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EP3295108A1 - 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

Info

Publication number
EP3295108A1
EP3295108A1 EP16724340.1A EP16724340A EP3295108A1 EP 3295108 A1 EP3295108 A1 EP 3295108A1 EP 16724340 A EP16724340 A EP 16724340A EP 3295108 A1 EP3295108 A1 EP 3295108A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bodies
fluid
ribs
outlet
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16724340.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Boisdon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3295108A1 publication Critical patent/EP3295108A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/065—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing plate-like or laminated conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/0325—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D1/0333—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
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    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0038—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for drying or dehumidifying gases or vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
    • F28F2255/143—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded injection molded
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/04—Means for preventing wrong assembling of parts

Definitions

  • the present invention relates to the heat exchange means used in particular for the treatment of water and industrial effluents, for heat recovery in energy recovery devices, for example industrial sites, or any other application requiring a heat exchange.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a heat exchanger.
  • Metallic heat exchangers are known, for example tubes having ends connected, on the one hand, to a first inlet manifold housing and, on the other hand, to a second outlet manifold housing.
  • the collectors are connected to a fluid circuit and the tubes are immersed in a second fluid so as to create a heat transfer between the first fluid and the second fluid.
  • These metal heat exchangers are poorly suited to aggressive fluids, such as salt water and chemicals that corrode the heat exchanger.
  • these exchangers are made by assembling tubes and collectors and are relatively expensive to manufacture.
  • exchangers made of thermoplastic material, for example high-density polyethylene and polypropylene, which are more resistant to chemical attack than metals.
  • the simplest structure possible has the form laminated plates which are assembled in pairs by gluing or welding.
  • the simplicity of the shapes of the exchanger limits the efficiency of the heat exchange and the resistance to pressure, and therefore the performance of the exchanger.
  • An object of the invention is to obviate at least in part the aforementioned drawbacks.
  • a heat exchanger comprising at least one hollow body, made of thermoplastic material, which delimits an internal cavity provided with an inlet and an outlet of a first fluid and which has an external surface provided with heat exchange portions with a second fluid.
  • the hollow body comprises two half-bodies molded independently of one another and fixed to one another to have facing surfaces forming between them the internal cavity.
  • the hollow body of the invention is obtained by assembling at least two hollow parts which each delimit at least a portion of the internal cavity (hence their name "half-body") so that the internal cavity results from the meeting of the cavity portions delimited individually by the half-bodies.
  • This structure allows a better control of the thicknesses of the surfaces of the hollow body and thus a better control of the thermal exchanges between the fluids.
  • the shapes and dimensions allowed by this structure also give the hollow body good resistance to pressure compared to current exchangers thermoplastic materials. Finally, such a structure allows complex shapes of the hollow body.
  • the half-bodies each advantageously comprise a plate having at least one main surface projecting from which extends at least one solid rib, rectilinear or not, parallel to the edges of the plate or not, to delimit the cavity portion: this structure can be easily manufactured in injection molding.
  • the internal sealed cavity is divided into an inlet manifold connected to the inlet, an outlet manifold connected to the outlet and a plurality of channels each having an end connected to the inlet manifold and a end connected to the output collector.
  • the channels make it possible to distribute the fluid in the hollow body and their walls furthermore provide a stiffening of the hollow body, favoring its resistance to pressure.
  • This structure has a relatively large heat exchange area for a given volume and allows simple manufacture of a plurality of channels.
  • each channel is delimited by the surfaces of the half-bodies facing one another and two longitudinal ribs extending projecting from these surfaces, transverse bars extending projecting in the channel to disturb the flow of the first fluid in the channel.
  • the relatively large heat exchange surface promotes the heat exchange which is enhanced by the disturbances produced in the flow of the fluid by the bars.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a heat exchanger. This process comprises the steps of:
  • molding half-bodies each having a first surface and a second surface which are opposed and which are each provided with protruding ribs;
  • This manufacturing process is particularly simple since it allows to assemble the exchanger by stacking the half-bodies on each other as and when they are assembled. The manipulations are thus reduced.
  • Figure 1 is a schematic view of a water treatment plant comprising exchangers according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of an exchanger according to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 is a perspective view in partial section of one of the hollow body of the exchanger
  • FIG. 4 is a hollow section view in section according to plane IV of FIG. 3;
  • Figure 5a is a top view of one of the faces of one of the half-bodies forming the hollow body
  • Figure 5b is a top view of the other side of this half-body
  • Figures 6a to 6d are schematic sectional views illustrating the assembly of the exchanger
  • Figure 7 is a perspective view of an exchanger according to a second embodiment of the invention.
  • FIGS. 8a and 8b are views identical to FIGS. 5a and 5b of one of the half-bodies forming this hollow body;
  • Figure 9 is a perspective view in partial section of the exchanger according to the second embodiment.
  • Figures 10 and 11 show a first variant of hollow body connection of an exchanger according to the first embodiment of the invention
  • Figures 12a, 12b show two other variants of hollow body connection of an exchanger according to the first embodiment of the invention
  • FIGS 13a, 13b show two variants of hollow body connection of an exchanger according to the second embodiment of the invention.
  • Figure 14a is a perspective view in cross section of an exchanger according to a third embodiment of the invention.
  • FIG 14b is in cross section of this exchanger
  • FIG. 15 is a perspective view of a plate of the exchanger according to the third embodiment of the invention.
  • Figure 16 is a perspective view of a plate of an exchanger according to a variant of the third embodiment.
  • Figure 17a is a perspective view of a liquid side of a half body of an exchanger according to a fourth embodiment
  • Figure 17b is a perspective view of a gas face of this half-body
  • Figure 18a is a perspective view of a liquid side of a half body of an exchanger according to a variant of the fourth embodiment
  • FIG. 18b is a perspective view of a gas face of this half-body
  • Figures 19a and 19b are partial views similar to Figures 5a and 5b of one of the half-bodies forming the hollow body according to a variant of the first embodiment;
  • Figure 20 is a partial perspective view of a half-body according to a variant of the invention.
  • Figure 21 is a partial perspective view of a half body according to another embodiment of the invention.
  • Figure 22 is a partial view of a tool for assembling the half-bodies together
  • Figures 23 to 26 are perspective views of half-body according to other embodiments of the exchanger according to the first embodiment.
  • the invention relates to a heat exchanger used for example in a fluid treatment plant.
  • An example of an installation comprises exchangers 100 connected in series in a circulation circuit of a first fluid.
  • a second fluid here a relatively hot wet gas
  • the exchanger 100A is here a condenser.
  • a third fluid here a relatively cold fluid, and the heat exchanger 100B will allow a heat transfer from the first fluid to the third fluid to heat the latter.
  • the exchanger 100B is here a heater.
  • a pump 110 is mounted on the first fluid circuit to circulate it.
  • a fan 120 is mounted in the vicinity of the exchanger 100A to form a forced gas flow forming the second fluid passing through the exchanger 100A.
  • the third fluid circulates in a circuit 130, partially shown, comprising a pump 140. It is understood that the installation may comprise other equipment not shown and in particular filters.
  • the exchanger 100A is here a liquid / gas exchanger, while the exchanger 100B is here a liquid / liquid exchanger.
  • a heat exchanger 100 according to the first embodiment of the invention, usable to form the exchanger 100A, comprises a plurality of hollow bodies, generally designated 1, made of thermoplastic material, here of polypropylene (PP) or high density polyethylene (HDPE).
  • thermoplastic material here of polypropylene (PP) or high density polyethylene (HDPE).
  • PP polypropylene
  • HDPE high density polyethylene
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PFA perfluoroalkoxy
  • the thermoplastic material may incorporate heat conductive fillers to increase the thermal conductivity of the thermoplastic material. These fillers may in particular be in the form of lamellae, fibers and / or granules.
  • Each hollow body 1 delimits an internal cavity 2 provided with an inlet 30 and an outlet 40 of the first fluid.
  • the hollow bodies 1 are fixed to each other so that the inlets 30 of the internal sealed cavities 2 are connected to each other and the outlets 40 of the internal sealed cavities 2 are connected to each other.
  • Each hollow body 1 comprises two half-bodies 4 molded independently of one another and fixed to one another so as to have facing surfaces forming between them the internal cavity 2.
  • the half-bodies 4 are identical to each other and have substantially a flat plate shape, here substantially square, having two main faces, namely a surface 5 provided with heat exchange means 6 with the first fluid and a surface 7 provided with means heat exchange 8 with the second fluid.
  • the half-bodies 4 are fixed to each other so that the surfaces 5 extend facing each other and the surfaces 7 extend opposite one another. It will however be noted that the half-bodies 4 at both ends of the half-body stack 4 have their surface 7 facing outward.
  • the inlet 30 and the outlet 40 are each delimited by a tubular wall projecting from the surfaces 5, 7: the tubular wall is interrupted on the side of the surface 5 to provide an opening 30 'allowing the passage of the first fluid on the surface 5 and is continuous on the side of the surface 7 to prevent the passage of the first fluid on the surface 7.
  • the inlet 30 and the outlet 40 are arranged in two consecutive corners of the half-body 4.
  • Each pair of surfaces 5 facing each other comprises rims 31 protruding to define the internal cavity 2 and is arranged such that the internal cavity 2 is divided into an inlet manifold 9 connected to the 30, an outlet manifold 10 connected to the outlet 40 and a plurality of channels 11 each having an end connected to the inlet manifold 9 and an end connected to the outlet manifold 10.
  • the flanges 31 define a closed contour so that the internal cavity 2 is a sealed cavity.
  • the heat exchange means 6 comprise ribs 6.1 and bars 6.2 projecting from the surfaces 5. Each channel 11 is thus delimited by the facing surfaces 5 of one another and two ribs 6.1.
  • the bars 6.2 extend transversely projecting in the channel 11 to disrupt the flow of the first fluid in the channel 11.
  • the bars 6.2 extend transversely to the ribs 6.1 from each of the two surfaces 5 of the half-bodies 4 facing one another.
  • the bars 6.2 of one of the surfaces 5 alternating with the bars 6.2 of the other surfaces 5.
  • the bars 6.2 are spaced a distance substantially equal to a spacing of the ribs 6.1 defining the channel 11.
  • the bars 6.2 have a height substantially equal to a quarter of the spacing between the surfaces 5 of the half-bodies 4 facing one another.
  • Ribs 6.3 extend in a fan in the inlet manifold 9 from the inlet 30 to the channels 11 to distribute the first fluid from the inlet 30 to the set of channels 11.
  • Other ribs 6.3 s' extend fanwise in the outlet manifold 10 from the outlet 40 to the channels 11 to return the first fluid from the set of channels 11 to the outlet 40.
  • the ribs 6.3 extend perpendicularly to the ribs 6.1 and are each connected to one of the veins 6.1 by an elbow.
  • the flanges, the tubular walls, and the ribs 6.1, 6.3 of one of the surfaces 5 are sealingly assembled to the flanges, tubular walls, ribs 6.1 and 6.3 of the other surfaces 5. .
  • the hollow bodies 1 are fixed to each other and have flanges 32 to delimit between them an external cavity 22 provided with an inlet 23 and an outlet 24 of the second fluid.
  • Each pair of surfaces 7 facing each other defines the external sealed cavity 22.
  • the external cavity 22 is divided into a plurality of channels 25 which are parallel to the channels 11 and which each have an end opening at the entrance 23 and an end opening at the outlet 24.
  • the heat exchange means 8 comprise ribs 8.1, 8.3 and bars 8.2 projecting from the surfaces 7.
  • Each channel 25 is thus delimited by the facing surfaces 5 of one another and two ribs 8.1.
  • Each channel 25 is subdivided into channels 26 by the ribs 8.3 parallel to the ribs 8.1.
  • the bars 8.2 extend transversely protruding into each channel 26 to disturb the flow of the first fluid in the channel 26.
  • the bars 8.2 extend transversely to the ribs 8.1 from each of the two surfaces 7 of the half-bodies 4 facing each other. one of the other.
  • the bars 8.2 of one of the surfaces 7 alternate with the bars 8.2 of the other of the surfaces 7.
  • the bars 8.2 are spaced a distance substantially equal to a spacing of the ribs 8.1, 8.3 delimiting the channel 26.
  • the bars 8.2 have a height substantially equal to one quarter of the spacing between the surfaces 7 of the half-bodies 4 facing one another.
  • the flanges 32, the tubular walls, and the ribs 8.1, 8.3 of one of the surfaces 7 are joined to the flanges 32, tubular walls, ribs 8.1 and 8.3 of the other of the surfaces 7, the tubular walls being assembled to one another in a sealed manner.
  • the plates, flanges, ribs and bars are full.
  • the ribs 6.1, 8.1, 8.3 being parallel to each other, the inlets 30, 23 and the outlets 40, 24 are arranged so as to cause a circulation of the first fluid in a direction opposite to the second fluid (countercurrent). Operation with circulation of the two fluids in the same direction is possible (co-current) but is less efficient for exchanges.
  • the ribs and bars of the heat exchange means 6 and 8 promote heat exchange between the first fluid and the second fluid but also contribute to stiffen the half-bodies 4 reinforcing the resistance thereof to the pressure.
  • the number and the arrangement of the bars result from a compromise between the increase of the heat exchange, the resistance to the pressure, the manufacturing constraints (support during the molding), the nature of the fluid and the losses of loads generated. .
  • the exchanger is connected to the first fluid circuit by means of conventional connectors 33, 43 mounted respectively on the inlet and the outlet of the exchanger, which are themselves connected respectively to the inlets 30 and to the outlets 40 of the hollow bodies. 1. Such a connection is shown in FIGS. 9 and 10. In FIG. 10, the connectors 33 and 43 are angled connectors facing away from each other. In Figure 11, several exchangers are connected in series.
  • FIGS. 12a and 12b Two other connection examples are shown in FIGS. 12a and 12b.
  • the connectors 33 and 43 are angled connectors oriented in the Same direction.
  • the connectors 33 and 43 are straight connections.
  • the exchanger according to the first embodiment is intended to be placed in a gas stream in such a way that the gas enters the exchanger via the inlets 23 and leaves via the outlets 24.
  • the method of manufacturing this heat exchanger will now be described with reference more particularly to FIGS. 6a to 6d.
  • the method comprises the steps of:
  • molding half-bodies 4 each having a first surface 5 and a second surface 7 which are opposed to each other and which are each provided with flanges 31, 32 and protruding ribs 6.1, 6.3, 8.1, 8.3;
  • the positioning of the second half-body 4 on the first half-body 4 is facilitated by reliefs of complementary shapes present on the surfaces 5 to cooperate together when the half-bodies 4 are approached from one another in a correct direction to allow the correct positioning of the half-bodies 4 relative to each other.
  • the reliefs in question comprise at least one double fork 60 projecting from the surface 5 and projecting from one of the ribs 6.1 to fit one of the ribs 6.1 of the surface 5 of the half-body 4 opposite.
  • the positioning of the third half-body 4 on the second half-body 4 is facilitated by reliefs of complementary shapes present on the surfaces 7 to cooperate together when the half-bodies 4 are approached.
  • the reliefs in question comprise at least one double fork 80 extending projecting from the surface 7 and projecting from one of the ribs 8.1 to fit one of the ribs 8.1 of the surface 7 of the half-body 4 facing each other.
  • the reliefs in question comprise at least one pad 61 here rectangular extending protruding from the surface 5 and projecting from one of the ribs 6.1 to come s' engage in a recess 62 formed in the rib 6.1 opposite the other half-body 4.
  • Such reliefs may also be provided on the side of the surfaces 7.
  • the fixing of the half-bodies 4 between them is carried out by welding by means of a heating blade 500 on which the flanges and ribs of the surfaces 5 or 7 of the half-bodies 4 are applied for a time sufficient to allow their softening before the half-body 4 are applied against each other to achieve proper welding of the edges and ribs.
  • the bars 6.2, 8.2 are not positioned symmetrically with respect to a median axis of the half-body 4 extending parallel to the half-body 4 between the inlet 30, 23 and the outlet 40, 24 to obtain an offset a half-step of the bars 6.2 facing surfaces 5 and a shift of a half-pitch of the bars 8.2 surfaces 7 opposite (this shift is clearly visible in Figure 4).
  • one of the half-body 4 is turned around said axis so that the bars of this half-body 4 will be offset relative to each other. to the bars of the other of the half-bodies 4.
  • the tooling comprises a bottom plate 200 for supporting the first half-body 4 and then the assembly of the stack resulting from the assembly of the half-bodies 4 to each other and an upper plate 300 to bend the half-body 4 to be fixed against the half-body or bodies 4 supported by the bottom plate 200.
  • the plates comprise means for facilitating the correct positioning of the half-bodies, for example centering pins.
  • the plates have portions for supporting the half-bodies 4 and prevent them from collapsing when the half-bodies 4 are applied against the blade 500 or against each other: the plates comprise for this purpose grooves to receive the peripheral rim, the ribs and the bars of the half-bodies so as to bear between the ribs and the bars.
  • the plates are also equipped with means for clamping the half-body with which they are in contact: these clamping means here preferably comprise tabs hooking on the peripheral edges of the half-body, over the entire length thereof .
  • the molding of the half-bodies 4 is made by injecting the plastic material under pressure into a mold. According to an advantageous characteristic of the invention, the injection is immediately followed by a compression phase.
  • exchanger according to this first embodiment has particularly simple shapes that facilitate its manufacture.
  • the exchanger of the second embodiment which can be used to form the exchanger 100B, is an exchanger in which the first and third fluids are each channeled in a circuit.
  • each hollow half-body 4 comprises two identical surfaces 5 provided with flanges 31 and heat exchange means 6 comprising ribs 6.1, 6.3 and bars 6.2. To distinguish the surfaces 5 from one another, an index 1, 2 is associated with the reference numeral 5.
  • Each half hollow body comprises two inputs 30.1, 30.2 and two outputs 40.1, 40.2.
  • the inlet 30.1 and the outlet 40.1 are arranged in two consecutive corners of the half-body 4; the inlet 30.2 and the outlet 40.2 are arranged in two other consecutive corners of the half-body 4.
  • the inlet 30.1 and the outlet 40.1 are each delimited by a tubular wall projecting from the surfaces 5.1, 5.2: the tubular wall is interrupted on the side of the surface 5.1 to allow the passage of the first fluid and is continuous on the side of the surface 5.2 to prevent the passage of the first fluid between the surfaces 5.2.
  • the inlet 30.2 and the outlet 40.2 are each delimited by a tubular wall projecting from the surfaces 5.1, 5.2: the tubular wall is interrupted on the side of the surface 5.2 to allow the passage of the second fluid and is continuous on the side of the surface 5.1 to prohibit the passage of the second fluid between the surfaces 5.1.
  • the connection of the exchanger to the first fluid circuit is achieved by conventional connectors 33.1, 43.1 respectively mounted on the input and the output of the exchanger respectively connected to the inputs 30.1 and the outputs 40.1.
  • the exchanger is as previously manufactured by means of a tool comprising a lower plate to support the first half-body 4 and then the entire stack resulting from the assembly of the half-bodies 4 to each other and a plate upper 300 (visible from below in Figure 22) to apply the half-body 4 to fix against the half-body or 4 supported by the fixed plate.
  • the plates have portions to support the half-bodies 4 and prevent them from collapsing when the half-bodies 4 are applied against the blade or against each other: the plates have for this purpose grooves for receiving the peripheral rim, the ribs (grooves 401) and the webs (grooves 402) of the half-bodies so as to bear between the ribs and the webs.
  • the plates 200 & 300 comprise two sets of grooves 402 intended to accommodate the strips 6.2 after each reversal.
  • the grooves 402 of the first set of grooves 402 are thus shifted by half a step relative to the grooves 402 of the other set of grooves 402.
  • the grooves 402 intended to accommodate the bars 6.2 are thus in total twice as many as the bars 6.2 of a face 5.
  • the plates are also equipped with means for clamping the half body with which they are in contact: these clamping means here preferably comprise movable cleats (405 in Figure 22) hanging on peripheral edges of the half-body, over the entire length thereof.
  • connection of the exchanger to the fluid circuit is achieved by conventional connectors 33.2, 43.2 respectively mounted on the inlet and the outlet of the exchanger respectively connected to the inputs 30.2 and the outputs 40.2.
  • connectors 33.1 and 43.1 are angled connectors facing away from each other; the connectors 33.2 and 43.2 are angled connectors oriented in the same direction.
  • An alternative connection is shown in Figure 12b. In this figure, the connections 33.1, 33.2, 43.1 and 43.2 are straight connections.
  • hollow body and the half-bodies may have different shapes from those previously described.
  • the exchanger is of the type of exchanger 100A, that is to say liquid-gas. It will be understood that the third embodiment is applicable to liquid-liquid type exchangers.
  • the half-bodies are no longer in the form of flat plates but are in the form of corrugated plates.
  • the undulations constitute reliefs favoring thermal exchanges by disturbing the flow of the fluids.
  • veins like the nerves 6.1, 6.3, are provided in projecting surfaces of the hollow body to distribute the fluid on all of these surfaces.
  • the corrugations may have a relatively large height as shown in FIGS. 14a, 14b, 15 and 16 or on the contrary a relatively small thickness as represented in FIG. 26.
  • the inlet 30 and the outlet of the first fluid are arranged on two opposite corners of the plates.
  • the half-bodies are no longer in the form of flat plates provided with ribs but in the form of plates alternating hollows and bumps in an arrangement similar to that described in FR-A-2960288.
  • These hollows and bumps are reliefs promoting heat exchange by disrupting the flow of fluids.
  • the exchanger is of the type of exchanger 100A, that is to say liquid-gas, with, in two consecutive corners of the plate, an inlet 30 and an outlet 40 for the first fluid. It is understood that the fourth embodiment is applicable to liquid-liquid type exchangers.
  • Ribs 6.1, 6.3 are provided projecting from the surface 5 of the half-bodies 4 to distribute the fluid over the entire surface 5.
  • Ribs 8.1 are provided protruding from the over- face 7 of the half-bodies 4 to distribute and channel the fluid at least partly along the surface 7.
  • the exchanger is of the type of the exchanger 100A with, in two corners of the plate diametrically opposed to each other, an inlet 30 and an outlet 40 for the first fluid.
  • Ribs 6.1, 6.3 are provided projecting from the surface 5 of the half-bodies 4 to distribute the fluid over the entire surface 5.
  • Ribs 8.1 are provided projecting from the surface 7 of the half-bodies 4 to distribute and channel the fluid at least partly along the surface 7.
  • half-body should not be interpreted as limiting the invention to the assembly of two parts each constituting a half of the body even if this embodiment is the preferred embodiment.
  • One of the half-bodies may represent more than half of the body and the body may result from the assembly of more than two parts (for example two half-bodies and a peripheral belt).
  • the positioning of the half-bodies 4 relative to each other prior to welding can be provided by guide pins secured to the tooling.
  • the half-bodies can be assembled to each other by another method of attachment than welding and for example by gluing, by clamping after interposition compressible seals (especially in the case of a thermoplastic material not suitable for welding or gluing).
  • the half-bodies may comprise pins projecting from at least one of the main surfaces to oppose locally a collapse of the half-hollow bodies during welding.
  • the channels of one of the main surfaces of the half-bodies may have different heights than the channels on the other of the main surfaces.
  • the heat exchange means may have a structure different from that described and for example not comprise bars or bars arranged differently, for example on only one of the facing surfaces.
  • the bars can make an angle of 90 ° with respect to the ribs or a different angle.
  • the bars are in the form of chevrons.
  • the bars can be replaced by studs.
  • the transverse bars may have a height substantially between a quarter and a half of a spacing between the surfaces of the half-bodies facing one another.
  • the ribs may have other shapes and for example be discontinuous as the ribs 6.1 shown in Figures 24 and 25.
  • the half-bodies may also be without protruding ribs.
  • the directions of circulation of the fluids can be opposite or identical.
  • the inputs and outputs can be positioned in the corners of the plate or in another position, for example in the vicinity of the central axes of the plate.
  • the opening in the tubular walls defining the inlet 30 and the outlet 40 is provided with studs 50 which are spaced apart from each other so that the fluid can pass between the pads 50 and that the studs 50 can support the adjacent half-body by preventing excessive deformation thereof either when attaching the half-shells together, or when welding a connection, or because of the forces exerted by one of the connections on this half-body.
  • the exchanger according to the first embodiment may be arranged in a sealed tank in which the second fluid circulates.

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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 sur faces en regard formant entre elles la cavité interne. Procédé de fabrication d'un tel échangeur.

Description

Echangeur thermique moulé en deux parties et procédé de fabrication d' un tel échangeur
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne les moyens d'échange thermique notamment mis en œuvre pour le traitement de l'eau et des effluents industriels, pour la récupération de chaleur dans les dispositifs de valorisation 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 boîtier 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 adaptés 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 envisagé des échangeurs en matériau thermoplastique, par exemple en polyéthylène haute densité et en polypropy- lène, qui résistent mieux aux agressions chimiques que les métaux.
La structure la plus simple envisageable a la forme de plaques laminées qui sont assemblées par paires par collage ou soudage. La simplicité des formes de l'échangeur limite toutefois l'efficacité des échanges thermiques et la tenue à la pression, et donc les performances de l'échangeur.
Il est connu du document FR-A-2960288 des échan- 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 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 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 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.
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 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 .
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 sorte que la cavité interne résulte de la réunion des 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 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. 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, recti- ligne ou non, parallèle aux bords de la plaque ou pas, pour délimiter la portion de cavité : cette structure 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 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 rigidi- fication du corps creux favorisant sa tenue à la 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 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.
La surface d'échange thermique relativement importante 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 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 ;
- 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 deuxième 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 externe entre les deuxièmes surfaces des deuxième 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 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 empilant 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 qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
BREF EXPOSE DES FIGURES
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi 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 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 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 ;
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 1 ' invention ;
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 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 variantes de raccordement de corps creux d'un échangeur selon 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 ;
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 ;
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 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 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 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 ;
la figure 20 est une vue partielle en perspective 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 ;
la figure 22 est une vue partielle d'un outillage 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 réalisation de l'échangeur selon le premier mode de réalisation.
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 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 ici un condenseur. Dans l' échangeur 100B passe un troisième fluide, ici un fluide relativement froid, et 1' 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 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 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 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 l'invention, utilisable pour former l' échangeur 100A, 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 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- lidène (PVDF) est utilisé pour des températures de fonctionnement 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 augmenter la conductivité thermique du matériau thermoplastique. 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 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.
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 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 demi- corps 4 sont fixés les uns aux autres de telle manière 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 demi-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 sur- faces 5, 7 : la paroi tubulaire est interrompue du côté de la surface 5 pour ménager une ouverture 30' permettant 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.
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 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.
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 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 alternant avec les barrettes 6.2 de l'autre des surfaces 5. 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 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 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 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 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. 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 débouchant 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 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 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 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.
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 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 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 (co- courant) mais est moins performant pour les échanges.
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 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 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 aux entrées 30 et aux sorties 40 des corps creux 1. Un tel raccordement est représenté sur les figures 9 et 10. Ά 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.
Deux autres exemples de raccordement sont représen- tés 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.
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 thermique va maintenant être décrit en référence plus particulièrement 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 opposées l'une à l'autre et qui sont pourvues chacune de rebords 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 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) ;
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 deuxième 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- vité interne 2 entre les premières surfaces 5 des troisième 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 réalisées différemment, par exemple de manière totalement automatique .
De préférence, le positionnement du deuxième demi- corps 4 sur le premier demi-corps 4 est facilité par des reliefs de formes complémentaires présents sur les 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 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 demi-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 correcte 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 surface 7 du demi-corps 4 en regard. Dans une seconde variante 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 rectangulaire 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.
La fixation des demi-corps 4 entre eux est réalisée 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- corps 4 soient appliqués l'un contre l'autre pour réaliser 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 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- corps 4 l'un avec l'autre pour former un corps, l'un des 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 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 ap- pliquer le demi-corps 4 à fixer contre le ou les demi- corps 4 supportés par la platine inférieure 200. Les platines comportent des moyens pour faciliter le positionnement 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 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 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 injection 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 de réalisation présente des formes particulièrement simples qui facilitent sa fabrication.
VERSION LIQUIDE -LIQUIDE - deuxième mode de réalisation de l'invention
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 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 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 distinguer 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 sor- tie 40.1 sont agencées dans deux coins consécutifs 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 sur- faces 5.1, 5.2 : la paroi tubulaire est interrompue du côté de la surface 5.1 pour permettre le passage du premier 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 déli- mitées chacune par une paroi tubulaire qui s'étend en 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. 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 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 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 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 appui entre les nervures et les barrettes. Du fait du décalage 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 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- 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- corps, sur toute la longueur de ceux-ci.
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 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 dans le même sens. Une variante de raccordement est re- présentée sur la figure 12b. Sur cette figure, les raccords 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 précédemment 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-gaz. Il est entendu que le troisième mode de réalisation est ap- plicable 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 des reliefs favorisant les échanges thermiques en pertur- bant l'écoulement des fluides.
Comme précédemment, des nervures, comme les ner- vures 6.1, 6.3, sont prévues en saillie des surfaces des corps creux pour répartir le fluide sur la totalité de 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.
Sur les figures 14a, 14b, 15, l'entrée 30 et la 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 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 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 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 échan- geurs de type liquide-liquide.
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 sur- face 7 des demi-corps 4 pour répartir et canaliser le 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.
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 fluide au moins en partie le long de la surface 7.
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 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 de réalisation préféré. L'un des demi-corps peut représenter 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 rapport aux autres préalablement au soudage peut être assuré 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 des joints compressibles (notamment dans le cas d'un matériau 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 s'opposer localement à un affaissement des demi-corps creux lors du soudage.
Les canaux d'une des surfaces principales des demi- corps peuvent avoir des hauteurs différentes de celles des canaux de l'autre des surfaces principales.
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.
Les barrettes peuvent faire un angle de 90° par 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 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.
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.
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.
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 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.
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 application à une installation particulière de traitement de fluide, il est entendu que l'invention n'est pas limitée à cette application mais est au contraire utilisable dans toute application mettant en œuvre un échange de chaleur liquide - liquide ou liquide-gaz, avec ou sans condensation, et par exemple une application de récupération d' énergie .

Claims

REVENDICATIONS
1) Echangeur thermique comprenant au moins un corps creux, réalisé en matériau thermoplastique, qui dé-, limite 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) 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) 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) 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) 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. 6) Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les barrettes transversales sont espacées d'une distance sensiblement égale à un écartement des nervures.
7) Echangeur selon la revendication 4, dans lequel les barrettes transversales ont une hauteur sensiblement comprise entre un quart et une moitié d'un écartement entre les surfaces des demi-corps en regard l'une de 1 ' autre .
8) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux corps creux fixés l'un à l'autre pour délimiter entre eux une cavité externe 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.
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 .
10) Echangeur selon la revendication 8 ou la revendication 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 extrémité reliée au collecteur d' entrée et une extrémité reliée au collecteur de sortie.
11) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les demi-corps sont fixés l'un à l'autre par une soudure. 12) Procédé de fabrication d'un échangeur thermique, comprenant les étapes de :
mouler des demi-corps en matériau thermoplastique, ayant chacun une première surface et une deuxième 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 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 ;
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 étanche externe entre les deuxièmes surfaces des deuxième 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 étanche interne entre les premières surfaces des troisième et quatrième demi-corps, la cavité interne présentant une entrée et une sortie pour un fluide .
13) Procédé selon la revendication 12, dans lequel la fixation des demi-corps entre eux est réalisée par soudage .
14) Procédé selon la revendication 12, dans lequel le moulage est réalisé par injection. 15) Procédé selon la revendication 14, dans lequel injection est suivie d'une phase de compression.
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