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WO2017149208A1 - Échangeur thermique pour fluide - Google Patents

Échangeur thermique pour fluide Download PDF

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Publication number
WO2017149208A1
WO2017149208A1 PCT/FR2016/050490 FR2016050490W WO2017149208A1 WO 2017149208 A1 WO2017149208 A1 WO 2017149208A1 FR 2016050490 W FR2016050490 W FR 2016050490W WO 2017149208 A1 WO2017149208 A1 WO 2017149208A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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main
duct
flow
fluid
deflection
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/050490
Other languages
English (en)
Inventor
Bernard Etcheparre
Original Assignee
Nemo Trevose Park
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 Nemo Trevose Park filed Critical Nemo Trevose Park
Priority to PCT/FR2016/050490 priority Critical patent/WO2017149208A1/fr
Publication of WO2017149208A1 publication Critical patent/WO2017149208A1/fr

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    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
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    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for collecting / supplying caloric energy to a moving fluid in an environment.
  • Fluid means any liquid or gas.
  • the device according to the invention is based on the operating principle of so-called recirculating heat exchangers.
  • This type of heat exchanger favors, in known manner, the heat transfer between a first fluid that circulates in a conduit and whose temperature is to be lowered or increased by heat exchanges with a second fluid that circulates in the environment in which it is located. the conduit, without mixing the first and second fluids.
  • Another example is the exchange between compressed air circulating in a conduit placed in a bath of liquid nitrogen (external environment), so as to cool the compressed air.
  • a third example is to circulate water in a conduit, and expose the conduit to solar radiation to increase the temperature of the water in the conduit.
  • this type of exchanger consists in giving energy to the flow of the first fluid, called the main flow, so that it penetrates and propagates in the conduit, and use part of this energy for the cause to cause and recirculate a portion of the main flow in deflection conduits located at the periphery of the conduit, called main conduit.
  • Recirculation in one or more bypass ducts means that a portion of the main flow, referred to as the return flow, is withdrawn and entrained in the deflection duct (s) and then re-injected into the main duct, where it mixes with the main flow.
  • the deflection ducts behave like scoops which at each passage and continuously provide a complementary thermal effect modifying the state of the main flow until reaching an equilibrium.
  • the invention provides a device for transferring fluid energy, which is simple and inexpensive to manufacture, compact, allowing to have many devices in series or in parallel, and ensuring optimal circulation of fluids and therefore promoting thermal exchanges.
  • the recirculating fluid heat exchanger device intended to take or give caloric energy to a circulating fluid, from the external environment to the device, comprising:
  • At least one main duct of longitudinal direction, in which a main fluid flow is able to flow, comprising: an inlet channel comprising a Venturi effect device composed of a convergent upstream portion followed by a divergent downstream part;
  • main conduit has a cross section, that is to say transverse to the longitudinal flow direction of the fluid flow, one dimension is very substantially greater than the other dimension.
  • upstream and downstream refer to the flow of the main fluid stream.
  • the heat exchanger device is easily manufactured and is inexpensive, it is also compact and it is possible to superimpose several identical devices to increase the exchange surface and thus improve performance.
  • the heat exchanger device is subsequently called "module", several modules can be assembled to form a system.
  • the two said dimensions are the height of the device and the width of the main conduit.
  • the ratio between these two dimensions is between 2 and 5, and preferably of the order of 3.
  • said straight section is of rectangular shape.
  • the long sides of said rectangle are not planar but each have a concavity turned in the same direction. More precisely, the concavity has a radius of between 5 and 100 times, and preferably between 40 and 60 times the dimension of a large side of said rectangle. Thus, the area of contact with the outside is increased, and the performance of the device is improved.
  • the deflection duct is joined to the main duct and separated therefrom by a wall.
  • the module comprises two respectively lower and upper plates, parallel, defining the respectively lower and upper walls of the main duct and the deflection duct.
  • the deflection duct has a cross section to the flux flow axis substantially less than the cross section to the flow axis of the flow of the main duct.
  • the module comprises, in the main duct, at least a first deflector, divergent, capable of deflecting the main flow of the fluid to the side wall of the main duct which is in contact with the return flow.
  • the first deflector is preferably disposed downstream of the exit orifice of the deflection duct.
  • the main deflected flow meets the return flow out of the diversion duct and mixes.
  • the first deflector is located downstream of the divergent downstream portion of the Venturi effect device, to improve the flow of the mixture of respectively main flow and deflection.
  • the module also comprises at least one second deflector, convergent, downstream of the first deflector, and capable of deflecting the main flow mixed with the return flow, by bringing it in the axis of the main conduit.
  • the invention also relates to a recirculating fluid heat exchanger system, intended to collect or give caloric energy to a circulating fluid, from the external environment to the system, comprising two or more modules as described above, arranged in parallel.
  • the modules comprise two plates respectively lower and upper, parallel, and which are common to them.
  • the system forms a kind of band of heat exchanger devices, arranged in parallel.
  • the strip-shaped system comprises several main ducts and several deflection ducts, located between two plates, respectively lower and upper, the two plates being common to said ducts and defining the respectively lower and upper walls of the main ducts and ducts. deviation.
  • two adjacent main ducts of the same band share a same deflection duct contiguous to said two main ducts.
  • the return flows taken from the adjacent main ducts are mixed in the common deflection duct. This results in a cascade communication of all the main conduits and thus a homogenization of the thermal state of the main flows that flow.
  • a recirculation chamber located under the bottom plate of the strip-shaped system defines a single deflection duct for the juxtaposed modules (strip), and therefore associated with the main ducts of each module. of said band.
  • the inlet and outlet ports of the return flow open and communicate in said recirculation chamber which serves as a common deflection conduit for all return flows of adjacent main ducts.
  • This embodiment has the advantage of increasing the heat exchange with the thermal environment at the recirculation chambers in contact with the external environment.
  • the latter comprises two or more modules as described above, arranged in series, the modules having two plates respectively lower and upper, parallel, and which are common to them.
  • the term "series" means two modules placed end to end, and the two respective main ducts are aligned.
  • the system forms a sort of array of heat exchanger devices, arranged in series, the output of the main conduit of a module becoming the input of the main conduit of the second module.
  • the bar comprises several main ducts and several deflection ducts, located between two plates, respectively lower and upper, the two plates being common to said ducts and defining the respectively lower and upper walls of the main ducts and deflection ducts.
  • the heat exchanger system consists of a juxtaposition of several bars or strips so as to form a kind of sheet in which several modules are arranged in series and in parallel between two plates, respectively lower and upper, the two plates being common to said modules to define the respectively lower and upper walls of the main ducts and deflection conduits of said modules.
  • the plates are flat.
  • a web in an alternative embodiment, it comprises plates, respectively lower and upper, not planar but curves concavity (large radius of curvature) rotated in the same direction.
  • the two lower and upper plates are closed on themselves so as to form a cylinder, of axis parallel to the main flow.
  • the invention also relates to a set of two or more systems superimposed on one another (two respectively upper and lower systems), the systems being either strips, strips or webs.
  • the upper plate of the lower system serves as a lower plate to the upper system which itself comprises a top plate.
  • the upper plate of the lower system serves as a lower plate to the upper system which itself comprises a top plate.
  • the respectively lower and upper deflection ducts of two modules superposed, respectively of the lower system and the upper system are placed in communication, preferably by holes or recesses provided in the corresponding plates.
  • This communication makes it possible to homogenize the pressures and temperatures of the return flows flowing in the deflection ducts, and to homogenize all the thermal states of the main ducts.
  • the main ducts and deflection of a system are made of a material identical to that of the plates.
  • the main and deflection conduits of a system are made of materials different from those of the plates.
  • - Figure 1a is a schematic side perspective view of a module of the invention
  • - Figure 1b is a schematic perspective view from above of the module of Figure 1a, the upper plate not being shown;
  • FIG. 2a is a diagrammatic perspective view from above of a sheet according to the invention, comprising nine modules of FIG.
  • FIG. 2b is an enlarged schematic view of part A of FIG. 2a;
  • FIG. 3a is a schematic perspective view from above of a set of two strips according to the invention, superimposed, each comprising three modules of Figure 1a, the upper plate of the upper bar is not shown;
  • FIG. 3b is an enlarged schematic view of part B of FIG. 3a;
  • FIG. 4 is a schematic sectional view in perspective from above of a variant of Figure 1b, having a recirculation chamber;
  • FIG. 5 is a diagrammatic perspective view from above of an assembly of several systems according to FIG. 2a superimposed, the upper plate being shown;
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a variant of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a diagrammatic side perspective view of a set of two systems including several modules according to a variant of FIG. 1a, according to which the lower and upper plates are curved;
  • FIGS. 8a and 8b are diagrammatic perspective views from above of variants of FIG. 1a;
  • FIG. 9a is a schematic view of a variant of a set of three systems comprising several modules, in section along a longitudinal plane to the longitudinal direction of the main duct of a module;
  • FIG. 9b is an enlarged schematic view of part C of FIG. 9a.
  • the heat exchanger device 1 according to the invention called the module, illustrated in FIGS. 1a and 1b, comprises:
  • main flow P a main duct 2 of longitudinal direction, in the direction of flow of a fluid flow, called the main flow P, able to circulate in the duct 2, and
  • the device has a height "H” of 10 mm, and a width "L” of 40 mm.
  • the module is delimited by two flat plates, respectively upper 1 1A and lower 1 1 B, parallel, and having a generally rectangular shape, the dimensions of which are for example 40 mm x 120 mm.
  • the upper plate is not shown for the sake of clarity in Figure 1b.
  • the upper plates 1 1A and lower 1 B respectively form the upper and lower walls, common to the main duct 2 and the two lateral deflection ducts 6A and 6B.
  • the module further comprises two longitudinal side walls 12A and 12B, parallel to each other and orthogonal to the plates 1 1A and 1 1B, a thickness of 10mm.
  • the module thus forms a rectangular parallelepiped block, whose cross section (transverse to the longitudinal direction) has a dimension (the height between the two plates) substantially less than the other dimension (the width).
  • the main conduit 2 comprises an input channel 3, a central channel "C" and an output channel 10.
  • the inlet channel 3 comprises a Venturi effect device composed of a convergent upstream portion 4 followed by a divergent downstream portion 5.
  • the width "E" of the neck of the Venturi device, between the convergent upstream 4 and divergent downstream 5 portions, is at least five times smaller than the length "I" of the main duct 2.
  • the outlet angle at the neck a between the diverging portion of the Venturi device and the main flow axis is at most 20 ° and preferably at most 15 °.
  • Each deflection duct 6A, 6B is distinct and separated from the main duct 2 by a wall, respectively 9A, 9B, connecting the upper plates 1 1 A and lower 1 1 B.
  • each deflection duct 6A, 6B is located in the downstream portion of the main duct 2, close to the duct 10, while the outlet orifice 8A, 8B (of each deflection duct) is placed in the upstream portion of said main duct 2, at the diverging portion 5 of the inlet channel 3.
  • the main duct 2 also comprises five diverging deflectors 13 disposed in the upstream portion of its central channel C, at the outlet of the diverging portion 5 of the Venturi effect device. These deflectors 13 are walls or grids adapted to deflect the main flow to the side walls 9A, 9B of the main duct 2, and whose operation will be described later.
  • Diverging baffles include:
  • a first central deflector 13A having the shape of a V in top view, the tip is facing the inlet channel 3 of the main duct 2;
  • a third set of two deflectors 13C rectangular in shape and parallel to the second branch of the central deflector 13A.
  • FIG. 1b also shows the presence, in the main duct 2, of six convergent baffles 13 'situated in the downstream part of its central channel C, and able to deflect part of the flow towards the outlet channel 10 of the main duct 2 .
  • These convergent deflectors 13 ' are parallel rectangular walls or grids three to three, their arrangement forming an open V in plan view, the tip of V being in the direction of the outlet channel 10 of the main duct 2.
  • the side walls 12A, 12B of the module 1, and the walls 9A, 9B separating the main duct 2 from the deflection ducts, respectively 6A, 6B, are fixed to the upper plates 1 1A and lower 1 1 B, by welding or brazing or bonding or any other connection system, or by machining, or 3D printing or by laser machining, or directly by gluing or soldering or brazing the plates 1 1 A, 1 1 B, using screen printing or laser welding, or electron or ultrasound.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate a web 200 according to the present invention.
  • the sheet 200 comprises nine modules 1, arranged in parallel on the one hand and in series on the other hand.
  • the web comprises a single lower plate 1 B and a single upper plate 1 1A (the upper plate 1 1A not being shown) which are common to said modules arranged coplanar manner.
  • FIG. 2b In the embodiment of Figure 2b, two adjacent and parallel main ducts 2A and 2B share a same deflection duct 6 contiguous to said two main ducts 2A and 2B.
  • Figures 3a and 3b illustrate an assembly 1000 of two identical strips 100 and 100 ', superimposed, according to the present invention.
  • Each strip 100 and 100 ' comprises three modules 1 arranged in series, end to end.
  • the lower plate 1 1 B of the upper bar 100 serves as a top plate to the lower bar 100 ', which also comprises a lower plate 1 1 C.
  • the plate 1 1 B is called median plate, in this superimposed configuration.
  • FIG. 3b is a view on a larger scale of FIG. 3A, in which the respective main flows of the two superimposed bars remain distinct, and where the deflection duct 6B of the upper bar 100 is put in communication with the deflection duct 6 B superimposed of the lower bar 100 ', and the deflection duct 6A of the upper bar 100 is placed in communication with the deflection conduit 6 ⁇ superimposed on the lower bar 100'.
  • This communication is carried out by holes 600A, 600B, 600C and 600D provided in the central plate 1 1 B, which plays the role of both lower plate for the upper bar 100 and upper plate for the lower bar 100 ' .
  • Said holes are made respectively at the inputs and the outputs of each deflection duct 6A, 6B of the upper bar 100.
  • FIG. 4 illustrates a variant 1 'of the basic module of FIGS. 1a and 1b, to which is added, under its lower plate 11B, a recirculation chamber 60.
  • the latter is parallelepipedal and is thus delimited by:
  • the chamber 60 defines a single deflection duct, associated with the main duct 2 of the module V. It has two inlet orifices 70A, 70B located in the downstream part of the main duct 2, close to the outlet channel 10, and two orifices output 80A, 80B, placed in the upstream portion of said main duct 2, at the Venturi effect device.
  • a strip-shaped system comprising several modules 1 ', comprises a single recirculation chamber 60, which acts as a common deflection conduit for all return flows of the main conduits of the adjacent devices 1'.
  • FIG. 5 there is shown, in perspective, an assembly 2000 of several systems 200 of Figure 2a, in the form of sheets, which are superposed one above the other, by stacking, their upper plates 1 1A and lower 1 1 B being parallel, and in this case horizontal.
  • Each sheet 200 is identical and comprises base modules 1 (not shown) according to Figure 1a, arranged in series and in parallel.
  • Figure 6 illustrates several systems 100, bar-shaped, the lower walls 1 1 B and upper 1 1A are arranged vertically in the use position of the device of the invention. Several bars are contiguous one against the next, their upper plates 1 1A and lower 1 1 B being parallel, and in this case vertical.
  • FIG. 7 illustrates an embodiment of the invention, according to which two systems, respectively upper 200 and lower 200 ', in the form of a sheet, comprise several modules 1 comprising two curved plates, 22A and 22B respectively, parallel, in parallel with each other. Circle-shaped radius of between 100 mm and 150 mm for a module length of 600 mm.
  • the plies 200, 200 ' are superimposed concentrically, so as to produce a cylindrical assembly, thus constituting a furnace, either with lateral deviation ducts 6 (not shown), or with recirculation chambers 60 (not shown). .
  • FIGS. 8a and 8b show alternative embodiments of the module of FIG. 1a, for which the main duct 2 of the module 1 is of longitudinal direction, transverse to the flow direction of the fluid flow.
  • the distance between the plates respectively lower 1 1 B and higher 1 1A is greater or more greater than the "L" width of 4 cm from the main duct 2, in the direction transverse to the flow of the fluid.
  • the module 1 of Figure 8a has longitudinal side walls 12A and 12B, parallel to each other and orthogonal to the plates 1 1 A and 1 1 B, which are planar.
  • the module 1 of Figure 8b has longitudinal side walls 12A and 12B, parallel to each other and orthogonal to the plates 1 1 A and 1 1 B, which are corrugated.
  • the upper plates 1 1A and lower 1 1 B are made of flexible fabrics, waterproof or porous or soft fibrous sheet material. In this way we can consider making covers and / or heating clothing using technical fabrics confining the air in micro-recirculation ducts.
  • Figures 9a and 9b illustrate an embodiment of an assembly 3000 of three systems 300, 300 ', 300 ", of several modules 1 in the form of cylinder, arranged in series, end to end.
  • each module 1 is delimited by a wall 1 1 of generally cylindrical shape, and comprises:
  • an input channel 3 comprising a Venturi effect device such as that of FIG. 1 b,
  • each module 1 comprises a single deflection duct 6 (FIG. 9b) which surrounds the main duct 2, which is distinct and separated from the main duct 2 by a wall 9 parallel to the wall 1 1 of said main duct 2.
  • the systems 300, 300 'and 300 "of this set 3000 are concentric.
  • the main flow P flows in the main conduit 2 of the device 1, from the inlet channel 3 to the output channel 10.
  • each deflection conduit 6A, 6B a portion of the main flow, referred to as the return flow R A , RB, enters said deflection conduit 6A, 6B.
  • the return flow R A , RB then flows in the deflection duct 6A, 6B, towards the outlet orifice 8A, 8B of said deflection duct, in the direction opposite to the direction of the main flow P.
  • the return flow R A , RB which flows in the deflection duct 6A, 6B, is less important than the main flow P, which flows in the main duct 2. Heat exchanges between the return flow R A , RB and the outside thus make it possible to considerably increase / decrease the temperature of the return flow R A , R B.
  • the return flow R A , RB.se mixes with the main flow P.
  • the equilibrium temperature of the main flow P is modified, which increases the performance of the device 1.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate a sheet 200 comprising nine modules 1, arranged in parallel on the one hand and in series on the other hand.
  • the fluid flowing in the main duct 2 of a first module 1 is the same as that flowing in the main ducts 2 of the modules arranged in series or in parallel.
  • a deflection duct 6 is common to two main ducts 2 of two adjacent modules 1.
  • the common deflection duct 6 comprises an inlet port 7A and an inlet port 7B respectively of the return flow R of each adjacent main duct 2.
  • Figures 3a and 3b illustrate an assembly 1000 of two strips 100 and 100 'identical, superimposed.
  • the deflection ducts respectively upper 6A, 6B and lower 6 ⁇ , 6'B, of two superimposed modules, are placed in communication by bores 600A, 600B, 600C and 600D provided in the central plate 1 1 B.
  • the fluid flowing in the main duct 2 is the same as that flowing in the lower or upper main ducts.
  • the recirculation chamber 60 of Figure 4 located under the lower plate 1 1 B of the module 1 ', is in contact with the thermal environment by its wall 1 1 C. Thus; this increases the heat exchange with the thermal environment.
  • the fluid flowing in the main duct 2 of a first module is the same as that flowing in the main ducts 2 of the modules having a recirculation chamber 60 in common.
  • the fluid that circulates in main ducts that do not share a deflection duct or a recirculation chamber can be different in nature, pressure, temperature, and direction of travel.
  • FIG. 5 shows the operation of several superimposed systems 200, the upper plates 1 1A and lower 1 1 B being arranged horizontally.
  • the main flows P1 to P8 of the upper system 200 circulate in a direction perpendicular to the flow direction of the main flows ⁇ to P'8 of the lower system 200 '.
  • the arrows P show the flow direction of the main flows
  • the arrows R show the flow direction of the return flows.

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Abstract

Dispositif (1) d'échangeur thermique à fluide à recirculation, destiné à prélever ou donner de l'énergie calorique à un fluide circulant, depuis l'environnement extérieur au dispositif, comportant; au moins un conduit principal (2), dans lequel est apte à s'écouler un flux de fluide principal (P), comportant; Un canal d'entrée (3) comportant un dispositif à effet Venturi composé d'une partie amont convergente (4) suivie d'une partie aval divergente (5); Un canal central (C); Un canal de sortie (10) d'au moins une partie du flux de fluide principal (P), au moins un conduit de déviation (6A, 6B) distinct et séparé du conduit principal (2), dans lequel est apte à circuler une partie du flux de fluide principal, dont l'orifice d'entrée (7A, 7B) est placé dans la partie aval du conduit principal (2), et dont l'orifice de sortie (8A, 8B) est placé au niveau du dispositif à effet Venturi; caractérisé en ce que le conduit principal (2) présente une section droite, dont une dimension est très sensiblement supérieure à l'autre dimension.

Description

ECHANGEUR THERMIQUE POUR FLUIDE
La présente invention se rapporte à un échangeur thermique destiné à prélever / apporter de l'énergie calorique à un fluide en mouvement dans un environnement.
On entend par fluide, tout liquide ou gaz.
Plus précisément, le dispositif selon l'invention s'appuie sur le principe de fonctionnement des échangeurs à recirculation dits à écopes. Ce type d'échangeur thermique favorise, de manière connue, le transfert thermique entre un premier fluide qui circule dans un conduit et dont on veut baisser ou augmenter la température par échanges thermiques avec un second fluide qui circule dans l'environnement dans lequel se trouve le conduit, et ce sans mélanger les premiers et seconds fluides.
Par exemple, il peut y avoir échange entre de l'air comprimé circulant dans un conduit, et des gaz d'échappement d'un moteur, qui constituent alors l'environnement extérieur. Les gaz d'échappement du moteur vont alors permettre d'augmenter la température de l'air comprimé.
Un autre exemple est l'échange entre de l'air comprimé circulant dans un conduit placé dans un bain d'azote liquide (environnement extérieur), de sorte à refroidir l'air comprimé.
Enfin, un troisième exemple consiste à faire circuler de l'eau dans un conduit, et exposer ce conduit aux rayonnements solaires afin d'augmenter la température de l'eau dans le conduit. D'une manière générale, ce type d'échangeur consiste à donner de l'énergie au flux du premier fluide, appelé flux principal, afin qu'il pénètre et se propage dans le conduit, et utiliser une partie de cette énergie pour l'entraîner à provoquer et établir une recirculation d'une partie du flux principal dans des conduits de déviation situés en périphérie du conduit, appelé conduit principal.
On entend par recirculation dans un ou des conduits de déviation, le fait qu'une partie du flux principal, appelée flux de retour, est prélevée et entraînée dans le ou les conduits de déviation, puis re-injectée dans le conduit principal, où il se mélange au flux principal.
Ainsi, un mouvement circulaire s'établit, faisant en sorte que le flux de retour prélevé et entraîné dans ces conduits de déviation soit en permanence soumis aux conditions d'échange thermique avec le fluide du milieu extérieur et qu'en permanence, à chaque mélange avec le flux principal, il change la température d'équilibre du flux principal.
On peut dire que les conduits de déviations se comportent comme des écopes qui à chaque passage et en continu apportent un effet thermique complémentaire modifiant l'état du flux principal jusqu'à atteindre un équilibre.
Pour assurer la recirculation, on munit, de manière connue, l'entrée du conduit, d'un dispositif à effet Venturi, accélérant le flux principal pénétrant dans le conduit principal.
Les échangeurs connus sont traditionnellement de forme générale tubulaire, comme par exemple celui montré par la demande de brevet FR3022334. Cet échangeur connu est satisfaisant mais peut être amélioré au regard du coût de fabrication, de l'encombrement, notamment lorsque l'on dispose plusieurs échangeurs en série, et des pertes de charges.
Ainsi, l'invention propose un dispositif de transfert d'énergie de fluides, qui soit simple et peu onéreux à fabriquer, peu encombrant, permettant de disposer de nombreux dispositifs en série ou en parallèle, et assurant une circulation optimale des fluides et donc favorisant les échanges thermiques.
Dans la suite de la description, les termes « horizontal », « vertical », « supérieur », « inférieur », « transversal », et « longitudinal », s'entendent en qualifiant des éléments reposant parallèlement au sol.
A cette fin, selon l'invention, le dispositif d'échangeur thermique à fluide à recirculation, destiné à prélever ou donner de l'énergie calorique à un fluide circulant, depuis l'environnement extérieur au dispositif, comportant :
- au moins un conduit principal, de direction longitudinale, dans lequel est apte à s'écouler un flux de fluide principal, comportant : o Un canal d'entrée comportant un dispositif à effet Venturi composé d'une partie amont convergente suivie d'une partie aval divergente ;
o Un canal central ;
o Un canal de sortie d'évacuation d'au moins une partie du flux de fluide principal,
- au moins un conduit de déviation distinct et séparé du conduit principal, dans lequel est apte à circuler une partie du flux de fluide principal, appelé flux de retour, en contact avec ledit environnement, et dont l'orifice d'entrée est placé dans la partie aval du conduit principal, et dont l'orifice de sortie est placé dans la partie amont du conduit principal, au niveau du dispositif à effet Venturi ;
est caractérisé en ce que le conduit principal présente une section droite, c'est-à-dire transversalement à la direction d'écoulement longitudinal du flux de fluide, dont une dimension est très sensiblement supérieure à l'autre dimension. Les termes « amont » et « aval » s'entendent par rapport à l'écoulement du flux de fluide principal.
Ainsi, le dispositif d'échangeur thermique est fabriqué aisément et est donc peu coûteux, il est également peu encombrant et il est possible de superposer plusieurs dispositifs identiques afin d'augmenter la surface d'échange et ainsi améliorer les performances.
Le dispositif d'échangeur thermique est appelé par la suite « module », plusieurs modules pouvant être assemblés de manière à former un système.
Plus précisément, les deux dites dimensions (dans un plan transversal) sont la hauteur du dispositif et la largeur du conduit principal. Le rapport entre ces deux dimensions est compris entre 2 et 5, et de préférence de l'ordre de 3.
Selon une caractéristique, ladite section droite est de forme rectangulaire.
Selon une variante, les grands côtés dudit rectangle ne sont pas plans mais présentent chacun une concavité tournée dans la même direction. Plus précisément, la concavité présente un rayon compris entre 5 et 100 fois, et de préférence entre 40 et 60 fois la dimension d'un grand coté dudit rectangle. Ainsi, la surface de contact avec l'extérieur est augmentée, et les performances du dispositif sont améliorées.
Avantageusement, le conduit de déviation est jointif au conduit principal et séparé de celui-ci par une paroi.
Selon cette configuration, le module comporte deux plaques respectivement inférieure et supérieure, parallèles, définissant les parois, respectivement inférieure et supérieure du conduit principal et du conduit de déviation.
De cette manière, l'encombrement du dispositif est réduit.
Dans un exemple de réalisation, le conduit de déviation présente une section transversale à l'axe d'écoulement du flux sensiblement inférieure à la section transversale à l'axe d'écoulement du flux du conduit principal.
Ainsi, le flux du fluide de retour, qui circule dans ledit conduit de déviation, est moins important que le flux du fluide principal, qui circule dans le conduit principal. Les échanges de chaleurs entre le flux de retour et l'extérieur/l'environnement permettent donc d'augmenter/diminuer considérablement la température du fluide de retour (dans le conduit de dérivation), ce qui entraine, lors de son mélange avec le flux principal, un changement de la température d'équilibre du flux principal. De manière avantageuse, le module comporte, dans le conduit principal, au moins un premier déflecteur, divergent, apte à dévier le flux principal du fluide vers la paroi latérale du conduit principal qui est en contact avec le flux de retour. Le premier déflecteur est de préférence disposé en aval de l'orifice de sortie du conduit de déviation.
Ainsi, le flux principal dévié rencontre le flux de retour sorti du conduit de déviation et s'y mélange. De manière plus préférée, le premier déflecteur est situé en aval de la partie aval divergente du dispositif à effet Venturi, pour améliorer l'écoulement du mélange des flux respectivement principal et de déviation.
Avantageusement, le module comporte également au moins un second déflecteur, convergent, en aval du premier déflecteur, et apte à dévier le flux principal mélangé au flux de retour, en le ramenant dans l'axe du conduit principal.
L'invention porte également sur un système d'échangeur thermique à fluide à recirculation, destiné à prélever ou donner de l'énergie calorique à un fluide circulant, depuis l'environnement extérieur au système, comportant deux ou plusieurs modules tels que décrits précédemment, disposés en parallèle. Avantageusement, les modules comportent deux plaques respectivement inférieure et supérieure, parallèles, et qui leur sont communes.
On entend par « disposés en parallèle », deux modules dont les deux conduits principaux respectifs sont juxtaposés, parallèles et coplanaires. Selon cette forme de réalisation, le système forme une sorte de bande de dispositifs d'échangeurs thermiques, disposés en parallèle.
Ainsi, le système en forme de bande comporte plusieurs conduits principaux et plusieurs conduits de déviation, situés entre deux plaques, respectivement inférieure et supérieure, les deux plaques étant communes auxdits conduits et définissant les parois respectivement inférieure et supérieure des conduits principaux et des conduits de déviation.
De manière avantageuse, deux conduits principaux adjacents, d'une même bande, partagent un même conduit de déviation contigue auxdits deux conduits principaux. De cette manière, à l'orifice d'entrée de chaque conduit de déviation commun, les flux de retour prélevés dans les conduits principaux adjacents, se mélangent dans le conduit de déviation commun. Il en résulte une mise en communication en cascade de tous les conduits principaux et de ce fait une homogénéisation de l'état thermique des flux principaux qui circulent.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, une chambre de recirculation située sous la plaque inférieure du système en forme de bande, définit un conduit de déviation unique pour les modules juxtaposés (bande), et donc associés aux conduits principaux de chaque module de ladite bande. Les orifices d'entrée et de sortie du flux de retour débouchent et communiquent dans ladite chambre de recirculation qui fait office de conduit de déviation commun pour tous les flux de retour des conduits principaux adjacents. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'accroître les échanges de chaleur avec l'environnement thermique, au niveau des chambres de recirculation situées au contact de l'environnement extérieur. Selon une variante de système d'échangeur thermique, celui-ci comporte deux ou plusieurs modules tels que décrits précédemment, disposés en série, les modules ayant deux plaques respectivement inférieure et supérieure, parallèles, et qui leur sont communes. On entend par « en série », deux modules mis bout à bout, et dont les deux conduits principaux respectifs sont alignés.
Selon cette forme de réalisation, le système forme une sorte de barrette de dispositifs d'échangeurs thermiques, disposés en série, la sortie du conduit principal d'un module devenant l'entrée du conduit principal du second module.
La barrette comporte plusieurs conduits principaux et plusieurs conduits de déviation, situés entre deux plaques, respectivement inférieure et supérieure, les deux plaques étant communes auxdits conduits et définissant les parois respectivement inférieure et supérieure des conduits principaux et des conduits de déviation.
Ainsi, une cascade d'échanges est créée, permettant d'amplifier, par accumulation des effets, le changement thermique du flux principal.
Selon un mode de réalisation, le système d'échangeur thermique consiste en une juxtaposition de plusieurs barrettes ou bandes de manière à former une sorte de nappe dans laquelle plusieurs modules sont disposés en série et en parallèle entre deux plaques, respectivement inférieure et supérieure, les deux plaques étant communes auxdits modules afin de définir les parois respectivement inférieure et supérieure des conduits principaux et des conduits de déviation desdits modules. Selon une caractéristique, les plaques sont planes.
Dans une variante de réalisation d'une nappe, celle-ci comporte des plaques, respectivement inférieure et supérieure, non pas planes mais courbes de concavité (à grand rayon de courbure) tournée dans la même direction.
Plus précisément, selon cette même variante, les deux plaques inférieure et supérieure sont refermées sur elles-mêmes de manière à former un cylindre, d'axe parallèle au flux principal.
L'invention porte également sur un ensemble de deux ou plusieurs systèmes superposés l'un sur l'autre (deux systèmes respectivement supérieure et inférieure), les systèmes pouvant être soit des bandes, soit des barrettes, soit des nappes.
Selon cette variante, la plaque supérieure du système inférieur sert de plaque inférieure au système supérieur qui comporte lui-même une plaque supérieure. Ainsi, on peut superposer plusieurs dispositifs d'échangeur thermique, permettant d'augmenter la surface d'échange et ainsi d'améliorer les performances du dispositif.
Dans cette configuration, selon une caractéristique, les conduits de déviation respectivement inférieur et supérieur de deux modules superposés, respectivement du système inférieur et du système supérieur, sont mis en communication, de préférence par des perçages ou des évidements prévus dans les plaques correspondantes. Cette mise en communication permet d'homogénéiser les pressions et les températures des flux de retour qui circulent dans les conduits de déviation, et de rendre homogène l'ensemble des états thermiques des conduits principaux. De préférence, les conduits principaux et de déviation d'un système sont réalisés dans un matériau identique à celui des plaques.
En variante, les conduits principaux et de déviation d'un système sont réalisés dans des matières différentes de celles des plaques.
L'invention porte également sur l'utilisation du dispositif de l'invention pour des applications industrielles, scientifiques ou domestiques, telles que celles des chaudières industrielles ou domestiques, ou des radiateurs par convection ou radiation, ou des dispositifs de climatisation, ou comme dispositif d'échangeur à grille de conduits en matériaux conducteurs dans des utilisations telles que celles des échangeurs de voiture ou de tout autre véhicule, ou encore dans des applications du domaine nucléaire, aéronautique, pétrole et gaz, chimique, électrique ou électronique, ou dans de nouvelles applications touchant le domaine de l'environnement et de la création d'énergie renouvelable.
L'invention est maintenant décrite au regard des figures ci-jointes, dans lesquelles :
- La figure 1 a est une vue schématique en perspective de coté d'un module de l'invention ; - La figure 1 b est une vue schématique en perspective de dessus du module de la figure 1 a, la plaque supérieure n'étant pas représentée ;
- La figure 2a est une vue schématique en perspective de dessus d'une nappe selon l'invention, comportant neuf modules de la figure
1 a, la plaque supérieure (commune aux dispositifs) n'étant pas représentée ;
- La figure 2b est une vue schématique agrandie de la partie A de la figure 2a ;
- La figure 3a est une vue schématique en perspective de dessus d'un ensemble de deux barrettes selon l'invention, superposées, comportant chacune trois modules de la figure 1 a, la plaque supérieure de la barrette supérieure n'étant pas représentée ;
- La figure 3b est une vue schématique agrandie de la partie B de la figure 3a ;
- La figure 4 est une vue schématique, en coupe, en perspective de dessus d'une variante de la figure 1 b, présentant une chambre de recirculation ;
- La figure 5 est une vue schématique en perspective de dessus 'un ensemble de plusieurs systèmes selon la figure 2a, superposés, la plaque supérieure étant représentée ;
- La figure 6 est une vue schématique en perspective d'une variante de la figure 5 ;
- La figure 7 est une vue schématique en perspective de côté d'un ensemble de deux systèmes incluant plusieurs modules selon une variante de la figure 1 a, selon laquelle les plaques inférieures et supérieures sont courbées ;
- Les figures 8a et 8b sont des vues schématiques en perspective de dessus de variantes de la figure 1 a ; - La figure 9a est une vue schématique d'une variante d'un ensemble de trois systèmes comportant plusieurs modules, en coupe selon un plan longitudinal à la direction longitudinale du conduit principal d'un module
- La figure 9b est une vue schématique agrandie de la partie C de la figure 9a.
Le dispositif d'échangeur thermique 1 selon l'invention, appelé module, illustré sur les figures 1 a et 1 b, comporte :
- un conduit principal 2 de direction longitudinale, suivant la direction de circulation d'un flux de fluide, appelé flux principal P, apte à circuler dans le conduit 2, et
- deux conduits de déviation 6A et 6B latéraux, de part et d'autre du conduit principal 2, et dans lesquels une partie du flux principal, appelé flux de retour R, est apte à circuler.
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention sera décrit par la suite.
Le dispositif a une hauteur « H » de 10 mm, et une largeur « L » de 40 mm.
Le module, est délimité par deux plaques planes, respectivement supérieure 1 1A et inférieure 1 1 B, parallèles, et présentant une forme générale rectangulaire, dont les dimensions sont par exemple de 40 mm x 120 mm . La plaque supérieure n'est pas représentée pour des raisons de clarté sur la figure 1 b.
Les plaques supérieure 1 1A et inférieure 1 B forment respectivement les parois supérieure et inférieure, communes au conduit principal 2 et aux deux conduits de déviation latéraux 6A et 6B. Le module comporte en outre deux parois latérales longitudinales 12A et 12B, parallèles entre elles et orthogonales aux plaques 1 1A et 1 1 B, d'une épaisseur de 10mm.
Le module forme ainsi un bloc parallélépipédique rectangle, dont la section droite (transversale à la direction longitudinale) présente une dimension (la hauteur entre les deux plaques) sensiblement inférieure à l'autre dimension (la largeur).
Le conduit principal 2 comporte, un canal d'entrée 3, un canal central « C » et un canal de sortie 10.
Le canal d'entrée 3 comporte un dispositif à effet Venturi composé d'une partie amont convergente 4 suivie d'une partie aval divergente 5.
La largeur « E » du col du dispositif à effet Venturi, entre les parties amont convergente 4 et aval divergente 5, est au moins cinq fois plus petite que la longueur « I » du conduit principal 2.
L'angle de sortie au col a, entre la partie divergente du dispositif à effet Venturi et l'axe du flux principal est d'au maximum 20° et de préférence d'au maximum 15 °. Chaque conduit de déviation 6A, 6B est distinct et séparé du conduit principal 2 par une paroi, respectivement 9A, 9B, reliant les plaques supérieure 1 1 A et inférieure 1 1 B.
L'orifice d'entrée 7A, 7B de chaque conduit de déviation respectivement 6A, 6B est situé dans la partie aval du conduit principal 2, proche du canal de sortie 10, tandis que l'orifice de sortie 8A, 8B (de chaque conduit de déviation) est placé dans la partie amont dudit conduit principal 2, au niveau de la partie divergente 5 du canal d'entrée 3. Le conduit principal 2 comporte également cinq déflecteurs 13 divergents disposés dans la partie amont de son canal central C, à la sortie de la partie divergente 5 du dispositif à effet Venturi. Ces déflecteurs 13 sont des parois ou grilles aptes à dévier le flux principal vers les parois latérales 9A, 9B du conduit principal 2, et dont le fonctionnement sera décrit par la suite.
Les déflecteurs divergents incluent :
- un premier déflecteur 13A central, présentant la forme d'un V en vue de dessus, dont la pointe est tournée vers le canal d'entrée 3 du conduit principal 2 ;
- un deuxième jeu de deux déflecteurs 13B, de forme rectangulaire et parallèles à la première branche du déflecteur 13A en V ; et
- un troisième jeu de deux déflecteurs 13C, de forme rectangulaire et parallèle à la seconde branche du déflecteur central 13A.
La figure 1 b montre également la présence, dans le conduit principal 2, de six déflecteurs 13' convergents situés dans la partie aval de son canal central C, et aptes à dévier une partie du flux vers le canal de sortie 10 du conduit principal 2.
Ces déflecteurs convergents 13' sont des parois ou grilles rectangulaires parallèles trois à trois, leur disposition formant un V ouvert en vue de dessus, la pointe du V étant en direction du canal de sortie 10 du conduit principal 2. Les parois latérales 12A, 12B du module 1 , et les parois 9A, 9B séparant le conduit principal 2 des conduits de déviation, respectivement 6A, 6B, sont fixés aux plaques supérieure 1 1A et inférieure 1 1 B, par soudure ou brasage ou collage ou tout autre système de liaison, ou par usinage, ou par impression 3D ou par usinage laser, ou encore directement par collage ou soudure ou brasure des plaques 1 1 A, 1 1 B, utilisant la sérigraphie ou la soudure laser, ou par électron ou ultrason.
Ces techniques de réalisation sont utiles en particulier pour la réalisation de micro échangeurs, voire de nano échangeurs.
Les figures 2a et 2b illustrent une nappe 200 selon la présente invention.
La nappe 200 comporte neuf modules 1 , disposés en parallèle d'une part et en série d'autre part.
La nappe comporte une seule plaque inférieure 1 B et une seule plaque supérieure 1 1A (la plaque supérieure 1 1A n'étant pas représentée) qui sont communes auxdits modules disposés de manière coplanaires.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2b, deux conduits principaux 2A et 2B adjacents et parallèles, partagent un même conduit de déviation 6 contigue auxdits deux conduits principaux 2A et 2B. Les figures 3a et 3b illustrent un ensemble 1000 de deux barrettes 100 et 100' identiques, superposées, selon la présente invention.
Chaque barrette 100 et 100' comporte trois modules 1 disposés en série, bout à bout. La plaque inférieure 1 1 B de la barrette supérieure 100 sert de plaque supérieure à la barrette inférieure 100', qui comporte également une plaque inférieure 1 1 C. La plaque 1 1 B est appelée plaque médiane, dans cette configuration superposée.
A l'intérieur de chaque barrette 100 et 100', circule un flux principal. Les deux flux principaux sont distincts, indépendants et parallèles (l'un au dessus de l'autre). La figure 3b est une vue à plus grande échelle, de la figure 3A, où les flux principaux respectifs des deux barrettes superposées restent distincts, et où le conduit de déviation 6B de la barrette supérieure 100 est mis en communication avec le conduit de déviation 6'B superposé de la barrette inférieure 100', et le conduit de déviation 6A de la barrette supérieure 100 est mis en communication avec le conduit de déviation 6Ά superposé de la barrette inférieure 100'.
Cette mise en communication est effectuée par des perçages 600A, 600B, 600C et 600D prévus dans la plaque médiane 1 1 B, qui joue le rôle à la fois de plaque inférieure pour la barrette supérieure 100 et de plaque supérieure pour la barrette inférieure 100'.
Lesdits perçages sont réalisés au niveau respectivement des entrées et des sorties de chaque conduit de déviation 6A, 6B de la barrette supérieure 100.
La mise en communication est matérialisée symboliquement pars les doubles flèches blanches F et G (figure 3b). La figure 4 illustre une variante 1 ' du module de base des figures 1 a et 1 b, auquel est adjoint, sous sa plaque inférieure 1 1 B, une chambre de recirculation 60. Cette dernière est parallélépipédique et est ainsi délimitée par :
- la plaque inférieure 1 1 B du module ;
- une autre plaque 1 1 D parallèle ;
- deux parois latérales 90 et 91 ;
- une paroi arrière 92 ;
- une paroi avant 93.
La chambre 60 définit un conduit de déviation unique, associé au conduit principal 2 du module V. Elle présente deux orifices d'entrée 70A, 70B, situés dans la partie aval du conduit principal 2, proche du canal de sortie 10, et deux orifices de sortie 80A, 80B, placés dans la partie amont dudit conduit principal 2, au niveau du dispositif à effet Venturi. Dans une variante non représentée, un système en forme de bande, comportant plusieurs modules 1 ', comporte une seule chambre de recirculation 60, qui fait office de conduit de déviation commun pour tous les flux de retour des conduits principaux des dispositifs 1 ' adjacents. En référence à la figure 5, on a représenté, en perspective, un ensemble 2000 de plusieurs systèmes 200 de la figure 2a, en forme de nappes, qui sont superposés les uns au dessus des autres, par empilement, leurs plaques supérieures 1 1A et inférieures 1 1 B étant parallèles, et en l'espèce horizontales. Chaque nappe 200 est identique et comporte des modules de base 1 (non représentés) selon la figure 1 a, disposés en série et en parallèle.
En variante, la figure 6 illustre plusieurs systèmes 100, en forme de barrette, dont les parois inférieures 1 1 B et supérieures 1 1A sont disposées verticalement, en position d'utilisation du dispositif de l'invention. Plusieurs barrettes sont accolées l'une contre la suivante, leurs plaques supérieure 1 1A et inférieures 1 1 B étant parallèles, et en l'espèce verticales.
La figure 7 illustre un mode de réalisation de l'invention, selon lequel deux systèmes, respectivement supérieur 200 et inférieur 200', en forme de nappe, comportent plusieurs modules 1 comportant deux plaques courbes, respectivement supérieure 22A et inférieure 22B, parallèles, en forme de cercle de rayon compris entre 100 mm et 150 mm pour une longueur de module de 600 mm.
Les nappes 200, 200' sont superposées de manière concentrique, de sorte à réaliser un ensemble cylindrique, pouvant ainsi constituer un four, soit avec des conduits de déviations latéraux 6 (non représentés), soit avec des chambres de recirculation 60 (non représentées).
Les figures 8a et 8b montrent des variantes de réalisation du module de la figure 1 a, pour lesquelles le conduit principal 2 du module 1 est de direction longitudinale, transversale à la direction de circulation du flux de fluide.
Ainsi, la distance entre les plaques respectivement inférieures 1 1 B et supérieures 1 1A (hauteur H de 30 cm), est supérieure ou largement supérieure à la largeur « L » de 4 cm du conduit principal 2, dans la direction transversale au flux du fluide.
Le module 1 de la figure 8a comporte des parois latérales longitudinales 12A et 12B, parallèles entre elles et orthogonales aux plaques 1 1 A et 1 1 B, qui sont planes.
Le module 1 de la figure 8b comporte des parois latérales longitudinales 12A et 12B, parallèles entre elles et orthogonales aux plaques 1 1 A et 1 1 B, qui sont ondulées.
Selon une variante non illustrée, les plaques supérieures 1 1A et inférieures 1 1 B sont fabriquées en tissus souple, étanche ou poreux ou en matière en nappe souple fibreuse. De cette manière on peut envisager de réaliser des couvertures et/ou vêtements chauffants en utilisant des tissus techniques confinant l'air dans des micro-conduits de recirculation.
Les figures 9a et 9b illustrent un mode de réalisation d'un ensemble 3000 de trois systèmes 300, 300', 300", de plusieurs modules 1 en forme de cylindre, disposés en série, bout à bout.
Le conduit principal 2, de chaque module 1 , est délimité par une paroi 1 1 de forme générale cylindrique, et comporte :
- un canal d'entrée 3 comportant un dispositif à effet Venturi tel que celui de la figure 1 b,
- un canal central « C »,
- et un canal de sortie 10 (non représenté).
Dans ce mode de réalisation, chaque module 1 comporte un seul conduit de déviation 6 (figure 9b) qui entoure le conduit principal 2, distinct et séparé du conduit principal 2 par une paroi 9 parallèle à la paroi 1 1 dudit conduit principal 2.
Les systèmes 300, 300' et 300" de cet ensemble 3000 sont concentriques.
Le fonctionnement du module 1 est expliqué ci-après au regard des figures 1 à 9. Comme illustré sur la figure 1 b, le flux principal P circule dans le conduit principal 2 du dispositif 1 , depuis le canal d'entrée 3 jusqu'au canal de sortie 10.
Au niveau de l'orifice d'entrée 7A, 7B de chaque conduit de déviation 6A, 6B, une partie du flux principal, appelé flux de retour RA, RB, entre dans ledit conduit de déviation 6A, 6B.
Le flux de retour RA, RB, circule alors dans le conduit de déviation 6A, 6B, en direction de l'orifice de sortie 8A, 8B dudit conduit de déviation, dans la direction contraire à la direction du flux principal P.
Ainsi, le flux de retour RA, RB, qui circule dans le conduit de déviation 6A, 6B, est moins important que le flux principal P, qui circule dans le conduit principal 2. Les échanges de chaleurs entre le flux de retour RA, RB et l'extérieur permettent donc d'augmenter / diminuer considérablement la température du flux de retour RA, RB.
Au niveau de l'orifice de sortie 8A, 8B dans la portion divergente 5 du conduit principal 2, le flux de retour RA, RB.se mélange au flux principal P. Ainsi, la température d'équilibre du flux principal P est modifiée, ce qui permet d'augmenter les performances du dispositif 1.
Les déflecteurs divergents 13A, 13B, 13C, présents dans le conduit principal 2, permettent de dévier le flux principal P vers les parois 9A, 9B.
Ainsi, le flux principal P rencontre le flux de retour RA, RB sorti du conduit de déviation 6A, 6B. Les figures 2a et 2b illustrent une nappe 200 comportant neuf modules 1 , disposés en parallèle d'une part et en série d'autre part.
Selon cette configuration, le fluide qui circule dans le conduit principal 2 d'un premier module 1 est le même que celui qui circule dans les conduits principaux 2 des modules disposés en série ou en parallèle.
En regard de la figure 2b, un conduit de déviation 6 est commun à deux conduits principaux 2 de deux modules 1 adjacents. Le conduit de déviation 6 commun comporte un orifice d'entrée 7A et un orifice d'entrée 7B, respectivement du flux de retour R de chaque conduit principal 2 adjacent.
De cette manière, les flux de retour R se mélangent dans le conduit de déviation 6 commun. Il en résulte en cascade une mise en communication des flux de tous les conduits principaux 2 et de ce fait une homogénéisation de l'état thermique des flux principaux P qui y circulent.
La conséquence de cette mise en communication est d'homogénéiser les pressions et les températures des flux de retour R qui circulent dans les conduits de déviation 6, et de rendre homogène l'ensemble des états thermiques des flux principaux P qui circulent dans les conduits principaux 2. De plus, le fait de disposer plusieurs modules 1 en série, permet de créer une cascade d'échanges afin d'amplifier, par accumulation des effets, le changement thermique du flux principal P.
Les figures 3a et 3b illustrent un ensemble 1000 de deux barrettes 100 et 100' identiques, superposées.
Dans cet exemple de réalisation, les conduits de déviation, respectivement supérieur 6A, 6B et inférieur 6Ά, 6'B, de deux modules superposés, sont mis en communication par des perçages 600A, 600B, 600C et 600D prévus dans la plaque médiane 1 1 B.
Ainsi, le fluide qui circule dans le conduit principal 2 est le même que celui qui circule dans les conduits principaux inférieurs ou supérieurs. La chambre de recirculation 60 de la figure 4, située sous la plaque inférieure 1 1 B du module 1 ', est en contact avec l'environnement thermique par sa paroi 1 1 C. Ainsi ; cela permet d'accroître les échanges de chaleur avec l'environnement thermique. Dans le cas d'un système de plusieurs modules 1 ' disposés en série et/ou en parallèle, le fluide qui circule dans le conduit principal 2 d'un premier module est le même que celui qui circule dans les conduits principaux 2 des modules ayant une chambre de recirculation 60 en commun. En revanche, le fluide qui circule dans des conduits principaux qui ne partagent pas de conduit de déviation ou de chambre de recirculation, peuvent être différents en nature, pression, température, et sens de parcours.
La figure 5 montre le fonctionnement de plusieurs systèmes 200 superposés, les plaques supérieures 1 1A et inférieures 1 1 B étant disposées horizontalement. De manière avantageuse, afin de permettre un échange thermique croisé de deux flux, les flux principaux P1 à P8 du système supérieur 200 circulent dans une direction perpendiculaire à la direction de circulation des flux principaux ΡΊ à P'8 du système inférieur 200'. Sur les figures 6, 7, 8a, 8b, 9a et 9b, les flèches P montrent le sens de circulation des flux principaux, tandis que les flèches R montrent le sens de circulation des flux de retour.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1 ) d'échangeur thermique à fluide à recirculation, destiné à prélever ou donner de l'énergie calorique à un fluide circulant, depuis l'environnement extérieur au dispositif, comportant :
- au moins un conduit principal (2), de direction longitudinale, dans lequel est apte à s'écouler un flux de fluide principal (P), comportant :
o Un canal d'entrée (3) comportant un dispositif à effet Venturi composé d'une partie amont convergente (4) suivie d'une partie aval divergente (5) ;
o Un canal central (C) ;
o Un canal de sortie (10) d'évacuation d'au moins une partie du flux de fluide principal (P),
- au moins un conduit de déviation (6A, 6B) distinct et séparé du conduit principal (2), dans lequel est apte à circuler une partie du flux de fluide principal, appelé flux de retour (R), en contact avec ledit environnement, et dont l'orifice d'entrée (7A, 7B) est placé dans la partie aval du conduit principal (2), et dont l'orifice de sortie (8A, 8B) est placé dans la partie amont du conduit principal (2), au niveau du dispositif à effet Venturi ;
caractérisé en ce que le conduit principal (2) présente une section droite, c'est-à-dire transversalement à la direction d'écoulement longitudinal du flux de fluide, dont une dimension est très sensiblement supérieure à l'autre dimension, de préférence le rapport entre les deux dites dimensions étant compris entre 2 et 5, et de préférence de l'ordre de 3.
2. Dispositif (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le conduit de déviation (6A, 6B) est jointif au conduit principal (2) et séparé de celui-ci par une paroi (9A, 9B).
3. Dispositif (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux plaques respectivement inférieure (1 1 B) et supérieure (1 1 A), parallèles, définissant les parois, respectivement inférieure et supérieure du conduit principal (2) et du conduit de déviation (6A, 6B).
4. Dispositif (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier déflecteur (13A, 13B, 13C), divergent, apte à dévier le flux principal (P) du fluide vers la paroi latérale (9A, 9B) du conduit principal (2) qui est en contact avec le flux de retour (R), ledit premier déflecteur étant de préférence disposé en aval de l'orifice de sortie (8A, 8B) du conduit de déviation (6A, 6B).
5. Dispositif (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un second déflecteur (13'), convergent, apte à dévier le flux principal (P) mélangé avec le flux de retour (R), en le ramenant dans l'axe du conduit principal (2), ledit second déflecteur (13') étant disposé en aval du premier déflecteur.
6. Système d'échangeur thermique à fluide à recirculation (100, 200, 300), destiné à prélever ou donner de l'énergie calorique à un fluide circulant, depuis l'environnement extérieur au système, comportant deux ou plusieurs dispositifs (1 ) selon les revendications précédentes, disposés en parallèle et/ou en série, les plaques respectivement inférieure (1 1 B) et supérieure (1 1 A) étant communes auxdits dispositifs (1 ).
7. Système (100, 200, 300) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que deux conduits principaux (2) adjacents, de deux dispositifs (1 ) disposés en parallèles, partagent un même conduit de déviation (6) contigue auxdits deux conduits principaux (2).
8. Système (100, 200, 300) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chambre de recirculation (60) située sous la plaque inférieure (1 1 B) du système (100, 200), ladite chambre de recirculation (60) définissant un conduit de déviation unique pour les dispositifs (1 ) juxtaposés, et donc associés aux conduits principaux (2) de chaque dispositifs (1 ) disposés en parallèle.
9. Ensemble (1000, 2000, 3000) de deux ou plusieurs systèmes (100, 200, 300) selon les revendications 6 à 8, lesdits systèmes étant superposés les uns sur les autres.
10. Ensemble (1000, 2000, 3000) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les conduits de déviation respectivement inférieur (6') et supérieur (6) de deux dispositifs (1 , 1 ') superposés, respectivement du système inférieur (100', 200', 300') et du système supérieur (100, 200, 300), sont mis en communication, de préférence par des perçages (600A, 600B, 600C) ou des évidements prévus dans les plaques (1 1 B) correspondantes.
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