EP1170565A1 - Echangeur de chaleur du type à deux voies d'écoulement de fluide - Google Patents

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EP1170565A1
EP1170565A1 EP01401802A EP01401802A EP1170565A1 EP 1170565 A1 EP1170565 A1 EP 1170565A1 EP 01401802 A EP01401802 A EP 01401802A EP 01401802 A EP01401802 A EP 01401802A EP 1170565 A1 EP1170565 A1 EP 1170565A1
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EP
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heat exchanger
exchanger according
suction
flow channels
plates
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Withdrawn
Application number
EP01401802A
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German (de)
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Inventor
Tanguy Claude Jean Morel
Olivier Claude Savin
Yannick Thérèse Nicole Assouad
Hélène Béatrice Fourquet
Susan Kathleen Rose
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D'ETUDES ET DE CONSTRUCTIONS AERO-NAVALES Ste
Original Assignee
D'ETUDES ET DE CONSTRUCTIONS AERO-NAVALES Ste
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/04—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by preventing the formation of continuous films of condensate on heat-exchange surfaces, e.g. by promoting droplet formation
    • 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
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators

Definitions

  • the invention relates to a two-way type heat exchanger fluid flow, in particular crossed or parallel, a first channel comprising a plurality of flow channels of a first fluid cooling, such as water, and the second path comprising a plurality of flow channels of a gaseous fluid such as air.
  • the invention aims to provide a heat exchanger which overcomes the drawback which has just been stated of known heat exchangers.
  • the heat exchanger according to the invention is characterized in that it comprises means for evacuation by suction of water condensed at the outputs of the air flow channels.
  • the water accumulated at the ends channels is sucked through recesses which communicate with a space in which a depression reigns.
  • a heat exchanger comprises, superimposed, alternately and so as to cross, a channel 2 for the flow of a cooling fluid, such as water and a channel 3 flow of a gaseous fluid such as air.
  • a channel 2 or 3 is delimited between two walls 5 in the form of plates, parallel and rectangular. This way is closed by side wall elements 7 with two opposite sides and open at the other two parallel sides.
  • the space thus delimited is subdivided into a plurality of flow channels 8 by parallel separation fins 9.
  • the fins are part of a spacer consisting of a sheet configured to present a zigzag profile.
  • the the shape of the interlayer in the direction of flow can be arbitrary.
  • the plate-shaped walls 5 extend beyond the ends 11 air flow channels, i.e. the ends of the interlayer delimiting these channels, according to a predetermined distance. This part of plates is therefore free of fins.
  • Figure 1 also shows that in the water flow path 2, the space 15 between two spaces 14 is also free of fins 9. This space 15 delimited laterally by an end wall 7, on the one hand, and the outer fin 9 formed by the end branch of the interlayer or other end wall is connected in a non- shown in a space not shown in which there is a depression.
  • An essential characteristic of the invention resides in the fact that the walls 5 have in their exposed part 14, near the ends 11 air flow channels, through recesses 17 which open out then in a space 15 in which reigns a low depression.
  • These recesses 17 have the function of allowing the suction of the water which has condensed on the walls of the fins and reached under the effect of the flow of the water in the channels at the ends 11. This water is therefore discharged by suction through the recesses 17.
  • These recesses 17 prevent the accumulation of condensate at the ends 11 and thus the release of this water in the form of "spontaneous waves". They are provided at a distance relatively small appropriate ends.
  • Figures 2 and 3 show two particularly configurations advantageous of the ends of the fins 9.
  • the objective of these configurations is to modify the geometry of the exchanger and create pressure gradients in order to overcome capillary forces, which tend to retain water in the fins.
  • the ends are curved or arched so that the middle part of each fin is set back and the condensate is pushed by the air which flows in the channel towards the plate part clear 14 and thus towards the suction recesses 17.
  • each fin end 11 is cut at the top and bottom at 19 along an L-shaped line so that the middle part shows the U-shaped, the base 20 of which projects in the direction of the air flow.
  • the suction recesses 17 are formed in the plate parts 14 in the L-shaped cutting area
  • This second variant amounts to placing the recesses 17 at the end air channels.
  • FIG. 1 shows, by way of example at 27, recesses opening out in a coolant channel.
  • the invention provides suction ports at the outlets of flow channels 17 or suction ports opening at 27 either in a fluid channel of cooling, i.e. in a low vacuum space 15.
  • FIG. 4a illustrates several embodiments of the suction recesses 17 to 27.
  • the recesses 17 are formed by circular holes 22.
  • each recess has the shape of a substantially rectangular slot 23.
  • Three slots are aligned on the width of the suction part 14.
  • the recess 17 has the shape of an S-shaped slot 24. Over the width of the suction part 14 three slots 24 are aligned and arranged so that they overlap at their ends. So you get an effect full width suction without interruption while avoiding weakening mechanical resistance of the wall.
  • the embodiment version of the recesses according to FIG. 4d presents the particularity that two rows of parallel holes are made in the part 14.
  • the two sets of holes are offset in the direction of air flow.
  • the holes in the two rows are arranged so that a hole in one row is between two holes in the other row.
  • These holes can of course have any appropriate and different shape in the two rows.
  • a row has circular holes 25 and holes triangular 26.
  • the end shapes of the fins and the shapes of the recesses which are shown in the figures, are only given as examples and can be modified provided that water is sucked on the wall of channels along these channels and / or reaching the ends of the fins and which would accumulate there without this evacuation through the recesses.
  • the coolant could be of any other nature suitable and be refrigerant, any liquid other than water or even be air.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur. Cet échangeur est du type comportant au moins une voie (2) d'écoulement d'un fluide de refroidissement, tel que de l'eau, du réfrigérant ou même de l'air, et au moins une seconde voie (3) d'écoulement d'un fluide tel que de l'air, au moins la seconde voie comportant une pluralité de canaux d'écoulement (8). L'échangeur est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (17) d'évacuation par aspiration de l'eau qui s'était condensée sur les parois des canaux (3) d'écoulement d'air. L'invention est utilisable dans des échangeurs de chaleur. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un échangeur de chaleur du type à deux voies d'écoulement de fluide, notamment croisées ou parallèles, une première voie comportant une pluralité de canaux d'écoulement d'un premier fluide de refroidissement, tel que de l'eau, et la seconde voie comportant une pluralité de canaux d'écoulement d'un fluide gazeux tel que de l'air.
Dans les échangeurs de chaleur de ce type, qui sont connus, l'air qui s'écoule à travers les canaux de la seconde voie est refroidi par l'eau à une température proche de celle de cette eau. Par conséquent, une partie de l'humidité contenue dans l'écoulement d'air se condense sur les parois des canaux. Pour des raisons thermiques, les canaux peuvent être étroits dans au moins une de leur dimension et des forces capillaires peuvent donc s'exercer sur le condensat qui s'accumule alors sur les parois des canaux. La première conséquence est que des quantités importantes de condensat peuvent être entraínées par le flux d'air lors d'une augmentation de débit d'air. Ce phénomène appelé « vague » est inacceptable pour certaines applications. Deux autres conséquences de cette accumulation sont une augmentation de la perte de charge de l'échangeur sur ce circuit air et une diminution des échanges thermiques de par l'épaisseur d'eau retenue sur les ailettes.
L'invention a pour objectif de proposer un échangeur de chaleur qui pallie l'inconvénient qui vient d'être énoncé des échangeurs de chaleur connus.
Pour atteindre ce but, l'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation par aspiration de l'eau condensée aux sorties des canaux d'écoulement d'air.
Selon une caractéristique de l'invention, l'eau accumulée aux extrémités des canaux est aspirée à travers des évidements qui communiquent avec un espace dans lequel règne une dépression.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaítront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un échangeur de chaleur selon la présente invention ;
  • les figures 2 et 3 sont des vues en perspective, avec arrachement, de deux autres versions de réalisation de l'échangeur de chaleur, selon la figure 1, et
  • les figures 4a, b, c, d sont des vues en direction de la flèche IV de la figure 1 et montrent quatre possibilités de configuration d'évidements d'aspiration d'eau de l'échangeur de chaleur selon l'invention.
Comme il ressort des figures, un échangeur de chaleur selon la présente invention, comprend, superposées, de façon alternée et de façon à se croiser, une voie 2 d'écoulement d'un fluide de refroidissement, tel que de l'eau et une voie 3 d'écoulement d'un fluide gazeux tel que de l'air. Une voie 2 ou 3 est délimitée entre deux parois 5 en forme de plaques, parallèles et rectangulaires. Cette voie est fermée par des éléments de paroi latérale 7 à deux côtés opposés et ouverte aux deux autres côtés parallèles. L'espace ainsi délimité est subdivisé en une pluralité de canaux d'écoulement 8 par des ailettes de séparation parallèles 9. Dans l'exemple représenté sur les figures, les ailettes font partie d'un intercalaire constitué d'une feuille configurée de façon à présenter un profil en zigzag. La forme de l'intercalaire dans le sens de l'écoulement peut être quelconque.
Comme on le voit sur la figure 1, dans un échangeur de chaleur selon l'invention, les parois en forme de plaque 5 s'étendent au-delà des extrémités 11 des canaux d'écoulement d'air, c'est-à-dire des extrémités de l'intercalaire délimitant ces canaux, selon une distance prédéterminée. Cette partie des plaques est donc exempte d'ailettes. La figure 1 montre également que dans la voie d'écoulement de l'eau 2, l'espace 15 entre deux espaces 14 est également dégagé d'ailettes 9. Cet espace 15 délimité latéralement par une paroi d'extrémité 7, d'une part, et l'ailette 9 extérieure formée par la branche d'extrémité de l'intercalaire ou d'une autre paroi d'extrémité est reliée d'une façon non représentée à un espace non représenté dans lequel règne une dépression.
Une caractéristique essentielle de l'invention réside dans le fait que les parois 5 comportent dans leur partie dégagée 14, à proximité des extrémités 11 des canaux d'écoulement d'air, des évidements traversant 17 qui débouchent alors dans un espace 15 dans lequel règne une faible dépression. Ces évidements 17 ont pour fonction de permettre l'aspiration de l'eau qui s'est condensée sur les parois des ailettes et parvenue sous l'effet de l'écoulement de l'eau dans les canaux aux extrémités 11. Cette eau est donc évacuée par aspiration à travers les évidements 17. Ces évidements 17 empêchent l'accumulation du condensat aux extrémités 11 et ainsi le dégagement de cette eau sous forme de "vagues spontanées". Ils sont prévus à une distance relativement faible appropriée des extrémités.
Les figures 2 et 3 montrent deux configurations particulièrement avantageuses des extrémités des ailettes 9. L'objectif de ces configurations est de modifier la géométrie de l'échangeur et de créer des gradients de pression afin de vaincre les forces capillaires, qui ont tendance à retenir l'eau dans les ailettes. Dans la version représentée sur la figure 2, les extrémités sont courbes ou arquées de façon que la partie médiane de chaque ailette soit en retrait et le condensat soit poussé par l'air qui s'écoule dans le canal vers la partie de plaque dégagée 14 et ainsi en direction des évidements d'aspiration 17. Dans la version selon la figure 3, chaque extrémité d'ailette 11 est découpée en haut et en bas en 19 le long d'une ligne en forme d'un L de façon que la partie médiane présente la forme d'un U dont la base 20 est en saillie en direction de l'écoulement de l'air. Les évidements d'aspiration 17 sont pratiquées dans les parties de plaque 14 dans la zone de découpe en L.
Cette deuxième variante revient à mettre les évidements 17 à l'extrémité des canaux d'air. On peut cependant aussi envisager de mettre les évidements 17 plus en amont dans les canaux air sur une ligne ou repartis de manière à optimiser l'aspiration qui se fait alors soit dans un espace séparé des canaux de refroidissement, soit directement dans les canaux du fluide de refroidissement.
La figure 1 montre, à titre d'exemple en 27, des évidements débouchant dans un canal du fluide de refroidissement. Bien entendu on pourrait prévoir plusieurs lignes d'évidements débouchant dans des canaux de refroidissement, différents, décalés dans la direction d'écoulement de l'air. Ainsi, l'invention prévoit des orifices d'aspiration au niveau des sorties de canaux d'écoulement 17 ou des orifices d'aspiration débouchant en 27 soit dans un canal de fluide de refroidissement, soit dans un espace de faible dépression 15.
Les figures 4 à 4d illustrent plusieurs versions de réalisation des évidements d'aspiration 17 à 27. Sur la figure 4a, les évidements 17 sont formés par des trous circulaires 22. Sur la figure 4b, chaque évidement présente la forme d'une fente sensiblement rectangulaire 23. Trois fentes sont alignées sur la largeur de la partie d'aspiration 14. Dans la version représentée sur la figure 4c, l'évidement 17 présente la forme d'une fente en forme d'un S 24. Sur la largeur de la partie d'aspiration 14 trois fentes 24 sont alignées et disposées de façon qu'elles se chevauchent au niveau de leurs extrémités. Ainsi on obtient un effet d'aspiration sur toute la largeur sans interruption tout en évitant un affaiblissement mécanique de la résistance de la paroi.
La version de réalisation des évidements selon la figure 4d présente la particularité que deux rangées de trous parallèles sont pratiquées dans la partie d'aspiration 14. Les deux séries de trous sont décalées dans la direction de l'écoulement de l'air. Les trous des deux rangées sont disposés de façon qu'un trou d'une rangée se trouve entre deux trous de l'autre rangée. Ces trous peuvent bien entendu avoir toute forme appropriée et différente dans les deux rangées. Ainsi, sur la figure 4d une rangée comporte des trous circulaires 25 et des trous triangulaires 26.
De façon générale, les formes d'extrémité des ailettes et les formes des évidements, qui sont représentées sur les figures, ne sont données qu'à titre d'exemples et peuvent être modifiées à condition d'assurer l'aspiration de l'eau sur la paroi de canaux tout au long de ces canaux et/ou parvenant aux extrémités des ailettes et qui s'y accumulerait sans cette évacuation à travers les évidements. Bien entendu, le fluide de refroidissement pourrait être de toute autre nature appropriée et être du réfrigérant, tout autre liquide que l'eau ou même être de l'air.

Claims (14)

  1. Echangeur de chaleur du type comprenant au moins une voie d'écoulement d'un fluide de refroidissement, tel que de l'eau, du réfrigérant ou même de l'air, et au moins une seconde voie d'écoulement d'un fluide tel que de l'air, au moins la seconde voie comportant une pluralité de canaux d'écoulement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation par aspiration de l'eau qui s'était condensée sur les parois des canaux d'écoulement d'air.
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation comportent des orifices d'aspiration (17) qui communiquent avec les canaux d'écoulement du fluide de refroidissement.
  3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration sont prévus aux sorties (11) des canaux d'écoulement de fluide gazeux (8).
  4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation de l'eau comportent des orifices d'aspiration (17) prévus au niveau des sorties (11) des canaux d'écoulement (8).
  5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices d'aspiration (17) communiquent avec un espace (15) dans lequel règne une dépression.
  6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les canaux d'écoulement d'air (8) sont juxtaposés et formés entre deux plaques sensiblement parallèles (5), caractérisé en ce que lesdites plaques (5) s'étendent en (14) au-delà des extrémités (11) des canaux d'écoulement d'air (8) et en ce que les orifices d'aspiration (17) sont formés par des évidements traversants communiquant avec ledit espace à dépression (15).
  7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'espace précité (15) est délimité dans la voie d'écoulement (2) de l'eau de refroidissement et en ce que les évidements d'aspiration (17) débouchent dans cet espace (15).
  8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les extrémités (11) des parois (9) délimitant les canaux d'écoulement d'air (8) entre les deux plaques (5) présentent une forme assurant un acheminement du condensat vers les orifices d'aspiration (17).
  9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les extrémités (11) des parois de délimitation (9) des canaux d'écoulement (8) entre deux plaques (5) présentent une forme courbe de façon que l'extrémité soit en retrait dans sa partie médiane.
  10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'extrémité (11) d'une paroi (9) de délimitation des canaux d'écoulement d'air entre les deux plaques (5) sont configurées de façon que la partie médiane soit en saillie dans la direction d'écoulement de l'air par rapport aux parties adjacentes aux plaques (5) et en ce que les orifices d'aspiration (17) sont prévus sensiblement en dessous des parties en saillie.
  11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les évidements d'aspiration (17) sont formés par au moins une série de trous (22) répartis sur la largeur de la partie en saillie (14) des plaques (5).
  12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les évidements d'aspiration (17) sont formés par au moins une rangée de fentes (23) alignées sur la largeur de la partie (14) des plaques (5).
  13. Echangeur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en Ce qu'une fente (23) présente la forme d'un S (24) et en ce que les fentes sont alignées de façon à se chevaucher au niveau de leurs extrémités.
  14. Echangeur de chaleur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux rangées de trous (25, 26), le cas échéant de forme différente, un trou d'une rangée se trouvant au milieu d'un trou d'une autre rangée.
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