion de l'échangeur selon le premier mode de réalisation.
5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, l'invention concerne un échangeur thermique utilisable par exemple dans une installation de traitement de fluide. Un exemple d'installation comprend des échangeurs 10 100 reliés en série dans un circuit de circulation d'un premier fluide. Dans l'échangeur 100A passe un deuxième fluide, ici un gaz humide relativement chaud, permettant de réchauffer le premier fluide au point de provoquer la condensation du second fluide. L'échangeur 100A est donc 15 ici un condenseur. Dans l'échangeur 100B passe un troi- sième fluide, ici un fluide relativement froid, et l'échangeur thermique 100B va permettre un transfert de chaleur du premier fluide vers le troisième fluide pour réchauffer ce dernier. L'échangeur 100B est donc ici un 20 réchauffeur. Une pompe 110 est montée sur le circuit de premier fluide pour faire circuler celui-ci. Un ventilateur 120 est monté au voisinage de l'échangeur 100A pour former un flux de gaz forcé formant le deuxième fluide traversant l'échangeur 100A. Le troisième fluide circule 25 dans un circuit 130, partiellement représenté, comportant une pompe 140. On comprend que l'installation peut comprendre d'autres équipements non représentés et notamment des filtres. L'échangeur 100A est donc ici un échangeur liquide/gaz, tandis que l'échangeur 100B est ici un 30 échangeur liquide/liquide. VERSION GAZ-LIQUIDE - premier mode de réalisation de l'invention En référence aux figures 1 à 6d, un échangeur thermique 100 selon le premier mode de réalisation de 35 l'invention, utilisable pour former l'échangeur 100A, 3036179 8 comprend une pluralité de corps creux, généralement désignés en 1, réalisés en matériau thermoplastique, ici du polypropylène (PP) ou du polyéthylène haute densité (PEhD). D'autres matériaux thermoplastiques peuvent bien 5 entendu être utilisés en fonction notamment des fluides utilisés, des températures rencontrées... Par exemple, le polypropylène (PP) ou du polyéthylène haute densité (PEhD) sont utilisés pour des températures de fonctionnement inférieures à 85°C environ. Le polyfluorure de viny- 10 lidène (PVDF) est utilisé pour des températures de fonc- tionnement inférieures à 140°C et le perfluoroalkoxy (PFA) est utilisé pour des températures de fonctionnement inférieures à 200°C. Le matériau thermoplastique peut incorporer des charges conductrices de chaleur pour augmen- 15 ter la conductivité thermique du matériau thermoplas- tique. Ces charges peuvent avoir notamment la forme de lamelles, fibres et/ou granulés. Chaque corps creux 1 délimite une cavité interne 2 pourvue d'une entrée 30 et d'une sortie 40 du premier 20 fluide. Les corps creux 1 sont fixés les uns aux autres de telle manière que les entrées 30 des cavités étanches internes 2 soient reliées les unes aux autres et les sorties 40 des cavités étanches internes 2 soient reliées les unes aux autres.
25 Chaque corps creux 1 comprend deux demi-corps 4 moulés indépendamment l'un de l'autre et fixés l'un à l'autre pour avoir des surfaces en regard formant entre elles la cavité interne 2. Les demi-corps 4 sont identiques les uns aux 30 autres et ont sensiblement une forme de plaque plane, ici sensiblement carrée, ayant deux faces principales, à savoir une surface 5 pourvue de moyens d'échange thermique 6 avec le premier fluide et une surface 7 pourvue de moyens d'échange thermique 8 avec le deuxième fluide. Les 35 demi-corps 4 sont fixés les uns aux autres de telle ma- 3036179 9 fière que les surfaces 5 s'étendent en regard les unes des autres et les surfaces 7 s'étendent en regard les unes des autres. Il sera toutefois noté que les demi-corps 4 se trouvant aux deux extrémités de la pile de de- 5 mi-corps 4 ont leur surface 7 tournée vers l'extérieur. L'entrée 30 et la sortie 40 sont délimitées chacune par une paroi tubulaire qui s'étend en saillie des surfaces 5, 7 : la paroi tubulaire est interrompue du côté de la surface 5 pour ménager une ouverture 30' permet- 10 tant le passage du premier fluide sur la surface 5 et est continue du côté de la surface 7 pour interdire le passage du premier fluide sur la surface 7. L'entrée 30 et la sortie 40 sont agencées dans deux coins consécutifs du demi-corps 4.
15 Chaque paire de surfaces 5 en regard l'une de l'autre comprend des rebords 31 en saillie pour définir la cavité interne 2 et est agencée de telle manière que la cavité interne 2 soit divisée en un collecteur d'entrée 9 relié à l'entrée 30, un collecteur de sortie 20 10 relié à la sortie 40 et une pluralité de canaux 11 ayant chacun une extrémité reliée au collecteur d'entrée 9 et une extrémité reliée au collecteur de sortie 10. Les rebords 31 définissent un contour fermé de sorte que la cavité interne 2 est une cavité étanche.
25 Les moyens d'échange thermique 6 comprennent des nervures 6.1 et des barrettes 6.2 s'étendant en saillie des surfaces 5. Chaque canal 11 est ainsi délimité par les surfaces 5 en regard l'une de l'autre et deux nervures 6.1. Les barrettes 6.2 s'étendent transversalement 30 en saillie dans le canal 11 pour perturber l'écoulement du premier fluide dans le canal 11. Les barrettes 6.2 s'étendent transversalement aux nervures 6.1 depuis chacune des deux surfaces 5 des demi-corps 4 en regard l'une de l'autre. Les barrettes 6.2 d'une des surfaces 5 alter- 35 nant avec les barrettes 6.2 de l'autre des surfaces 5.
3036179 10 Les barrettes 6.2 sont espacées d'une distance sensiblement égale à un écartement des nervures 6.1 délimitant le canal 11. Les barrettes 6.2 ont une hauteur sensiblement égale à un quart de l'écartement entre les surfaces 5 des 5 demi-corps 4 en regard l'une de l'autre. Des nervures 6.3 s'étendent en éventail dans le collecteur d'entrée 9 depuis l'entrée 30 vers les canaux 11 pour répartir le premier fluide provenant de l'entrée 30 vers l'ensemble des canaux 11. D'autres nervures 6.3 10 s'étendent en éventail dans le collecteur de sortie 10 depuis la sortie 40 vers les canaux 11 pour ramener le premier fluide provenant de l'ensemble des canaux 11 vers la sortie 40. Les nervures 6.3 s'étendent perpendiculairement aux nervures 6.1 et se raccordent chacune à une 15 des nervures 6.1 par un coude. Pour chaque paire de surfaces 5 en regard, les rebords, les parois tubulaires, et les nervures 6.1, 6.3 d'une des surfaces 5 sont assemblées de manière étanche aux rebords, parois tubulaires, nervures 6.1 et 6.3 de 20 l'autre des surfaces 5. Les corps creux 1 sont fixés les uns aux autres et ont des rebords 32 pour délimiter entre eux une cavité externe 22 pourvue d'une entrée 23 et d'une sortie 24 du deuxième fluide.
25 Chaque paire de surfaces 7 en regard l'une de l'autre définit la cavité étanche externe 22. La cavité externe 22 est divisée en une pluralité de canaux 25 qui sont parallèles aux canaux 11 et qui ont chacun une extrémité débouchant à l'entrée 23 et une extrémité débou- 30 chant à la sortie 24. Les moyens d'échange thermique 8 comprennent des nervures 8.1, 8.3 et des barrettes 8.2 s'étendant en saillie des surfaces 7. Chaque canal 25 est ainsi délimité par les surfaces 5 en regard l'une de l'autre et deux 3036179 11 nervures 8.1. Chaque canal 25 est subdivisé en canaux 26 par les nervures 8.3 parallèles aux nervures 8.1. Les barrettes 8.2 s'étendent transversalement en saillie dans chaque canal 26 pour perturber l'écoulement du premier 5 fluide dans le canal 26. Les barrettes 8.2 s'étendent transversalement aux nervures 8.1 depuis chacune des deux surfaces 7 des demi-corps 4 en regard l'une de l'autre. Les barrettes 8.2 d'une des surfaces 7 alternent avec les barrettes 8.2 de l'autre des surfaces 7. Les barrettes 10 8.2 sont espacées d'une distance sensiblement égale à un écartement des nervures 8.1, 8.3 délimitant le canal 26. Les barrettes 8.2 ont une hauteur sensiblement égale à un quart de l'écartement entre les surfaces 7 des demi-corps 4 en regard l'une de l'autre.
15 Pour chaque paire de surfaces 7 en regard, les rebords 32, les parois tubulaires, et les nervures 8.1, 8.3 d'une des surfaces 7 sont assemblées aux rebords 32, parois tubulaires, nervures 8.1 et 8.3 de l'autre des surfaces 7, les parois tubulaires étant assemblées l'une 20 à l'autre de manière étanche. Les plaques, rebords, nervures et barrettes sont pleines. Les nervures 6.1, 8.1, 8.3 étant parallèles les unes aux autres, les entrées 30, 23 et les sorties 40, 24 25 sont disposées de manière à provoquer une circulation du premier fluide dans un sens opposé au deuxième fluide (contre-courant). Un fonctionnement avec une circulation des deux fluides dans le même sens est possible (cocourant) mais est moins performant pour les échanges.
30 Les nervures et barrettes des moyens d'échange thermique 6 et 8 favorisent l'échange thermique entre le premier fluide et le deuxième fluide mais contribuent également à rigidifier les demi-corps 4 renforçant la résistance de celui-ci à la pression. Le nombre et 3036179 12 l'agencement des barrettes résultent d'un compromis entre l'augmentation de l'échange thermique, la résistance à la pression, les contraintes de fabrication (support lors du moulage), la nature du fluide et les pertes de charges 5 engendrées. Le raccordement de l'échangeur au circuit du premier fluide est réalisé par des raccords classiques 33, 43 montés respectivement sur l'entrée et la sortie de l'échangeur qui sont elles-mêmes reliées respectivement 10 aux entrées 30 et aux sorties 40 des corps creux 1. Un tel raccordement est représenté sur les figures 9 et 10. A la figure 10, les raccords 33 et 43 sont des raccords coudés orientés à l'opposé l'un de l'autre. Sur la figure 11, plusieurs échangeurs sont raccordés en série.
15 Deux autres exemples de raccordement sont repré- sentés sur les figures 12a et 12b. A la figure 12a, les raccords 33 et 43 sont des raccords coudés orientés dans le même sens. A la figure 12b, les raccords 33 et 43 sont des raccords droits.
20 L'échangeur selon le premier mode de réalisation est destiné à être placé dans une veine de gaz de telle manière que le gaz pénètre dans l'échangeur par les entrées 23 et en sorte par les sorties 24. Le procédé de fabrication de cet échangeur ther- 25 mique va maintenant être décrit en référence plus parti- culièrement aux figures 6a à 6d. Le procédé comprend les étapes de - mouler des demi-corps 4 ayant chacun une première surface 5 et une deuxième surface 7 qui sont oppo- 30 sées l'une à l'autre et qui sont pourvues chacune de re- bords 31, 32 et de nervures 6.1, 6.3, 8.1, 8.3 en saillie ; - souder un premier des demi-corps 4 à un deuxième demi-corps 4 de telle manière que les premières 3036179 13 surfaces 5 de ces demi-corps 4 s'étendent en regard l'une de l'autre et les rebords 31 définissent la cavité interne 2 entre les premières surfaces 5 des premier et deuxième demi-corps 4 (figures 6a et 6b) ; 5 - souder un troisième des demi-corps 4 sur le deuxième demi-corps 4 de telle manière que les deuxièmes surfaces 7 de ces demi-corps 4 s'étendent en regard l'une de l'autre et les rebords 32 définissent au moins une cavité externe 22 entre les deuxièmes surfaces 7 des deu- 10 xième et troisième demi-corps 4 (figures 6c et 6d) ; - souder un quatrième des demi-corps 4 sur le troisième demi-corps 4 de telle manière que les premières surfaces 5 de ces demi-corps 4 s'étendent en regard l'une de l'autre et les rebords 31 définissent au moins une ca- 15 vité interne 2 entre les premières surfaces 5 des troi- sième et quatrième demi-corps 4 ; et ainsi de suite. Le positionnement et le soudage des demi-corps entre eux sont réalisés au moyen d'un outillage ici semi- automatique. Ces opérations peuvent également être réali- 20 sées différemment, par exemple de manière totalement automatique. De préférence, le positionnement du deuxième de- mi-corps 4 sur le premier demi-corps 4 est facilité par des reliefs de formes complémentaires présents sur les 25 surfaces 5 pour coopérer ensemble lorsque les demi-corps 4 sont approchés l'un de l'autre dans une direction correcte pour permettre le bon positionnement des demi-corps 4 l'un par rapport à l'autre. Selon une première variante avantageuse (voir la figure 19a), les reliefs en question 30 comprennent au moins une fourchette double 60 s'étendant en saillie de la surface 5 et en saillie d'une des nervures 6.1 pour venir encadrer une des nervures 6.1 de la surface 5 du demi-corps 4 en regard. De la même manière (voir la figure 19b), le positionnement du troisième de- 3036179 14 mi-corps 4 sur le deuxième demi-corps 4 est facilité par des reliefs de formes complémentaires présents sur les surfaces 7 pour coopérer ensemble lorsque les demi-corps 4 sont approchés l'un de l'autre dans une direction cor- 5 recte pour permettre le bon positionnement des demi-corps 4 l'un par rapport à l'autre. Les reliefs en question comprennent au moins une fourchette double 80 s'étendant en saillie de la surface 7 et en saillie d'une des nervures 8.1 pour venir encadrer une des nervures 8.1 de la 10 surface 7 du demi-corps 4 en regard. Dans une seconde va- riante représentée à la figure 20 et décrite en relation avec la surface 5, la seconde variante étant éventuellement combinable à la première variante, les reliefs en question comprennent au moins un plot 61 ici rectangu- 15 laire s'étendant en saillie de la surface 5 et en saillie d'une des nervures 6.1 pour venir s'engager dans un renfoncement 62 ménagé dans la nervure 6.1 en regard de l'autre demi-corps 4. De tels reliefs peuvent également être prévus du côté des surfaces 7.
20 La fixation des demi-corps 4 entre eux est réali- sée par soudage au moyen d'une lame chauffante 500 sur laquelle les rebords et nervures des surfaces 5 ou 7 des demi-corps 4 sont appliqués pendant un temps suffisant pour permettre leur ramollissement avant que les demi- 25 corps 4 soient appliqués l'un contre l'autre pour réali- ser le soudage proprement dit des rebords et nervures. On notera que les barrettes 6.2, 8.2 ne sont pas positionnées symétriquement par rapport à un axe médian du demi-corps 4 s'étendant parallèlement au demi-corps 4 30 entre l'entrée 30, 23 et la sortie 40, 24 pour obtenir un décalage d'un demi-pas des barrettes 6.2 des surfaces 5 en regard et un décalage d'un demi-pas des barrettes 8.2 des surfaces 7 en regard (ce décalage est bien visible sur la figure 4). En effet, pour assembler deux demi- 35 corps 4 l'un avec l'autre pour former un corps, l'un des 3036179 15 demi-corps 4 est retourné autour dudit axe de sorte que les barrettes de ce demi-corps 4 seront décalées par rapport aux barrettes de l'autre des demi-corps 4. L'outillage comprend une platine inférieure 200 5 pour supporter le premier demi-corps 4 puis l'ensemble de l'empilement résultant de l'assemblage des demi-corps 4 les uns aux autres et une platine supérieure 300 pour appliquer le demi-corps 4 à fixer contre le ou les demi-corps 4 supportés par la platine inférieure 200. Les pla- 10 tines comportent des moyens pour faciliter le positionne- ment correct des demi-corps, par exemple des pions de centrage. Les platines comportent des portions pour supporter les demi-corps 4 et éviter qu'ils ne s'affaissent lorsque les demi-corps 4 sont appliqués contre la lame 15 500 ou l'un contre l'autre : les platines comportent à cette fin des rainures pour recevoir le rebord périphérique, les nervures et les barrettes des demi-corps de manière à prendre appui entre les nervures et les barrettes. Les platines sont également équipées de moyens de 20 bridage du demi-corps avec lequel elles sont en contact : ces moyens de bridage comprennent ici de préférence des taquets s'accrochant sur des bords périphériques du demi-corps, sur toute la longueur de ceux-ci. Le moulage des demi-corps 4 est réalisé par in- 25 jection de la matière plastique sous pression dans un moule. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'injection est immédiatement suivie d'une phase de compression. On notera que l'échangeur selon ce premier mode 30 de réalisation présente des formes particulièrement simples qui facilitent sa fabrication. VERSION LIQUIDE -LIQUIDE - deuxième mode de réa- lisation de l'invention 3036179 16 L'échangeur conforme au deuxième mode de réalisation va maintenant être décrit en référence aux figures 7, 8a, 8b et 9. Les éléments du deuxième mode de réalisation identiques ou analogues à ceux du premier mode de 5 réalisation porteront une référence numérique identique à ces derniers. L'échangeur du deuxième mode de réalisation, qui peut être utilisé pour former l'échangeur 100B, est un échangeur dans lequel les premier et troisième fluides 10 sont canalisés chacun dans un circuit. Dans ce mode de réalisation, chaque demi-corps creux 4 comprend deux surfaces 5 identiques pourvues de rebords 31 et de moyens d'échange thermique 6 comprenant des nervures 6.1, 6.3 et des barrettes 6.2. Pour distin- 15 guer les surfaces 5 l'une de l'autre, un indice 1, 2 est associé à la référence numérique 5. Chaque demi-corps creux comprend deux entrées 30.1, 30.2 et deux sorties 40.1, 40.2. L'entrée 30.1 et la sortie 40.1 sont agencées dans deux coins consécutifs 20 du demi-corps 4 ; l'entrée 30.2 et la sortie 40.2 sont agencées dans deux autres coins consécutifs du demi-corps 4. L'entrée 30.1 et la sortie 40.1 sont délimitées chacune par une paroi tubulaire qui s'étend en saillie des surfaces 5.1, 5.2 : la paroi tubulaire est interrompue du 25 côté de la surface 5.1 pour permettre le passage du pre- mier fluide et est continue du côté de la surface 5.2 pour interdire le passage du premier fluide entre les surfaces 5.2. L'entrée 30.2 et la sortie 40.2 sont délimitées chacune par une paroi tubulaire qui s'étend en 30 saillie des surfaces 5.1, 5.2 : la paroi tubulaire est interrompue du côté de la surface 5.2 pour permettre le passage du deuxième fluide et est continue du côté de la surface 5.1 pour interdire le passage du deuxième fluide entre les surfaces 5.1.
3036179 17 Le raccordement de l'échangeur au circuit du premier fluide est réalisé par des raccords classiques 33.1, 43.1 montés respectivement sur l'entrée et la sortie de l'échangeur reliée respectivement aux entrées 30.1 et aux 5 sorties 40.1. L'échangeur est comme précédemment fabriqué au moyen d'un outillage comprenant une platine inférieure pour supporter le premier demi-corps 4 puis l'ensemble de l'empilement résultant de l'assemblage des demi-corps 4 10 les uns aux autres et une platine supérieure 300 (visible de dessous sur la figure 22) pour appliquer le demi-corps 4 à fixer contre le ou les demi-corps 4 supportés par la platine fixe. Les platines comportent des portions pour supporter les demi-corps 4 et éviter qu'ils ne 15 s'affaissent lorsque les demi-corps 4 sont appliqués contre la lame ou l'un contre l'autre : les platines comportent à cette fin des rainures pour recevoir le rebord périphérique, les nervures (rainures 401) et les barrettes (rainures 402) des demi-corps de manière à prendre 20 appui entre les nervures et les barrettes. Du fait du dé- calage d'un demi-pas des barrettes 6.2 d'une face 5 par rapport aux barrettes 6.2 de l'autre face 5 du demi-corps, les platines 200 & 300 comportent deux jeux de rainures 402 destinées à accueillir les barrettes 6.2 25 après chaque retournement. Les rainures 402 du premier jeu de rainures 402 sont donc décalées d'un demi-pas par rapport aux rainures 402 de l'autre jeu de rainures 402. Les rainures 402 destinées à accueillir les barrettes 6.2 sont donc au total deux fois plus nombreuses que les bar- 30 rettes 6.2 d'une face 5. Les platines sont également équipées de moyens de bridage du demi-corps avec lequel elles sont en contact : ces moyens de bridage comprennent ici de préférence des taquets mobiles (405 sur la figure 22) s'accrochant sur des bords périphériques du demi- 35 corps, sur toute la longueur de ceux-ci.
3036179 18 Le raccordement de l'échangeur au circuit de fluide est réalisé par des raccords classiques 33.2, 43.2 montés respectivement sur l'entrée et la sortie de l'échangeur reliées respectivement aux entrées 30.2 et 5 aux sorties 40.2. Un tel raccordement est représenté sur la figure 12a. Sur cette figure, les raccords 33.1 et 43.1 sont des raccords coudés orientés à l'opposé l'un de l'autre ; les raccords 33.2 et 43.2 sont des raccords coudés orientés 10 dans le même sens. Une variante de raccordement est re- présentée sur la figure 12b. Sur cette figure, les rac- cords 33.1, 33.2, 43.1 et 43.2 sont des raccords droits. On notera que le corps creux et les demi-corps peuvent avoir des formes différentes de celles précédem- 15 ment décrites. AUTRES MODES DE REALISATION Ainsi, dans le troisième mode de réalisation représenté sur les figures 14a, 14b, 15 et 16, l'échangeur est du type de l'échangeur 100A, c'est-à-dire liquide- 20 gaz. Il est entendu que le troisième mode de réalisation est applicable à des échangeurs de type liquide-liquide. Dans ce troisième mode de réalisation, les demi-corps ne sont plus en forme de plaques planes mais sont en forme de plaques ondulées. Les ondulations constituent 25 des reliefs favorisant les échanges thermiques en pertur- bant l'écoulement des fluides. Comme précédemment, des nervures, comme les nervures 6.1, 6.3, sont prévues en saillie des surfaces des corps creux pour répartir le fluide sur la totalité de 30 ces surfaces. On notera que les ondulations peuvent avoir une hauteur relativement importante comme représenté sur les figures 14a, 14b, 15 et 16 ou au contraire une épaisseur relativement faible comme représenté sur la figure 26.
35 Sur les figures 14a, 14b, 15, l'entrée 30 et la 3036179 19 sortie du premier fluide sont agencées sur deux coins consécutifs des plaques. Sur la figure 16, l'entrée 30 et la sortie du premier fluide sont agencées sur deux coins opposés des 5 plaques. Dans le quatrième mode de réalisation représenté sur les figures 17a, 17b, 18a et 18b, les demi-corps ne sont plus en forme de plaques planes pourvues de nervures mais en forme de plaques alternant des creux et des 10 bosses selon un agencement analogue à celui décrit dans le document FR-A-2960288. Ces creux et bosses constituent des reliefs favorisant les échanges thermiques en perturbant l'écoulement des fluides. Sur les figures 17a et 17b, l'échangeur est du 15 type de l'échangeur 100A, c'est-à-dire liquide-gaz, avec, dans deux coins consécutif de la plaque, une entrée 30 et une sortie 40 pour le premier fluide. Il est entendu que le quatrième mode de réalisation est applicable à des échangeurs de type liquide-liquide.
20 Des nervures 6.1, 6.3 sont prévues en saillie de la surface 5 des demi-corps 4 pour répartir le fluide sur toute la surface 5. Des nervures 8.1 sont prévues en saillie de la surface 7 des demi-corps 4 pour répartir et canaliser le 25 fluide au moins en partie le long de la surface 7. Sur la figure 18, l'échangeur est du type de l'échangeur 100A avec, dans deux coins de la plaque diamétralement opposés l'un à l'autre, une entrée 30 et une sortie 40 pour le premier fluide.
30 Des nervures 6.1, 6.3 sont prévues en saillie de la surface 5 des demi-corps 4 pour répartir le fluide sur toute la surface 5. Des nervures 8.1 sont prévues en saillie de la surface 7 des demi-corps 4 pour répartir et canaliser le 35 fluide au moins en partie le long de la surface 7.
3036179 20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie 5 par les revendications. En particulier, l'appellation « demi-corps » ne doit pas être interprétée comme limitant l'invention à l'assemblage de deux pièces constituant chacune une moitié du corps même si ce mode de réalisation est le mode 10 de réalisation préféré. L'un des demi-corps peut repré- senter plus de la moitié du corps et le corps peut résulter de l'assemblage de plus de deux pièces (par exemple deux demi-corps et une ceinture périphérique). Le positionnement des demi-corps 4 les uns par 15 rapport aux autres préalablement au soudage peut être as- suré par des pions de guidage solidaire de l'outillage. Les demi-corps peuvent être assemblés les uns aux autres par un autre mode de fixation que le soudage et par exemple par collage, par serrage après interposition 20 des joints compressibles (notamment dans le cas d'un ma- tériau thermoplastique ne se prêtant au soudage ou au collage). Les demi-corps peuvent comprendre des pions en saillie de l'une au moins des surfaces principales pour 25 s'opposer localement à un affaissement des demi-corps creux lors du soudage. Les canaux d'une des surfaces principales des de- mi-corps peuvent avoir des hauteurs différentes de celles des canaux de l'autre des surfaces principales.
30 Les moyens d'échange thermique peuvent avoir une structure différente de celle décrite et par exemple ne pas comporter de barrettes ou des barrettes agencées différemment, par exemple sur une seule des surfaces en regard.
35 Les barrettes peuvent faire un angle de 90° par 3036179 21 rapport aux nervures ou un angle différent. Ainsi, sur les figures 23 et 25, les barrettes sont en forme de chevrons. Les barrettes peuvent être remplacées par des 5 plots. Les barrettes transversales peuvent avoir une hauteur sensiblement comprise entre un quart et une moitié d'un écartement entre les surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre.
10 Les nervures peuvent avoir d'autres formes et par exemple être discontinues comme les nervures 6.1 représentées sur les figures 24 et 25. Les demi-corps peuvent aussi être dépourvus de nervures en saillie.
15 Les sens de circulation des fluides peuvent être opposés ou identiques. Les entrées et sorties peuvent être positionnées dans les coins de la plaque ou dans une autre position, par exemple au voisinage des axes centraux de la plaque.
20 En variante, comme représenté sur la figure 21, l'ouverture ménagée dans les parois tubulaires définissant l'entrée 30 et la sortie 40 est pourvue de plots 50 qui sont espacés les uns des autres de manière que le fluide puisse passer entre les plots 50 et que les plots 25 50 puissent soutenir le demi-corps adjacent en empêchant une déformation excessive de celui-ci soit lors de la fixation des demi-coques entre eux, soit lors de la soudure d'un raccord, soit du fait des efforts exercés par un des raccords sur ce demi-corps.
30 L'échangeur selon le premier mode de réalisation peut être disposé dans une cuve étanche dans lequel circule le deuxième fluide. Bien que l'invention ait été décrite en applica- tion à une installation particulière de traitement de 35 fluide, il est entendu que l'invention n'est pas limitée 3036179 22 à cette application mais est au contraire utilisable dans toute application mettant en oeuvre un échange de chaleur liquide - liquide ou liquide-gaz, avec ou sans condensation, et par exemple une application de récupération 5 d'énergie.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1) Echangeur thermique comprenant au moins un corps creux, réalisé en matériau thermoplastique, qui délimite une cavité interne pourvue d'une entrée et d'une sortie d'un premier fluide et qui a une surface externe pourvue de portions d'échange thermique avec un deuxième fluide, caractérisé en ce que le corps creux comprend deux demi-corps moulés indépendamment l'un de l'autre et fixés l'un à l'autre pour avoir des surfaces en regard formant entre elles la cavité interne.
  2. 2) Echangeur selon la revendication 1, dans lequel le corps creux est agencé pour que la cavité interne soit divisée en un collecteur d'entrée reliée à l'entrée, un collecteur de sortie relié à la sortie et une pluralité de canaux ayant chacun une extrémité reliée au collecteur d'entrée et une extrémité reliée au collecteur de sortie.
  3. 3) Echangeur selon la revendication 2, dans lequel chaque canal est délimité par les surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre et deux nervures s'étendant en saillie de ces surfaces, des barrettes transversales s'étendant en saillie dans le canal pour perturber l'écoulement du premier fluide dans le canal.
  4. 4) Echangeur selon la revendication 3, dans lequel les barrettes s'étendent transversalement aux nervures depuis au moins l'une des surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre.
  5. 5) Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les barrettes s'étendent transversalement aux nervures depuis au moins les deux surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre, les barrettes d'une des surfaces alternant avec les barrettes de l'autre des surfaces. 3036179 24
  6. 6) Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les barrettes transversales sont espacées d'une distance sensiblement égale à un écartement des nervures.
  7. 7) Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les 5 barrettes transversales ont une hauteur sensiblement com- prise entre un quart et une moitié d'un écartement entre les surfaces des demi-corps en regard l'une de l'autre.
  8. 8) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux corps creux fixés 10 l'un à l'autre pour délimiter entre eux une cavité ex- terne pourvue d'une entrée et d'une sortie du deuxième fluide, les entrées des cavités internes étant reliées entre elles et les sorties des cavités internes étant reliées entre elles. 15
  9. 9) Echangeur selon la revendication 8, comprenant plus de deux corps creux fixés les uns aux autres pour délimiter entre eux au moins deux cavités externes, les entrées des cavités externes étant reliées entre elles et les sorties des cavités externes étant reliées entre elles. 20
  10. 10) Echangeur selon la revendication 8 ou la reven- dication 9, dans lequel les corps creux sont agencés pour que chaque cavité externe soit divisée en un collecteur d'entrée reliée à l'entrée, un collecteur de sortie relié à la sortie et une pluralité de canaux ayant chacun une 25 extrémité reliée au collecteur d'entrée et une extrémité reliée au collecteur de sortie.
  11. 11) Echangeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel les demi-corps sont fixés l'un à l'autre par une soudure. 30
  12. 12) Procédé de fabrication d'un échangeur ther- mique, comprenant les étapes de : - mouler des demi-corps en matériau theLmoplas- tique, ayant chacun une première surface et une deuxième 3036179 25 surface qui sont opposées et qui sont pourvues chacune de nervures en saillie ; - fixer un premier des demi-corps à un deuxième demi-corps de telle manière que les premières surfaces de 5 ces demi-corps s'étendent en regard l'une de l'autre et les nervures définissent au moins une cavité étanche interne entre les premières surfaces des premier et deuxième demi-corps, la cavité interne présentant une entrée et une sortie pour un fluide ; 10 - fixer un troisième des demi-corps sur le deu- xième demi-corps de telle manière que les deuxièmes surfaces de ces demi-corps s'étendent en regard l'une de l'autre et les nervures définissent au moins une cavité étanche externe entre les deuxièmes surfaces des deuxième 15 et troisième demi-corps ; - fixer un quatrième des demi-corps sur le troisième demi-corps de telle manière que les premières surfaces de ces demi-corps s'étendent en regard l'une de l'autre et les nervures définissent au moins une cavité 20 étanche interne entre les premières surfaces des troi- sième et quatrième demi-corps, la cavité interne présentant une entrée et une sortie pour un fluide .
  13. 13) Procédé selon la revendication 12, dans lequel la fixation des demi-corps entre eux est réalisée par 25 soudage.
  14. 14) Procédé selon la revendication 12, dans lequel le moulage est réalisé par injection.
  15. 15) Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'injection est suivie d'une phase de compression. 30
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