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"Perfectionnements relatifs aux échangeurs de chaleur"
L'invention se rapporte à des échangeurs de chaleur destinés à effectuer une transmission de chaleur entre deux ou plusieurs substances, et a pour objet d'établir une construction perfection- née, facile à réaliser par une production en série et qui, plus particulièrement, peut être démontée et remontée sans augmenter le risque de perte d'étanchéité.
Suivant l'invention, un échangeur de chaleur comprend une série de plaques de transmission de chaleur, dont chacune présente sur une face un certain nombre de rainures orientées suivant une même direction générale et destinées à former une série de passades pour le fluide, chacune des dites plaques présentant sur la face opposée un certain nombre de rainures orientées sous un angle par rapport aux rainures de la première face et formant une deuxième série de passages pour fluide, indépendante de la première série de-passages, la disposition étant telle que, lorsquo les plaques sont assemblées, ellesprésentent des nervures orientées dans le même sens sur des faces en regard de chaque paire de plaques et d'autre part, des paires de séries de rainures, décalées angulai- rement dans un ordre alternatif.
Les rainures de chaque face d'une plaque de transmission de chaleur peuvent communiquer à chaque extrémité avec un ou plusieurs orifices formés dans la plaque, les orifices qui communiquent avec
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les rwinures d'une face de la plaque étant séparés: des orifices qui communiquent avec les rainures de l'autre face de la plaque, la disposition étant telle que, lorsque les plaques sont assemblées, les orifices correspondants viennent coïncider entre eux de maniè- re à former des conduits destinés à diriger le fluide vers et depuis les rainures.
Les conduits qui dirigent la fluide vers et depuis les rainu- res peuvent être connectés en parallèle.
Les plaques de transmission de chaleur peuvent être combinées avec des collecteurs disposésà chaque extrémité de l'assemblage de plaques.
On peut prévoir, dans l'assemblage de plaques de l'échangeur de chaleur, un ou plusieurs blocs distributeurs intermédiaires disposés entre les collecteurs, de manière que l'échangeur de chaleur se trouve divisé en deux ou plusieurs sections, les blocs iistributeurs étant nunis de compartiments et d'orifices appropriés, de manière que la transmission de chaleur puisse s'effectuer entre plus de deux fluides,
Un exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'in- vention est représenté dans les dessins annexés, dans lesquels :
Fig.1 est une vue d'élévation en bout d'un mode de réalisa- tion d'un échangeur de chaleur suivant l'invention.
Fig. 2 eat une vue d'élévation postérieure.
Fig. 3 est une vue d'élévation latérale de l'échangeur de chaleur représenté dans les Fig. 1 et 2, un certain nombre de plaques de transmission de chaleur étant enlevées.
Fi. 4 est une vue d'élévation antérieure d'une des plaques de transmission de chaleur de l'échangeur de chaleur représenté aux: ;! 1. 1,2 et 3, tandis que
Fig. 5 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 5-5 de la Fi;. 4.
Fig. 6 est une vue à plus grande échelle, partiellement en coupe, de quatre plaques assemblées d'un échangeur de chaleur, telles que représentées aux Fig. 1, 2 et 3,
Dans un mode de réalisation de l'invention, tel que représenté aux Fig. 1 à 5, l'échangeur de chaleur comprend des collecteurs 11 et 12, réunis en un assemblage avec le nombre voulu de plaques de transmission de chaleur 13. Les collecteurs 11 et 12 et les plaques 13 sont fixés les uns aux autres au moyen de boulons-passants 14.
Le collecteur 11 est divisé diagonalement, par une cloison 15, en deux compartiments 16 et 17 isolés entre eux. Le ocmpartiment
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16 est muni sur sa face intérieure de deux orifices 18 et 19 et présente sur sa face extérieure un raccord 20.
De même le com- partiment 17 est pourvu de deux orifices 21 et 22 et d'un raccora 23
Le collecteur 13, Fig.2 est formé de la même manière que le collecteur 11, sauf que, dans le collecteur 12, les orifices 24 et 25, qui communiquent avec les orifices 18 et 19 par les plaques de transmission de chaleur 13, comme il sera décrit dans la, suite, se trouvent dans la partie iaférieure du collecteur, tandis que les orifices 26 et .27 qui. d'une manière analogue, communiquent avec les orifices 21 et 22 du collecteur 11, se trouvent sur le côté droit du collecteur 12 Une cloison 28 divise le collecteur 12 diagonalement en doux compartiments séparés 29 et 30. le com- pextiment 29 étant pourvu d'orifices 26 et 27 et le compartiment 30 présentant les orifices 24 et 25.
'Le compartiment 29 est pourvu d'un raccord 31, tandis que le compartiment 30 est muni d'un raccord 32,
Les plaques de transmission de chaleur 13 présentent une forme extérieure correspondant à celle des collecteurs 11 et 12. Dans le mode de réalisation représenté aux dessins tant les collecteurs que les plaques sont de forme carrée avec coins arrondis Chacune des plaques 13 présente une série de rainures sinusoïdales 33 (Fig. 4 à 6) sur sa face antérieure, par exemple, et une série de rainures similaires 34 sur sa face postérieure, la direction géné- rale des rainures 34 étant à angle droit par rapport à celles des rainures 33.
Les extrémités de gauche des rainures 33 débouchent dans des orifices 35 et 36 formés dans la, plaque 13, tandis que les extrémités de droite de ces rainures débouchent dans des ori- fices 37 et 38, également formés dans cette plaque* Les extrémités supérieures des rainures 34 (fig. 5) débouchent dans des orifices 39 et 40, tandis que les extrémités inférieures de ces rainures débouchent dans des orifices 41 et 42. Les orifices 39, 40, 41 et 42 sont formés dans la plaque 13. Les plaques 13 sont pourvues de trous 43 pour le passage de boulons 14 qui réunissent les collecteurs 11 et 12 et les plaques 13. Des rainures 44 (Fig. 5 et 6) destinées à assurer l'étanchéité, peuvent être formées autour des faces en contact des plaques 13.
Au besoin, des joints 45 peuvent être interposés entre les faces adjacentes des plaques 13 et entre les plaques extrêmes et les collecteurs 11 et 12, en vue d'assurer entre ces divers éléments un contact étanche aux fluides.
Les plaques de transmission de chaleur 13 sont interchangeables.
L'assemblage des plaques de transmission'de chaleur s'opère comme suit :
Deux de ces plaques, 46 et 47 (Fig. 6) sont disposées de @
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manière que les rainures 33 prévues sur leurs faces antérieures respectives se trouvent en regard, comme montré au dessin, un joint 45 étant interposé entre les deux faces adjacentes.
Deux autres piques, 48 et 49, sont ensuite placées de part et.d'autre des plaques 46 et 47, les rainures 34 des faces postérieures de ces dernières plaques venant coïncider avec les rainures 34 des plaques 48 et 49, Des joints 45 sont interposés entre les faces postérieu- res des plaques 46 et 47 et les faces postérieures des plaques 48 et 49.
Les faces antérieures des deux plaques suivantes que l'on ajoute à l'assemblage viciaient s'appliquer respectivement contre les faces antérieures des plaques 48 et 49, de sorte que les rainu- res 33 de ces dernières plaques viennent coïncider avec les rainares similaires prévues sur les plaques ajoutées à l'assemblage, et ainsi de suite, jusqu'à ce que le nombre voulu de plaques 13 se trouve assemblé avec les collecteurs 11 et 12. De cette manière, des paires de séries de rainures horizontales 33 alternent avec des paires de séries de rainures verticales 34 d'un bout à l'autre de l'échangeur de chaleur.
Lorsque les plaques 13 sont assemblées avec les collecteurs 11 et 12, les orifices 35, 36 et 37, 38 de toutes les plaques, coïncident les uns avec les autres et forment quatre conduits qui traversent toutes les plaques assemblées*- On obtient ainsi deux conduits formés par les orifices 35, 36à proximité du bord du côté gauche des plaques assemblées 13, et deux conduits tonnés par les orifices 37, 38 adjacents aux bords du coté droit de ces plaques. En outre, deux conduits sont formés d'uno manière ana- logue dans les plaques assemblées 13, à proximité du bord supérieur de ces plaques, par les orifices 39, 40, tandis que deux autres conduits sont formés à proximité du bord inférieur des dites pla- ques par les orifices 41, 42.
Les conduits forcés par les orifices 35,36 communiquent avec les extrémités de gauche des rainures 33 dans toutes les pla- ques, tandis que les conduits déterminés par les orifices 37, 38 communiquent avec les extrémités de droite des rainures 33. De même, les conduits formés par les orifices 39, 40 communiquent avec les extrémités supérieures des rainures 34 dans toutes les plaques 13, tandis que les conduits constitués par les orifices 41,42 communiquent avec les extrémités inférieures des rainures 34 dans toutes les plaques de l'échangeur de chaleur.
Comme les extrémités de gauche des rainures 33 des plaques 13 débouchent dans les orifices 35, 36 et que les extrémités de droite de ces rainures débouchent dans les orifices 37, 38, les conduits formés respectivement par ces deux séries d'orifices se trouvent connectés en parallèle par les rainures 33 une fois les plaques 13
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assemblées.
Ensuite, et lorsque les collecteurs 11 et 12 sont assemblés avec les plaques 13, les orifices 21 et 22, prévus dans le compartiment 17 du collecteur 11, ainsi que le raccord 23 de ce collecteur communiquent avec les conduits formés par les orifices 35, 36 prévus dans les plaques 13, tandis que les orifices 25 et 27 du collecteur 12 sont en communication avec les conduits formes par les orifices 37, 38, Du fluide peut ainsi passer à travers le raccord 23 vers le compartiment 17 et, de là,à travers les orifices 21 et 22 du collecteur Il vers les conduits fonnés par les orifices 35,36 et vers les rainures 33, pour traverser ces rainures et pene- trer dans les conduits formés par les orifices 37, 33, d'où le fluide se dirige, à travers les orifices.26 et 27 du collecteur 12,
vers le compartiment .29 de celui-ci et, de là, vers le raccord 31.
L'ordre qui vient d'être indiqué peut être inversé.
De même, et comme les extrémités supérieures des rainures 34 des plaques 13 communiquent avec les orifices 39, 40 prévus dans ces plaques, et que les extrémités inférieures des aites rainures communiquent avec les orifices 41, 42, les conduits ternies respec- tivement par ces orifices, une fois les plaques assemblées, sont connectés en parallèle par les rainures 34. En outre, lorsque les collecteurs 11 et 12 sont assemblés avec les plaques 13, les orifi- ces 18 et 19 du compartiment 16 du collecteur 11 et le raccord 20 de ce collecteur communiquent avec les conduits formés par les ori- fices 39, 40 dans les plaques 13,
tandis que le raccord 32 et les orifices 24 et 25 du collecteur 12 communiquent avec les conduits déterminés par la coïncidence des orifices 41 et 42. Du fluiûe peut donc passer à travers le raccord 32, le compartiment 30 et les orifices 24 ét 25 du collecteur 12 et, de là, à travers les conduits déterminés par la coïncidence des orifices 41, 42, pour remonter par les rainures 34 vers les conduits déterminés par la coïncidence des orifices 39, 40, ensuite, à travers les orifices 18 et 19 du collecteur 11, vers le compartiment 16 de ce collecteur, pour arriver au raccord 20. L'ordre qui vient d'être indiqué peut être inversé.
Ainsi, un agent réfrigérant par exemple, peut penetrer dans l'échangeur de chaleur par le raccord 23 du collecteur 11 et, après avoir traversé les plaques de transmission de clialour 13 de la manière indiquée ci-dessus pour arriver dans lc collecteur 12, quitter l'échangeur de chaleur par le raccord 31 de ce dernier collecteur, tandis qu'un fluide à réfrigérer peut entrer dans le collecteur 12 par le raccord 32 et, après avoir traversé les plaques de transmission de chaleur 13 jusqu'au collecteur 11, quitter ce dernier collecteur par le raccord 20.
Lorsqu'on désire opérer avec trois fluides, un bloc distribu-
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teur peut être interposé entre deux groupes de plaques dans un
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éohaogeur de chaleur connie celui décrit ci-dessus, ce bloc àistri- buteur venant alors occuper une position, intermédiaire entre les collecteurs.. Far exsniple, âa.rz uzi groupe moteur marin, l'eau ('Le :#r peut circuler à travers les deux groupes de plaques de l'échaii- leur de chaleur, pour agir comiue a6s<:t réfrigérant et absorber, dans un groupe de plaques, la chaleur de la vapeur-d'échappement du groupe moteur, et, dans l'autre groupes de plaques, la chaleur de l'huile de lubrification. L'échangeur de chaleur comporte alors
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deux sections et est disposé verticale:i!.ent.
L'eau de ner peut par exemple entrer par le collecteur supérieur et s'écoule.:vers le bas à travers une série de rainures prévues dans les plaques de la
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section supérieure de l'échangeur de chaleur, vers un comparti.ient du bloc distributeur, traverser ce compartiment pour affluer vers le bas à travers la série correspondante de rainures prévues dans
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les plaques de la section inférieure de l'échangour de chaleur et attendre le collecteur inférieur, d'où elle sera évacuée.
La vapeur d' écha.p(;llient qui doit être condensée pénètre dans un deuxiè- me ao<parzùaei=t du bloc distributeur et se dirige vers le haut à travers la deuxième série de rainures prévues dans la section
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supérieure de Pécha.1Geur de chaleur, pour arriver jusqu'au collecteur supérieur d'où elle est évacuée a. l'état condensé.
L'huile de graissage qui doit être refroidie peut être admise dans le collecteur inférieur et se diriger, à travers la deuxième série de rainures prévues data les plaques de la section inférieure de l'échangeur de chaleur, pour pénétrer dans un troisième compar- timent du bloc distributeur, d'où elle sera évacuée à l'état refroidi.
Suivant une variante, l'eau de mer peut être introduite par le bloc distributeur et s'écouler dans les deux directions à tra- vers des rainures correspondantes prévues dans les plaques des
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sections supérieure et inférieure de l'éohanseur de chaleur, jusqu'aux collecteurs supérieur et inférieur, tandis que la vapeur d'échappemezit 3e la Machine est admise dans le collecteur supérieur et afflue vers le bas à travers la deuxième série de rainures pré- vues dans les plaques de la section supérieure, pour arriver dans le distributeur, d'où elle est évacuée, et que l'huile de graissage entre par le collecteur inférieur et refonte à travers la deuxième série de rainures prévues dans les plaques de la section inférieure
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de l'éohangeur de chaleur,
pour arriver dans le bloc distributeur, d'où elle est évacuée. Le bloc distributeur est pourvu d'un nombre approprié de compartiments et d'orifices lui permettant d'assurer la distribution des fluides de la manière décrite ci-dessus.
D'autre part, deux ou plusieurs blocs distributeurs peuvent
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être utilisés dans le but de diviser l'échangeur de chaleur en trois sections ou plus, en vue de permettre le traitement d'un plus grand nombre de fluides*
En outre, lorsqu'un echangeur de chaleur est destiné à réfri- gérer un liquide destiné àla consommation humaine, par exemple, les plaques de transmission de chaleur de l'échangeur de chaleur sont assemblées par paires, les canaux formes par les rainures des faces en regard desplaquea de chaque paire étant destinés à la circulation du réfrigérant. Les plaques de chaque paire peuvent être boulonnées l'une à l'autre.
Les paires de plaques sont ensuite assemblées les unes avec les autres et avec les collecteurs par des moyens permettant une séparation facile, par exemple, par des boulons-passants.
Lorsqu'on'désire nettoyer les canaux dans les piques traversées par le liquide à réfrigérer, on desserre et l'on enlevé le,,3 boulons- passants, après quoi on sépare les paires de plaques les unes des autres, tout en laissant en place les boulons qui fixent entre elles les plaques de chaque paire, de telle manière que les faces ezternes des plaques se trouvent dégagées aux fins d'inspection et de netteya- ge, ces faces étant celles danslesquelles sont formées les rainures à travers lesquelles circule le liquide à refroidir.
En outre, et dans certains cas, on peut faire circuler dans les canaux entre les paires de plaques un fluide chauffant, au lieu d'un réfrigérant.
On conçoit que, du fait qu'il n'estpas nécessaire de déranger les joints entre les plaques de chaque paire, le démontage do l'é- changeur de chaleur en vue du nettoyage, ainsi que son remontage, peuvent être exécutés avec rapidité .
Au lieu de boulonner les plaques de chaque paire, on peut les assembler par -tout autre moyen, tel que, par exemple, soudai- par fusion, soudage à la soudure, brasage vulcanisation ou cémentation,
Au lieu de boulonner les collecteurs et les plaques de brans- mission de chaleur, avec ou sans un ou plusieurs blocs distributeurs, on peut les assembler par soudage par fusion, soudage à la soudure, brasage, vulcanisation ou cémentation,
Le nombre de plaques de transmission de chaleur à employer dans un échangeur de chaleur ou dans une section d'un tel dispositif dépend de la quantité de chaleur à fournir ou à absorber, et, si on le désire,
des échangeurs de chaleur comme ceux décrits ci-dessus peuvent être connectés entre eux en série.
En outre, les courbes formées par les rainures peuvent être autres que sinusoïdales, ou bien, les rainures peuvent être rccti-
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lignes. De plus, les rainures formées sur les faces opposées des
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plaques de 1.éh81'eur de chaleur peuvent suivre une direction générale relative, ou être inclinées les unes par rapport aux autres, sous un angle autre que 90 .
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Les éahaii--eurs de chaleur décrits ci-dessus peuvent être utilisés 8u. vue d'une circulation, de ;a4, de vapeurs ou de leurs :¯Glar:ßes, ou de liquides. L'un des fluides peut être un liquide, tandis que l'autre ou les autres fluides peuvent être un gaz, de la vapeur ou un mélange de gaz et de vapeur.
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Les échaJ:1....:eurs de chaleur suivant l'invention peuvent être utilisés pour chauffer ou pour refroidir un ou des fluides et sont particulièrement indiqués pour des condenseurs* La forme ,165 collecteurs et des pIa ¯lues de Pâcha±l6ur de chaleur peut différer de celle décrite ci-dessus, ces éléxients 2jl:!V8L.t êtr''-'' circulaires, elliptiques, oblonjs, ou présenter toute autre forme voulue-
La boîte de distribution peut être établie en une matière calorifuge.
REVENDICATIONS.
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1 - Sénateur de chaleur comprenant une série de plaques de transmission de chaleur, chaque plaque présentant sur une face un nombre de rainures orientées dans la même direction générale, de manière à former une série de passades pour le fluide, l'autre face de chaque plaque présentant un nombre de rainures similaires orientées sous un angle par rapport à celles de la preiaière.
face et formant une deuxième série de passades pour le fluide, indépen- dente de la première série, la disposition étant telle que, lorsque les plaques sont associées, elles présentent sur des faces en regard des rainures orientées dans le même sens, tandis que des
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successives de séries de rainures sont décalées al1f;ulaire#.eii.t les unes par rapport aux autres..