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Corps de transfert de chaleur à plaques Dour milieux de préférence liquides.
La présente invention concerne des corps de transfert de chaleur à plaques pour milieux de préférence liquides, se composant d'un certain nombre de plaques de transfert de chaleur en substance du même genre, qui sont jointes l'une à l'autre de façon à être écartées l'une de l'autre d'une distance déterminée, de telle manière qu'entre les deux plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre des différentes paires de plaques de transfert de chaleur, il soit formé un canal d'écoulement de liquide dont la hauteur soit faible par rapport à la largeur et à la longueur,
les faces des plaques de transfert de chaleur qui délimitent les canaux d'écoulement de liquide présentant des profils qui suivent une direction transversale ou qui suivent une direction telle qu'ils forment un angle déterminé constant ou se modifiant de fa- çon périodique sur la largeur des plaques de transfert de chaleur, de telle façon que les éléments profilés des deux plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre soient en substance parallèles entre eux, les canaux d'écoulement de liquide délimités par les faces des plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre étant formés d'un certain nombre de tronçons de canal d'écoulement présentant en substance la même géo-
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métrie qui se répètent de façon périodique dans le m sens de L'écoulement du liquide,
et les éléments profilés qui délimitent un tel tronçon de canal d'écoulement de liquide, projetés sur un plan qui
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est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur projetée et qui est parallèle au sens de l'écoulement du liquide, étant formés soit de deux parties incurvées qui se fondent l'une dans l'autre de façon continue, parties incurvées dont les courbures sont de même valeur ou de valeurs différentes, mais sont toutefois de signes ou sens contraires, soit de deux parties incurvées de ce genre et d'une partie rectiligne qui relie ces parties incurvées en des points d'as-
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cendance égale.
CD Il existe déjà des corps de transfert de chaleur. à plaques connus se composant d'un certain nombre de plaques de transfert de chaleur en substance du même genre qui sont jointes l'une à l'autre de façon à être écartées l'une de l'autre d'une distance déterminée de telle manière qu'entre les deux plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre des différentes paires de plaques de transfert de chaleur, il soit formé un canal d'écoulement. dont la hauteur soit faible par rapport à la largeur et à la longueur. Les faces des plaques de transfert de chaleur qui délimitent le canal d'écoulement présentent des profils ondulés qui sont prévus soit transversalement par rapport au sens de l'écoulement, soit sous un angle déterminé constant ou se modifiant de façon périodique sur la largeur des plaques de transfert de chaleur.
Les éléments profilés se trouvant en regard l'un de l'autre des plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre suivent, dans ce cas des
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allures en substance parallèles l'une par rapport à l'autre. De cette façon, il se présente entre les plaques de transfert de chaleur des canaux d'écoulement qui sont formés d'un certain nombre de tronçons de canaux d'écoulement ayant en substance la même géométrie qui se répètent de façon périodique dans le sens de l'écoulement.
Les éléments profilés qui délimitent ces tronçons de canaux d'écoulement, projetés sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur projetée et qui est parallèle au sens de l'écoulement, sont formés soit par deux parties incurvées qui se fondent l'une dans l'autre de façon continue dont les courbures sont de même valeur ou de valeurs différentes, mais sont toutefois de signes ou sens contraires, soit par deux parties incurvées de ce genre et par une partie rectiligne qui relie ces parties incurvées en des points d'égale ascendance.
Grâce à ce profil, la section transversale d'écoulement se modifie de façon continue dans le sens de l'écoulement à l'intérieur d'un tronçon de canal d'écoulement, et ce, en ce sens qu'elle diminue d'une valeur maximale à une valeur minimale et qu'elle augmente ensuite jusqu'à ce que la valeur maximale soit à nouveau atteinte. De ceci résulte que le milieu qui s'écoule se déplace de façon accélérée dans la première partie d'un tronçon de canal d'écoulement de ce genre et qu'il se déplace de façon retardée dans la seconde partie de ce tronçon de canal d'écoulement.
Une influence déterminante sur le rapport pouvant être obtenu entre le rendement de transfert de
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chaleur et le débit d'écoulement nécessaire est exercée, d'une part, par le rapport réalisé entre la section d'écoulement maximale et la section d'écoulement minimale, de même que par le genre et le mode de réalisation de la transition entre ces sections transversales d'écoulement, et, d'autre part, par le rapport entre la longueur de tronçon de canal d'écoulement sur laquelle le milieu qui s'écoule se déplace de fa- çon accélérée et la longueur de tronçon de canal d'écoulement sur laquelle le milieu qui s'écoule se déplace de façon retardée.
Les deux rapports sont influencés par la courbure, c'est-à-dire par l'allure de la courbure, et par la longueur des parties incurvées qui forment les éléments profilés délimitant. un tron- çon de canal d'écoulement, de même que par la longueur de la partie rectiligne qui relie ces parties incurvées l'une à l'autre.
En plus de cette forme de réalisation des éléments profilés, la distance d'écartement choisie pour séparer les plaques de transfert de chaleur exerce, elle aussi, une influence essentielle sur l'allure de la modification de la section transversale d'écoulement dans le sens de l'écoulement et, par conséquent, sur le rapport pouvant être obtenu entre le rendement de transfert de chaleur et le débit d'écoulement nécessaire. L'influence exercée par cette distance d'écartement choisie pour séparer les plaques de transfert de chaleur est en rapport étroit
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avec la forme de réalisation des éléments profilés et, en particulier, avec l'allure de la courbure des parties incurvées choisies, et elle ne peut pas être considérée sans être rattachée à celle de la forme de réalisation des éléments profilés.
Dans le cas des solutions actuellement connues, c'est toutefois soit de la forme de réalisation du profil, soit de la distance d'écartement comprise entre les plaques de transfert de chaleur, qu'il est tenu compte.
La présente invention vise à apporter un perfectionnement aux corps de transfert de chaleur à plaques compte étant tenu de l'influence réciproque de la forme de réalisation du profil et de la distance d'écartement séparant les plaques de transfert de chaleur sur le rapport pouvant être obtenu. entre le rendement de transfert de chaleur qui pourra être atteint et le débit d'écoulement nécessaire.
L'invention a pour but de déterminer, compte étant tenu de son effet de réciprocité avec la forme de réalisation des éléments profilés, la distance d'écartement devant séparer les plaques de transfert de chaleur en ce qui concerne les corps de transfert de chaleur à plaques connus, dans le cas desquels les faces des plaques de transfert de chaleur qui délimitent les canaux d'écoulement présentent des profils qui suivent une allure transversale au sens de l'écoulement
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ou qui suivent une allure telle qu'ils forment un angle déterminé constant ou se modifiant de façon périodique sur la largeur des plaques de transfert de chaleur,
de telle manière que les profils des deux plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre appartenant aux différentes paires de plaques de transfert de chaleur soient en substance parallèles l'un à l'autre, cette détermination étant telle que l'allure de la modification de la section transversale d'écoulement. dans le sens de l'écoulement dans les tronçons de canal d'écoulement se présente de telle sorte que le débit d'écoulement des milieux qui se déplacent dans le canal d'écoulement soit mis à profit dans les meilleures conditions pour le transfert de chaleur.
Suivant la présente invention, la distance d'écartement qui sépare les plaques de transfert de chaleur et la longueur de la partie rectiligne qui relie les deux parties incurvées formant un élément profilé, projetées sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur projetée et qui est parallèle au sens de l'écoulement, sont prévues de dimensions telles que les trajectoires allant à la famille de courbes qui correspond aux lignes de courant d'un fluide, de préférence d'un liquide, sans frottement qui s'écoule dans l'un des tronçons de canal d'écoulement, trajectoires qui passent par les points soit où ces parties incurvées des éléments profilés délimitant un tronçon de canal d'écoulement se fondent l'une dans l'au-
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tre de façon continue,
soit où la partie rectiligne qui relie l'une à l'autre des parties incurvées rejoint de façon continue l'une et l'autre des parties incurvées, qui présentent des signes ou sens de courbure opposés par rapport. à la ligne médiane du canal d'écoulement, coupent la ligne médiane du canal d'écoulement de telle façon que la partie de longueur de la ligne médiane du canal d'écoulement qui est comprise entre les deux points d'intersection des trajectoires avec la ligne médiane du canal d'écoulement soit égale à la moitié de la longueur de la ligne médiane de canal d'écoulement d'un tron- çon de canal d'écoulement et qu'en même temps, dans la totalité de toutes les trajectoires d'un tronçon de canal d'écoulement, il existe au maximum trois trajectoires qui en aucun des points se trouvant sur elles ne présentent de courbure.
Grâce à la solution proposée par la présente invention, il est obtenu une forme symétrique de l'allure de la section transversale du canal d'écoulement sur la longueur de la ligne médiane du canal incurvé à l'intérieur d'un tronçon de canal d'écoulement formé par deux éléments profilés se trouvant en regard l'un de l'autre de plaques de transfert de chaleur vo, isines l'une de l'autre.
L'allure de la section transversale du canal d'écoulement sur la longueur de la ligne médiane du canal d'écoulement correspond à l'allure d'une fonction cosinus présentant les maxima au début et à la fin des tronçons de canal d'écoulement, les minima au milieu des tronçons de canal d'écoulement et les points d'inversion aux points
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médians entre ces valeurs extrêmes.
De cette manière, non seulement les phases de l'accélération et du retardement des milieux qui s'écoulent dans les canaux d'écoulement, mais également les phases de l'augmentation et de la diminution de l'accélération ainsi que de l'augmen- tation et de la diminution du retardement de ces milieux qui se déplacent, sont réparties de fa- çon uniforme et régulière sur la longueur des canaux d'écoulement, ce qui a pour effet que le débit d'écoulement nécessaire est réduit au minimum par rapport au rendement de transfert de chaleur pouvant être obtenu.
On donnera ci-après une explication amplement détaillée de la présente invention en décrivant un exemple de réalisation du corps de transfert de chaleur à plaques faisant l'objet de cette invention, exemple de réalisation qui est illustré par les dessins annexés à ce mémoire.
Dans ces dessins, la figure l représente une vue en coupe longitudinale de tronçons de canal d'écoulement de fluide projetée sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur projetée et qui est parallèle au sens de l'é- coulement du fluide, tronçons de canal d'écou- lement dont les éléments profilés de limite sont formés par deux parties incurvées, et la figure 2 représente une vue en coupe longi-
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tudinale d'un tronçon de canal d'écoulement de fluide projetée sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur projetée et qui est parallèle au sens de l'écou- lement du fluide,
tronçon de canal d'écoulement dont les éléments profilés de limite sont formés par deux parties incurvées et par une partie rectiligne qui relie les deux parties incurvées en des points d'égale ascendance.
Si, par exemple, les éléments profilés se trouvant en regard l'un de l'autre des plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre d'un corps de transfert de chaleur à plaques sont formés de deux parties incurvées qui se fondent l'une dans l'autre de façon continue 2a, 3a ; 2b, 3b, les faces correspondant aux tronçons de canal d'écoulement de fluide la, lb et lc, selon la représentation de la figure 1, dans la projection sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur et qui est parallèle au sens de l'écoulement du fluide, présentent des limites qui sont constituées chacune par deux parties incurvées, les parties incurvées 2a, 3a ; 2b, 3b ;
2c, 3c, qui sont formées chacune de deux parties incurvées 2a, 2b et 3a, 3b, les parties incurvées 2a, 2b et 3a, 3b, dans le cas du tronçon de canal d'écoulement de fluide lb, se fondant l'une dans l'autre de façon continue aux points respectivement désignés par 5 et par 6. Des trajectoires allant à la famille de courbes qui correspond aux lignes
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de courant d'un fluide sans frottement qui s'écoule par les tronçons de canal d'écoulement de fluide la, Ib et lc, la trajectoire 10, qui passe par le point 6, coupe la ligne médiane 7 du canal d'écoulement de fluide au point 8 et la trajectoire 11, qui passe par le point 5, coupe la ligne médiane 7 du canal d'écoulement de fluide au point 9.
La distance d'écartement 0 compri- se entre les plaques de transfert de chaleur doit avoir été choisie de telle façon que la longueur de la ligne médiane 7 du canal d'écoulement de fluide comprise entre les points d'intersection 8 et 9 soit égale à la moitié de la longueur de la ligne médiane 7 de canal d'écoulement de fluide du tronçon de canal d'écoulement Ib.
Si, par exemple, les éléments profilés se trouvant en regard l'un de l'autre des plaques de transfert de chaleur voisines l'une de l'autre d'un corps de transfert de chaleur à plaques sont formés par deux parties incurvées 12a, 13a ; 12b, 13b, et par une partie rectiligne, 14a, 14b qui relie les deux parties incurvées, la face correspondant au tron- çon de canal d'écoulement de fluide Id, selon la représentation de la figure 2, dans la projection sur un plan qui est perpendiculaire à la plaque de transfert de chaleur et qui est parallèle au sens de l'écoulement du fluide, présente une limite, d'un côté, qui est constituée par la partie incurvée 12a, par la partie rectiligne 14a, qui rejoint de façon continue la partie incurvée 12a au point 15a, et par la partie incurvée 12b,
qui rejoint de façon continue la partie rectili- gene. 14a au point 16a, et elle. présente, de l'au-
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tre coté, une limite qui est constituée par la partie incurvée 13a, par la partie rectiligne 14b, qui rejoint de façon continue la partie incurvée 13a au point 15b, et par la partie incurvée 13b, qui rejoint de façon continue la partie rectiligne 14b au point 16b. La trajectoire 17, qui passe par le point 15a, coupe la ligne médiane 19 du canal d'écoulement de fluide au point d'intersection 20 et la trajectoire 18, qui passe par le point 16b, coupe la ligne médiane 19 du canal d'écoulement de fluide au point d'intersection 21.
La distance d'écarte- ment 0 comprise entre les plaques de transfert de chaleur-doit avoir'été choisie de telle fa- çon que la longueur de la ligne médiane 19 du canal d'écoulement de fluide comprise entre les points d'intersection 20 et 21 soit égale à la moitié de la longueur de la ligne médiane 19 de canal d'écoulement de fluide du tronçon de canal d'écoulement Id.
Les longueurs des parties rectilignes 14a et 14b auront en même temps été choisies au maximum de grandeur telle qu'à l'exception des points d'intersection 16a et 15b, il n'y ait pas d'autres points des parties rectilignes 14b et 14a qui se trouvent sur une même trajectoire, ce qui revient à dire qu'à l'intérieur de la face correspondant au tronçon de canal d'écoulement Id comprise entre les trajectoires 17 et 18, il existe au maximum une trajectoire qui en aucun des points se trouvant sur elle ne présente de courbure.
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Corps de transfert de chaleur à plaques pour milieux de préférence liquides.
Liste des signes de référence et attribution de ces signes de référence.
0 Distance d'écartement la, Ib, le, Id Tronçons de canal d'écoulement
2a, 2b, 2c Parties incurvées 3a, 3b, 3c Parties incurvées
5 Point de transition des courbes
6 Point de transition des courbes
7 Ligne médiane du canal d'écou- lement 8 Point d'intersection 9 Point d'intersection 10 Trajectoire 11 Trajectoire 12a, 12b Parties incurvées 13a, 13b Parties incurvées 14a, 14b Parties rectilignes 15a, 15b Points d'égale ascendance 16a, 16b Points d'égale ascendance 17 Trajectoire 18 Trajectoire 19 Ligne médiane du canal d'écou- lement 20 Point d'intersection 21 Point d'intersection