FR2541442A1 - Echangeur de chaleur a structure modulaire et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

ECHANGEUR DE CHALEUR A STRUCTURE MODULAIRE ET SON PROCEDE DE FABRICATION. CE PROCEDE DE FABRICATION D'UNE DISPOSITION D'ECHANGE THERMIQUE A STRUCTURE MODULAIRE EST NOTAMMENT CARACTERISE EN CE QUE L'ON REALISE UN EMPILEMENT DE TREILLIS 1, 2 ENCASTRABLES DONT CHACUN EST FORME DE CLOISONS ENTRECROISEES 3, 4, 5, 6, CET EMPILEMENT CREANT DES ESPACES POUR LA CIRCULATION D'AU MOINS DEUX FLUIDES EN RELATION D'ECHANGE THERMIQUE. CHACUN DE CES TREILLIS EST REALISE DIRECTEMENT EN UNE SEULE PIECE CONSTITUANT UN MODULE DU DISPOSITIF D'ECHANGE THERMIQUE. APPLICATION A LA REALISATION D'ECHANGEURS DE CHALEUR.

Description

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L'invention concerne un dispositif d'échange de chaleur de structure

modulaire, destiné plus particulièrement à réaliser un échange thermi-

que entre plusieurs fluides, notamment entre deux gaz.

On connaît les échangeurs de chaleur à tubes et à calandre Dans ceux- ci, l'un des fluides participant à l'échange passe dans les tubes, l'autre fluide passe autour des tubes dans la calandre La surface d'échange par unité de volume, dite surface spécifique, qu'il est

possible d'obtenir au moyen de tels échangeurs est généralement limi-

tée du fait quespour des raisons de réalisation, il est difficile de réduire le diamètre des tubes et l'écartement entre tubes au-dessous

d'une valeur de l'ordre de 1 cm.

Les échangeurs à plaques permettent d'obtenir des surfaces spécifiques

d'échange plus importantes Dans ces échangeurs, les fluides partici-

pant à l'échange circulent de part et d'autre des différentes plaques mais la surface spécifique est également limitée par la nécessité de

ne pas trop réduire l'écartement entre plaques.

* 20 On connait encore des échangeurs de chaleur constitués d'empilements

de feuilles perforées, juxtaposées de manière à obtenir, par superpo-

sition des perforations, des canaux dont certains peuvent être parcou-

rus par un fluide relativement chaud, d'autres par un fluide relative-

ment froid, le transfert thermique entre les canaux étant assuré par conduction à travers le matériau formant au moins une partie desdites feuilles. Les échangeurs de chaleur sont le plus souvent constitués de matériaux métalliques Dans les cas o une condensation intervient lors de l'échange thermique, comme par exemple dans le cas de la récupération

de chaleur sur fumées de chaudière de chauffage, ces matériaux présen-

tent l'inconvénient d'être facilement corrodés.

L'invention propose un nouveau dispositif d'échange thermique,dont la structure modulaire (réalisée par un assemblage simple d'élements) permet une adaptation aisée aux impératifs géométriques rencontrés par l'utilisateurs en facilitant notamment son insertion dans des systèmes existants La possibilité de réaliser ce dispositif à l'aide de matériaux très variés permet aussi de l'adapter facilement à la S nature des fluides impliqués dans l'échange thermique, en particulier dans les cas o une corrosion est à craindre, par exemple dans les

échanges thermiques avec condensation.

Le dispositif de l'invention présente en outre une surface spécifique d'échange thermique élevée Les structures d'échange thermique selon l'invention peuvent servir à réaliser aussi bien des corps d'échangeur à deux fluides circulant en courants parallèles (concourant ou contrecourant) ou en courants

croisés, que les têtes pour l'amenée et le départ des fluides.

On peut également associer plusieurs corps d'échange, de diverses fa-

çons pour augmenter, sous un encombrement réduit, le parcours d'au

moins l'un des deux fluides.

L'invention fournit un procédé de fabrication d'un dispositif d'échange thermique à structure modulaire, caractérisé en ce que l'on réalise un empilement de treillis encastrables dont chacun est formé de séries de cloisons entrecroisées, ledit empilement créant des espaces

pour la circulation d'au moins deux fluides en relation d'échange ther-

miquechacun desdits treillis étant réalisé directement en une seule

pièce constituant un module du dispositif d'échange thermique.

Chaque treillis sera avantageusement réalisé par moulage d'un maté-

riau solidifiable et en particulier en utilisant un procédé de

moulage par injectionnotamment si le matériau utilisé pour la fabri-

cation des treillis est un alliage léger ou un matériau thermoplas-

tiqueiou par simple coulée en moule si ce matériau est thermodurcissable.

Un dispositif d'échange thermique selon l'invention comporte au moins

une zone de structure modulaire, cette zone étant essentiellement cons-

tituée d'un empilement de treillis assemblés de façon jointive, chacun

de ces treillis constituant un module formé d'une pièce moulée compor-

tant des cloisons entrecroisées, ledit empilement créant des espaces

pour la circulation d'au moins deux fluides en relation d'échange ther-

mique.

Dans la présente description, le terme de "treillis" désigne une

grille, formée d'un entrecroisement de cloisons pleines d'une première série, parallèles entre elles, avec des cloisons d'une seconde série pleines ou ajourées, parallèles entre elles Si l'on considère le treillis (ou grille) en position horizontale, les deux séries de cloisons se placent dans deux séries de plans verticaux parallèles entre eux, chaque plan de l'une des deux séries coupant les plans de l'autre série selon des angles dièdres d'arête verticale, égaux entre eux Ces angles

dièdres sont de préférence de 900.

Pour réaliser l'encastrement des divers treillis les uns sur les autres, on met en jeu selon l'invention, liempilage alterné de treillis de deux types différents ou l'empilage de treillis semblables qui seront décrits

dans la suite.

Des exemples de réalisation de l'invention sont illustrés par les figures annexées o-: la figure 1 montre en perspective avant leur assemblage deux treillis de types différents correspondant à un premier mode de réalisation,

lesfigures 2 et 3 montrent les cloisons de ces deux treillis en posi-

tion d'assemblage en coupe selon le plan II et selon le plan III respectivement représentés sur la figure 1, les figures 4 A à 49 sont des vues correspondant à la figure 2 illustrant des cloisons ajourées par des évidements de différentes formes, à titre d'exemples, la figure 5 montre avant leur assemblage deux treillis de types différents correspondant à un second mode de réalisation, les figures 6 A et 6 B montrent des dispositions possibles pour les canaux parcourus par les deux fluides, la figure 7 et les figures 8 A, 8 B, 8 C montrent la réalisation d'un

échangeur de chaleur formé d'un module central et de deux col-

lecteurs à ses extrémités,.

la figure 9 montre une autre structure de treillis d'échange thermique réalisée selon l'invention et,

les figures 9 A et 9 B montrenten coupe selon les plans A et 8 respec-

tivementles cloisons de deux treillis du même type en position d'assemblage. Le premier mode de réalisation d'une structure selon l'inventionillustrê par les figures 1, 2, 3 et 4 A à 4 D peut correspondre à une zone d'échange

dans laquelle deux fluides peuvent circuler en courants croisés.

Suivant le premier exemple de réalisation illustré sur la figure 1, un

treillis de premier type 1 comporte deux séries de cloisons entrecroi-

sées comprenant une série de cloisons pleines 3 et une série de cloisons ajourées 4, par exemple de même hauteur, -qui sont disposées à deux niveaux différents. Les cloisons ajourées 4 présentent des évidements ou échancrures 4 A qui peuvent avoir une forme quelconque; ils peuvent être circulaires, carrés, rectangulaires, etc ils peuvent déboucher, ou non, sur un des bords de la cloison Ils peuvent aussi consister en plusieurs évidements disjoints sur chaque cloison dont un ou plusieurs peut déboucher, ou

non, sur un bord ou sur les deux bords de la cloison.

Sur la figure 1, est également représenté un treillis d'un second type 2, comportant lui aussi deux séries de cloisons entrecroisées comprenant une série de cloisons pleines 5 et une série de cloisons ajourées 6, par exemple de même hauteur, qui sont disposées à deux niveaux différents, ces cloisons 5 et 6 ayant même épaisseur et même espacement que les cloisons

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3 et 4 respectivement Les cloisons 3 d'un premier treillis de type 1 sont adaptées à s'encastrer à leur-partie inférieure dans des encoches formées par les cloisons 6 d'un treillis de type 2 dont les cloisons 5 forment à leur partie inférieure des encoches recevant les cloisons 4 d'un second treillis de type 1. De la même manière que pour le treillis du premier type 1, les évidements ou échancrures 6 A des cloisons ajourées 6 du treillis 2 peuvent avoir

des formes et des dispositions variées (fig 2).

La structure d'échange thermique sel-on l'invention est formée d'un empilement alterné de treillis de type 1 et du type 2, la face inférieure de chaque treillis de type l venant s'encastrer (comme il apparait sur la figure 1) sur la face supérieure d'un treillis de type 2 De même, la face inférieure de chaque treillis de type 2 doit pouvoir venir

s'encastrer sur la face supérieure d'un treillis de type 1, non;repré-

senté sur la figure 1.

Pour simplifier le dessin, on n'a en effet représenté à la figure 1 que deux treillis dont chacun ne comporte qu'un petit nombre de cloisons, mais il est bien entendu qu'un empilement de treillis constituant une zone d'échange thermique selon l'invention peut-être constitué d'un grand nombre de treillis superposés d'une dizaine à plusieurs centaines

et que chaque treillis peut comporter un grand nombre de cloisons entre-

croisées (d'une dizaine à plusieurs centaines).

Sur la figure 1, on a également montré des plaques d'obturation 1-1 et 12

dont le rôle sera explicité plus loin.

Pour réaliser l'encastrement d'un treillis de type 1 sur un treillis de type 2, on fait correspondre l'émergence des bords (inférieurs) en saillie de la série de cloisons 3 du treillis 1 à l'enfoncement des bords

(supérieurs) en creux de la série de cloisons homologues 5 du treillis 2.

De même, on fait correspondre l'enfoncement des bords (inférieurs) en creux de la série de cloisons 6 du treillis 2 à l'émergence des bords (supérieurs) en saillie de la série de cloisons 4 d'un treillis de

type 1 situé au dessous du treillis de type 2.

La figure 2 correspond à une coupe par un plan II parallèle aux cloisons 4 et 6 des deux treillis de la figure 1 dans leur position d'assemblage et de même la figure 3 correspond à une coupe par un plan III parallèle aux cloisons 3 et 5 des deux treillis de la figure 1 dans leur position d'assemblage. Les figures 4 A à 4 D correspondent à des coupes analogues à celle de la figure 2 j mais pour d'autres formes des évidements 4 A, 6 A des cloisons

4 et 6.

En d'autres termes,les différents treillis empilés s'encastrent les uns dans les autres et,dans cet encastrement, les parties en saillie (ou en creux) d'une des faces d'un treillis du premier type viennent en contact avec les parties homologues en creux (ou en saillie) de la face opposée

du treillis du second type.

Le fait que l'encastrement s'effectue de manière jointive implique que les relations suivantes soient satisfaites (cf Fig 1) el e 4 et e 2 =e 3 e 1 et e 2 étant les hauteurs des parties émergentes des cloisons d'un premier type de treillis, e 3 et e 4 étant les hauteurs des parties en retrait des cloisons d'un second type de treillis Cela implique aussi que la somme deshauteurs des cloisons 3-et 5 soit égale à la somme des

hauteurs des cloisons 4 et 6.

Pour réafiser une zone d'échange thermique ayant la structure définie plus haut, on superpose donc des treillis en alternant des treillis présentant, sur leurs deux faces, des bords de cloisons en saillie avec des treillis présentant sur leursdeux faces, des bords de cloisons en

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creux, les parties en saillie d'un treillis venant s'encastrer dans les parties en creux du treillis voisin (inférieur ou supérieur) On peut ainsi empiler un nombre quelconque de treillis des deux types Dans un tel empilement, les cloisons pleines 3 et 5 superposées constituent des cloisons continues d'une extrémité de l'empilement à l'autre, ces cloisons étant parallèles entre elles L'empilement des cloisons ajourées 4 et 6, dont les plans, parallèles entre eux, coupent les plans constitués par l'empilement des cloisons pleines 3 et 5, par exemple à angle droit, crée d'une part, des pans de cloison continue, lorsque l'on considère la superposition des parties pleines desdites cloisons ajourées, et d'autre part, des pans de cloison ajourée, lorsque l'on considère la superposition des parties ajourées desdites cloisons ajourées, les pans de cloison continue alternant avec les pans de cloison ajourée, chaque pan de cloison d'un des deux types étant séparé du pan de cloison voisin de l'autre type, par une cloison adjacente continue correspondant à la

superposition de cloisons pleines.

Les cloisons décrites ci-dessus déterminent donc deux sortes d'espaces pour la circulation des fluides que l'on souhaite mettre en relation d'échange thermique En effet, toutes les parois pleines, formées par la superposition des cloisons pleines, et parallèles entre elles, séparent des espaces qui, par rapport à l'ensemble de la structure

d'échange (l'empilement-de treillis), se présentent comme des tranches.

En raison de l'alternance des pans pleins et des pans ajourés sur les parois formées par superposition des cloisons ajourées, les tranches définies ci-dessus sont, en alternance, de deux types différents Les unes sont subdivisées en canaux, de section par exemple rectangulaire ou carrée, séparés par des pans pleins; les autres tranches ne sont pas subdivisées en canaux séparés, du fait que les évidements des pans

ajourés constituent autant de passages d'un canal au canal voisin.

Les canaux séparés délimités dans les divers espaces (ou tranches) sont

en général parcourus par un premier fluide participant à l'échange ther-

mique Le fluide circule alors selon une direction parallèle aux plans

des cloisons pleines constituant la zone d'échange.

On fait circuler un second fluide dans les espaces (ou tranches) non subdivisés en canaux séparés Le fluide peut parcourir chacune de ces tranches de part en part en empruntant les passages de communication constitués par les évidements qu'il rencontre, les restes des parties pleines entourant les évidements constituant des ailettes ou des chicanes Dans ces tranches, le fluide circule dans une direction globale sensiblement perpendiculaire aux pans de cloison ajourés et parallèle aux cloisons pleines Dans ces conditions, les deux fluides circulent

en courants croisés.

Les extrémités des espaces (ou tranches) parcourus par le second fluide situées sur les faces de l'empilement destinées à l'entrée et à la sortie du premier fluide sont obturées par exemple par des plaques terminales (tel lès que 11 et 12, figure 1) venant s'emboîter sur le premier (et le dernier) treillis de l'empilement, ces plaques recouvrant un espace sur deux, les espaces restant ouverts correspondant à l'entrée

(ou a la sortie) dudit premier fluide Les ouvertures des tranches par-

courues par le second fluide sur les faces de l'empilement destinées à-

l'entrée et à la sortie dudit second fluide se trouvent réalisées de facto par les évidements des cloisons ajourées constituant lesdites faces Par ailleurs, les parois des canaux extrêmes de chaque espace (on tranche) parcouru par le premier fluide, aboutissant sur les faces de l'empilement destinées à l'entrée et à la sortie du second fluide se trouvent obturées de facto par les parties pleines des cloisons ajourées dont la superposition constitue lesdites faces Enfin, les deux faces extrêmes de l'empilement par lesquelles n'entre ou ne sort aucun des deux fluides,sont elles-mêmes obturées de facto par la continuité des cloisons formées par la superposition des cloisons pleines extrêmes des

divers treillis de l'empilement.

La structure d'échangeur de chaleur telle qu'elle a été décrite dans ce qui précède peut constituer le corps d'échange d'un échangeur destiné à la circulation des deux fluides en-courants croisés, l'un des fluides, par exemple des fumées, parcourant les canaux séparés du haut vers le bas ou du bas vers le haut et l'autre fluide, par exemple de l'air a

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réchauffer, circulant alors d'une face latérale vers la face opposée.

Dans ce cas, les-moyens pour l'amenée et le départ des fluides peuvent

consister en des moyens usuels, en particulier en des conduits cylin-

driques que l'on raccorde de façon appropriée sur les faces du corps d'échange par lesquelles doit entrer (ou sortir) chacun des fluides con-

cernés Ces moyens n'ont pas été illustrés sur la figure 1.

Un second mode de réalisation de la première structure d'échange ther-

mique selon l'invention décrite ci-dessus, peut consister essentiellement, comme le premier mode décrit, en un empilement de treillis (ou grilles) encastrables les uns au-dessus des autres, et formés chaucun de deux séries de cloisons entrecroisées i 1 ais, à la différence du premier mode de réalisation décrit, les deux séries de cloisons entrecroisées formant chacunes des treillis sont constituées, toutes deux, de cloisons

pleines La description de ce second mode de réalisation sera donc

analogue à celle du premier, à condition de remplacer les cloisons

"ajourées" par des cloisons "pleines".

Ce second mode de réalisation est décrit ci-après en liaison avec les figures 5, 6 A et 6 B, o la figure 5 montre en perspective deux treillis

de types différents.

Les figures 6 A et 6 B montrent des dispositions possibles pour les

canaux parcourus par les deux fluides.

La structure considérée est constituée par empilement alterné d'un nombre quelconque de treillis tels que 13 et 14 L'encastrement de ces treillis s'effectue de la même manière que pour le premier mode de réalisation décrit: on fait correspondre les parties en saillie (ou en creux) d'un treillis par exemple du premier type (tel que 13) avec les parties en creux (ou en saillie)d'un treillis du second type (tel que

14) situé au-dessous ou au-dessus dudit treillis du premier type.

En raison du fait que toutes les cloisons constituant les treillis (du premier ou du deuxième type) encastrés les uns au-dessus des autres, sont des cloisons pleines, dans l'empilement de treillis constituant la structure considérée, on ne distinguera plus les espaces (ou tranches) divisés en canaux séparés et les espaces (ou tranches) non subdivisés

en canaux séparés mais comportant des voies de passage que sont les évi-

dements des cloisons ajourées Dans le présent mode de réalisation, l'empilement des treillis constitués uniquement de cloisons pleines, ne comprendra que des canaux, tous séparés les uns des autres par les cloisons pleines résultant de la superposition des parties pleines des

cloisons homologues.

Cette structure peut constituer le corps d'un échangeur de chaleur dans lequel par exemple deux fluides circulent en courants parallèles (en

co-courants ou à contre-courant).

La répartition des canaux destinés à la circulation du premier fluide et de ceux destinés à la circulation du second fluide peut être choisie de telle manière que, à l'exception des canaux jouxtant les parois extérieures de la zone d'échange, chaque canal A parcouru par l'un des deux fluides soit contigu à au moins deux canaux B parcourus par l'autre fluide Des exemples de telles distributions sont données sur les figures 6 A et 6 B. Lorsque la structure d'échange thermique constituée de canaux parallèles telle que décrite ci-dessus présente la répartition des circulations de fluides représentée à la figure 6 A, un aspect particulièrement avantageux de l'invention consiste à faire déboucher la zone d'échange à chacune de ses extrémités sur des têtes d'amenée et de départ des fluides conçues

chacune de façon analogue au premier mode de réalisation décrit précédem-

ment (circulation à courants croisés).

Ce mode particulier de réalisation d'un échangeur de chaleur de l'inven-

tion est-décrit plus er détail ci-après en liaison avec les figures 7, SA, SB et SC, o la figure 7 représente en perspective un échangeur de chaleur formé d'un corps central et de deux collecteurs à ses extrémités,

et les figures 8 A, SB et 8 C montrent schématiquement plusieurs disposi-

tions relatives possibles pour le corps central et les deux collecteurs.

Tel que représenté sur la figure 7, le dispositif d'échange de chaleur

comprend un corps central 16 et deux collecteurs 17 et 18.

Le corps central 16 se présente sous la forme d'un parallélépipède à base rectangulaire ou carrée formé, par l'empilement des treillis qui le constituent, d'un nombre déterminé de rangées de canaux de section en forme de parallélogramme (par exemple losange, rectangle ou carré);chaque rangée

comprenant un nombre déterminé de canaux.

Les collecteurs 17 et 18 sont constitués chacun d'un empilement de plu-

sieurs treillis analogues à ceux de la figure 1, qui comportent des cloisons pleines et des cloisons ajourées entrecroisées Les cloisons ajourées comportent des évidements ménages alternativement une fois sur deux dans les parties desdites cloisons de la secondé série comprises entre deux échancrures de la première série avec lesquelles elles forment un angle dièdre Un second fluide peut, par exemple, être amené suivant la direction des flèches 19, à travers les évidements des cloisons ajourées affleurant sur la face considérée, dans des espaces (ou tranches) traversant le collecteur 17 Ces espaces sont obturés sur la face supérieure 23 du collecteur 17 par des plaques

telles que 11 (sur la figure 1) qui s'emboîtent sur le treillis supé-

rieur, les espaces restant ouverts correspondant aux rangées de canaux par lesquels le premier fluide sort suivant la flèche 22 Les espaces parcourus par ledit second fluide sont également obturés sur la face du collecteur 17 opposée à la face d'entrée, par substitution d'une cloison pleine à la cloisons ajourée extrême de chacun des treillis dont l'empilement constitue ledit collecteur 17, la superposition de ces cloisons pleines constituant une paroi continue 25 (non visible sur la figure 7) Les espaces parcourus par ledit second fluide sont, à la jonction du collecteur 17 avec le corps central 16, en communication avec les rangées de canaux correspondantes, les plaques telles que 12 (représentées à la figure 1) étant dans le cas présent, bien entendu omises Les rangées de canaux du collecteur 17, par lesquels le second fluide sort, sont en communication avec les rangées de canaux homologues

du corps central 16.

Le collecteur 18 situé par exemple au bas du corps central 16 peut être décrit de façon analogue Le second fluide sort par exemple suivant la direction des flèches 20, à travers les évidements des cloisons ajourées

affleurant sur la face considérée, hors des espaces (ou tranches) traver-

sant le collecteur 18 et séparés les uns des autres par des rangées de canaux par lesquels entre le premier fluide suivant la direction des

flèches 21 Lesdits espaces (ou tranches) sont obturés sur la face infé-

rieure 24 du collecteur 18 par des plaques analogues aux plaques 12 (figure 1),qui s'emboitent sur le treillis inférieur du collecteur 18, les espaces restant ouverts sur cette face correspondant aux rangées de canaux par lesquels entre ledit premier fluide Les espacé parcourus par ledit second fluide sont également obturés sur la face du collecteur 18 opposée à la face de sortie, par substitution d'une cloison pleine à la

cloison ajourée extrême de chacun des treillis dont l'empilement cons-

titue le collecteur 18, la superposition de ces cloisons pleines constituant une paroi continue 26 Les espaces parcourus par ledit second fluide sont, à la jonction du collecteur 18 avec le corps central 16, en communication-avec les rangées de canaux correspondantes, les plaques telles que 11 (représentées à-la figure 1) étant, dans le cas présent, bien entendu omises Les rangées de canaux du collecteur 18, par lesquels le premier fluide entre,sont en communication avec les

rangées de canaux homologues du corps central 16.

La circulation des deux fluides dans le dispositif représenté à la figure 7 se fait donc à contre-courant dans le corps central 16 Une

circulation des fluides en co-courants peut être tout aussi bien envi-

sagée. Par ailleurs, la disposition relative des faces des collecteurs 17 et 18, par lesquelles entre ou sort le premier fluide, peut être variée, comme indiqué sur les schémas des figures 8 A, 8 B et 8 C. Il est également possible dans l'invention d'associer deux ou plusieurs

dispositifs analogues à l'échangeur 15 décrit ci-dessus.

Les échangeurs peuvent être associés en série de manière à allonger le

parcours suivi par l'un des fluides ou par les deux fluides.

Une seconde structure d'échange thermique selon l'invention est réalisée par empilement de treillis de même type formés par entrecroisement de cloisons pleines 27 d'une première série, parallèles entre elles, avec des cloisons 28 d'une seconde série, pleines ou ajourées, parallèles entre elles La figure 9 représente en perspective un exemple d'un tel type de treillis et les figures 9 A et 9 B montrent en coupe selon les plans A et B respectivement les cloisons de deux treillis du même type

en position d'assemblage.

Cette seconde structure d'échange thermique consiste en un empilement de

treillis constitués de cloisons entrecroisées, assemblés les uns au-

dessus des autres par enfourchement mutuel de chaque cloison d'une première série (telle que 27, figure 9) d'un treillis par les cloisons d'une seconde série (telle que 28, figure 9) d'un autre treillis Les cloisons des deux séries de chaque treillis, comportent sur leurs bords situés dans les plans des faces externes du treillis des échancrures (respectivement 30 et 31), destinées, les unes (les échancrures 30 du bord inférieur des cloisons parallèles entre elles de la première série), à assurer l'assemblage par enfourchement mutuel avec les échancrures 31 du bord supérieur des cloisons parallèles entre elles de la seconde

série du treillis situé au-dessous, les autres (les échancrures supé-

rieures 31) destinées à assurer l'assemblage des treillis par enfour-

chement mutuel avec les échancrures 30 du bord inférieur des cloisons du treillis situé au dessus Les plans des cloisons de la première série coupent les plans des cloisons de la seconde série, au niveau de leurs échancrures respectives, en formant des angles dièdres d'arête verticale (si l'on considère un empilement dans lequel les cloisons sont dans des plans verticaux), ces angles dièdres égaux entre eux sont de préférence

de 90 (l'entrecroisement des séries de cloisons se fait à angle droit).

Les échancrures d'un même bord des cloisons de la première série ont la

même profondeur et la même largeur, ladite largeur étant égale ou substan-

tiellement égale à l'épaisseur des cloisons de la seconde série.

Dans cette seconde structure d'échange thermique cloisons de la première série (telles que 27) et seconde série (telles que 28) ont toutes la même selon l'invention, les les cloisons de la hauteur h. Par ailleurs, si l'on désigne par Pl et P 2 les profondeurs respectives des échancrures 30 et 31 des cloisons 27 et 28 de la figure 9, par x 1 la distance du fond des échancrures 30 des cloisons 27 au bord le plus proche des cloisons 28 et par x 2 la distance du fond des échancrures 31 des cloisons 28 au bord leplus proche des échancruresde 6 cloisons 27, l'assemblage jointif des treillis les uns sur les autres suppose que soient satisfaites les relations': Pl x 2

P 2 = X

avec h> Pl + x 1 = P 2 + x 2 Ainsi, si l'on choisit,par exemple, pour les cloisons des deux séries une hauteur h commune de 40 mm, on pourra donner aux cotes Pl P 2, xl et x 2 les valeurs indiquées, à titre d'exemple, dans le tableau suivant: _ Pl x 1 P 2 X 2

5 5 5

10 10 5

15 15 5

20 20 5

25 25 5

30 30 5

5 5 10

10 10 10

15 15 10

20 20 10

25 25 10

5 5 15

10 10 15

15 15 15

20 20 15

On peut assembler les uns au-dessus des autres un nombre quelconque de treillis, pouvant aller, par exemple, de quelques dizaines à plusieurs centaines. Les cloisons de la première série, (telles que-27) sont des cloisons

dites "pleines", c'est-à-dire ne comportant que les échancrures néces-

saires à leur assemblage avec les cloisons de la seconde série du treillis situé immédiatement au-dessus ou au-dessous Les cloisons de la seconde série (telles que 28) peuvent être "pleines", comme les cloisons 27 ci-dessus de la première série, ou "ajourées", c'est-à-dire comportant des évidements aménagés alternativement dans une sur deux des parties pleines délimités par deux cloisons consécutives de la première

série avec lesquelles elles forment un angle dièdre.

Dans le premier cas (cloisons 28 pleines), la structure d'échange ther-

mique réalisée par l'assemblage des différents treillis est constituée

uniquement de canaux tubulaires verticaux, de section en forme de paral-

lèlograme (par exemple losange, rectangle, ou carré), comme déjà décrit plus haut en relation avec la figure 5 Ces canaux peuvent être alimentés par les fluides participant à l'échange selon la répartition représentée à la figure 6 A ou 6 B, la circulation des deux fluides pouvant se faire

en concourant ou à contre-courant.

Dans le second cas (cloisons 28 ajourées), la structure réalisée comprend des rangées de canaux séparés,alternant avec des espaces (ou tranches) dans lesquels les différents canaux de la même rangée communiquant entre eux par les évidements pratiqués dans les cloisons dites "ajourées" Une telle structure,équivalente à celle représentée à la figure 1, permet de réaliser des échanges thermiques entre

fluides circulant à courants croisés.

Les treillis constituant les différentes structures d'échange thermique selon l'invention peuvent être réalisés en divers matériaux bons ou moyens conducteurs de la chaleur, selon les températures des

fluides mis en jeu dans l'échange thermique.

Le matériau peut consister en un matériau thermoplastique tel que

du polypropylène, éventuellement chargé, pour des températures infé-

rieures à 1000 C, du polyfluorure de vinylidène, pour des températures

allant par exemple de 100 à 140 'C, ou encore un copolymére éthylène-

tétra-fluoroéthylène chargé, pour des températures allant, par exemple, de 140 à 1900 C.

Les treillis peuvent être également constitués de plastiques thermo-

durcissables, tels que, par exemple des polyesters ou des résines -

époxydes.

Le matériau peut également consister en un métal, un alliage de métaux,du verre, du ciment ou de la céramique Il peut encore consister en un matériau composite tel que, par exemple, une matière plastique chargée de produits pulvérents, granulaires, filamentaires, tissés ou non tissés, lesdits produits ou charges pouvant consister eux-mêmes en métaux, alliages, carbone amorphe, graphite, verre,

céramique ou encore sels minéraux.

Un mode de réalisation avantageux des treillis peut consister en une

opération de moulage ou-d'injection du matériau choisi, en particu-

lier lorsque ledit matériau est un alliage léger ou un matériau

thermoplastique ou thermodurcissable.

On peut aussi réaliser les treillis par frittage de matériaux pulvérulents

(métaux, céramique).

En ce qui concerne l'assemblage des dispositifs d'échange thermique ayant les structures décrites dans l'invention, les treillis peuvent être assemblés par simple encastrement mécanique de leurs cloisons; ils: peuvent aussi être consolidés ou rendus plus étanches par brasage,

étam 1 ag, soudure op collage.

Les dimensions des dispositifs de l'invention peuvent être très

variées: les cloisons peuvent avoir une longueur de quelques centi-

mètres à plusieurs mètres et une hauteur de quelques millimètres à plusieurs centimètres,par exemple On peut utiliser pour chaque-série un nombre de cloisons variable, par exemple d'une dizaine à plusieurs centaines, et empiler un nombre de treillis variable lui aussi d'une dizaine à plusieurs centaines.

La surface d'échange par unité de volume des dispositifs selon l'in-

vention peut être élevée Des valeurs moyennes de cette surface sont

au voisinage de 150 à 200 m 2 par m 3.

Enfin,suivant le matériau constitutif de l'échangeur de l'invention sa surface massique peut se situer aux alentours de 6 à 7 dm 2/kg pour de l'acier et aux alentours de 40 à 50 dm 2/kg pour une matière plastique.

2541442 =

R E Y E N D I C A T I O N S

1 Procédé de fabrication d'un dispositif d'échange thermique à structure modulaire, caractérisé en ce que l'on réalise un empilement de treillis encastrables dont chacun est formé de séries de cloisons entrecroisées, ledit empilement créant des espaces pour la circulation d'au moins deux fluides en relation d'échange thermique, chacun desdits treillis étant réalisé directement en une seule pièce constituant un

module du dispositif d'échange thermique -

2 Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque treillis est réalisé en une seule pièce par moulage

d'un matériau solidifiable.

3 Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en

ce que ledit matériau est un matériau thermcplastique.

4 Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce

que ledit matériau est un matériau thermodurcissable.

Dispositif d'échange thermique comportant au moins une zone de

structure modulaire, caractérisé en ce que ladite zone est essentiel-

lement constituée d'un empilement de treillis assemblés de façon jointive, chacun de ces treillis constituant un module, formé d'une pièce moulée ou réalisée par frittage, comportant deux séries de cloisons entrecroisées, ledit empilement créant des espaces pour la

circulation d'au moins deux fluides en relation d'échange thermique.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite zone est constituée de l'empilement alterné de treillis de deux types différents, les treillis du premier type ( 1) étant tels que les bords inférieurs des cloisons ( 3) de la première série sont en saillie sur la face inférieure desdits treillis ( 1) et les bords supérieurs des cloisons ( 4) de la seconde série sont en saillie sur la face supérieure desdits treillis ( 1), les treillis du second type ( 2) étant tels que les bords supérieurs des cloisons ( 5) de la première série sont en retrait sur la face supérieure desdits treillis ( 2) et les bords inferieurs des cloisons ( 6) de la seconde série sont en retrait sur la face inférieure desdits treillis ( 2), l'émergence (e 2) des bords inférieurs en saillie des cloisons ( 3) de la première série des treillis du premier type ( 1) étant égale à l'enfoncement (e 3) des bords supérieurs en retrait des cloisons ( 5) de la première série des treillis du second type ( 2), et l'émergence (e 1) des bords supérieurs en saillie des cloisons ( 4) de la seconde série des treillis du premier type ( 1) étant égale à l'enfoncement (e 4) des bords inférieurs en retrait des cloisons ( 6) de la seconde série des

treillis du second type ( 2).

7 Dispositif selon la revendication 6, caracterisé en ce que les cloisons ( 3) et ( 4) des treillis du premier type ( 1) ont la même hauteur et les cloisons ( 5) et ( 6) des treillis du second type ( 2)

ont la même hauteur.

8 Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, utilisable comme

zone d'échange thermique entre deux fluides circulant à courants croisés caractérisé en ce que les cloisons ( 3) et ( 5) de première série des treillis du premier type ( 1) et des treillis du second type ( 2) sont pleines et les cloisons ( 4) et ( 6) de seconde série des treillis du premier type ( 1) et des treillis du second type ( 2) sont ajourées par des évidermentsalternantavec des parties pleines desdites cloisons, la superposition des cloisons pleines ( 3) et ( 5) d'une part et des parties pleines des cloisons ajourees ( 4)-et ( 6) d'autre part, forment des rangées de canaux, séparés entre eux par les parties pleines des cloisons ajourées ( 4) et ( 6), lesdites rangées de canaux pouvant être parcourues par un premier fluide et la superposition des cloisons pleines ( 3) et ( 5) d'une part et des parties ajourées des cloisons ajourées ( 4) et ( 6) d'autre part formant des espaces dans lesquels les canaux communiquent entre eux par les évidements ménages dans les cloisons ajourées ( 4) et ( 6), lesdits espaces pouvant être parcourus par un

*second fluide.

9 Dispositif d'échange thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les faces extrêmes de l'empilenent pas lesquelles entre et sort le premier fluide sont ouvertes vis-à-vis dudit premier fluide et sont obturés vis-à-vis du second fluide par des plaques ( 11) et ( 12) emboîtées sur les faces extrêmes en regard des espaces parcourus par ledit second fluide, les deux faces opposées de l'empilement par

lequelles entre et sort le second fluide étant ouvertes de facto vis-

à-vis dudit second fluide par les évidements ménagés dans les cloisons ajourées dont la superposition constitue lesdites faces et sont obturées

de facto vis-à-vis du premier fluide par les parties pleines des cloi-

sont ajourées dont la superposition constitue lesdites faces, et les faces opposées de l'empilement par lesquelles aucun fluide n'entre

ou sort sont obturées de facto par les cloisons pleines dont la super-

position constitue lesdites faces.

Dispositif selon l'une des revendication 6 et 7, utilisable comme

zone d'échange thermique entre deux fluides circulant en courants paral-

lèles, caractérisé en ce que les cloisons ( 3) et ( 5) de première série et de seconde série ( 4) et ( 6) des treillis du premier type ( 1) et des treillis du second type ( 2) sont pleines, l'empilement des treillis formant alors des canaux tous séparés les uns des autres, certains desdits canaux pouvant être parcourus par un premier fluide, les autres

canaux pouvant être parcourus par un second fluide.

11, Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que les deux

fluides sont distribués sur des rangées de-canaux alternées.

12 Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications 5 et

6, caractérisé en ce qu'il comprend un corps central ( 16) tel que défini dans la revendication 11, dans lequel les deux fluides circulent

en courants parallèles, ledit corps central étant relié, par encastre-

ment à son' extrémité supérieure avec une zone d'échange à courants croisés (collecteur 17), telle que décrite dans la revendication 8, et à son extrémité inférieure, avec une zone d'échange à courants

croisés (collecteur 18)>telle que décrite dans la revendication 8.

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13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la face d'entrée ou de sortie du premier fluide sur le collecteur ( 17) ou ( 18) est ouverte vis-à-vis dudit premier fluide et obturée vis-à-vis du

second fluide au moyen de plaques ( 11) sur la face supérieure du col-

lecteur ( 17) ou de plaques ( 12) sur la face inférieure du collecteur ( 18), la face d'entrée ou de sortie du second fluide sur le collecteur ( 17) ou ( 18) est ouverte vis-à-vis du second fluide par les évidements ménagés sur les parties pleines des cloisons ajourées dont l'empilement constitue ladite face d'entrée ou de sortie dudit collecteur ( 17) ou ( 18) et obturée-vis-à-vis du premier fluide par les parties pleines des cloisons ajourées dont l'empilement constitue ladite face d'entrée ou de sortie dudit second fluide, la face opposée à la face d'entrée et

la face opposée à la face de sortie dudit second fluide sur les col-

lecteurs ( 17) et ( 18) étant fermées à la fois vis-à-vis du premier et du second fluide, par substitution de cloisons pleines aux cloisons ajourées dont la superposition constitue lesdites faces sur lesdits

collecteurs ( 17) et ( 18).

14 Dispositif d'échange thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite zone modulaire est constitué par empilement de treillis de même type formés de deux séries de cloisons entrecroisées de même hauteur h comportant des échancrures ( 30 et 31 respectivement), chaque cloison d'une première série ( 27) ayant des échancrures de profondeur (pl) dont le fond est situé à une distance xl au-dessous du bord d'une cloison ( 28) de la seconde série et chaque cloison de la seconde série ( 28) ayant des échancrures de profondeur (P 2) dont le fond est situé à une distance x 2 au-dessus du bord d'une cloison ( 27) de la première série, de façon que Pl = X 2 P 2 = x 1 h) pl + Xl P 2 + X 2

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Dispositif selon la revendication 14, utilisable comme zone d'échange thermique entre deux fluides circulant à courants croisés caractérisé en ce que les cloisons ( 27) de la première série sont des cloisons pleines et les cloisons ( 28) de la seconde série sont des cloisons ajourées comportant des évidements ( 33) alternant avec des parties pleines desdites cloisons, la superposition des cloisons pleines ( 27) d'une part et des parties pleines des cloisons ajourées

( 28) d'autre part formant des rangées de canaux de section rectangu-

laire ou carrée, séparés entre eux par les parties pleines des cloi-

sons ajourées ( 28) lesdites rangées de canaux pouvant être parcourues par un premier fluide, et la superposition des cloisons pleines ( 27) d'une part et des parties ajourées des cloisons ajourées ( 28) d'autre part formant des espaces dans lesquels les canaux communiquent entre eux par les évidements ( 33) ménagés dans les cloisons ajourées ( 28),

lesdits espaces pouvant être parcourus par un second fluide.

16 Dispositif selon la revendication 14, utilisable conme zone d'échange thermique entre deux fluides circulant en courants parallèles, caractérisé en ce que les cloisons ( 27) et ( 28) des deux séries sont des cloisons pleines, l'entrecroisement de séries desdites cloisons formant alors des canaux de section rectangulaire ou carrée, tous séparés les uns des autres, certains desdits canaux pouvant être parcourus par un premier fluide, les autres canaux pouvant être

parcourus par un second fluide.

17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les

deux fluides sont distribués sur des rangées de canaux alternées.