WO2013142924A1 - Corps d'échangeur et échangeur - Google Patents

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WO2013142924A1 PCT/BE2013/000013 BE2013000013W WO2013142924A1 WO 2013142924 A1 WO2013142924 A1 WO 2013142924A1 BE 2013000013 W BE2013000013 W BE 2013000013W WO 2013142924 A1 WO2013142924 A1 WO 2013142924A1
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Luc Prieels
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Ateliers de Construction de Thermo Echangeurs SA
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    • 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
    • F28D9/04—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 being formed by spirally-wound plates or laminae
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange body between at least a first fluid and a second fluid.
  • DE 3418561 discloses an exchanger made of polymeric material, the exchange body comprising two interconnected and spirally wound walls for defining a substantially spiral passage or channel between an adjacent inlet of an end of the spiral body and an outlet adjacent to the other end of the spiral body.
  • Such an exchange body has the disadvantage of creating a very significant pressure drop and ensuring only a limited heat exchange by the choice of materials and the direction of the fluid flow in the spiral channel with respect to the direction of the fluid flowing between the faces of two adjacent spirals.
  • said element being wound to form an at least partially spiral structure extending in said duct so as to define in the duct between adjacent spiral faces one or more channels for the first fluid FB,
  • the first sheet and the second sheet forming the element are deformed to form respectively a first series of channels and a second series of channels, the edge of the channels of the first series of the first sheet facing the second sheet contacting the edge of of the second series of the second sheet forcing said second fluid to travel a path between the distributor and the manifold formed by both channels of the first series and channels of the second series, it was possible to ensure excellent heat exchange, while limiting or avoiding
  • the exchange body adapted to be placed in a conduit or a chamber for guiding flow of the first fluid into or towards the body of one exchange comprises:
  • said element being constituted by two sheets made of a heat-conducting material, said sheets being connected to each other at least in the vicinity of their longitudinal edges to define between them one or more internal channels for said second fluid, said element being wound to form an at least partially spiral structure extending into said conduit so as to define in the conduit between the adjacent spiral faces one or more channels for the first fluid,
  • substantially radial distributors for bringing said second fluid into the element in the vicinity of a first longitudinal edge at the different turns, and at least one, preferably at least two substantially radial collectors for collecting said second fluid after passing through said element , said collector being adapted to collect said second fluid in the vicinity of the second edge
  • sheet made of a heat conductive material means a sheet having an average thickness
  • the sheet made of heat conductive material has a small thickness (for example less than 2 mm) or areas of small thickness and a heat transfer coefficient greater than 20 W / m.K.
  • channels or a portion thereof advantageously extend in a direction forming an angle with respect to the central axis of the spiral for example an angle of 15 ° to 60 °, in particular about 30 ° to 45 °.
  • the first and second sheets are advantageously metallic, in particular of low carbon stainless steel, for example with a in carbon of less than 0.2% by weight.
  • the stainless steel is of the ferritic type.
  • the first and second sheets are made of steels having a differentiated expansion, so that the sheet facing outwardly of a spiral has a coefficient of expansion
  • stainless steel for example, steels having a thermal conductivity at 100 ° C. of greater than 20 W / m.sup.-2 ° C., advantageously between 25 and 35 W / m.sup.-2 ° C. (in particular at least greater than 20.degree. 26 W / m 2 ° C, and a coefficient of thermal expansion for both 0 to 200 ° C and 0 to 600 ° C less than 12 10 6 / ° C, particularly less than 11.5 10 " 6 / ° C.
  • Mention may be made, for example, of 409/410 steels with 10 to 14% Cr, 430 steel with 14 to 17% chromium, and high chromium steels (17 to 30%). stabilized steels 430Ti, 439 and 441, etc.
  • austenitic more specifically those of the 300 series, such as, for example, stainless steels 304, 309, 310, 316, 317, 321, 347, 348, duplex stainless steels, for example steels S32101, S32304, S32003, S31803, S32205, ATI 20- 25 + Nb ® alloys, AFA alloys (alumina-forming stainless steels), Nickel-based alloys, for example alloys 600, 601, 625, 617, 718, Inconel, alloy X, alloy 214, titanium-based alloys, etc.
  • the sheets may also be made of organic material, in particular polymer,
  • lOW / m.K advantageously greater than lOW / m.K, preferably greater than 20 W / m.K.
  • the following materials may for example be mentioned as organic matter: PE, PP, PET, ABS, PC, PEEK, PVDF, etc., whereas, as an example of a filler, mention may be made of
  • the sheets may also have a composite structure, for example a metal layer and one or more organic layers.
  • the exchange body has one or more of the
  • the depth of the channels of the first series and of the second series is less than 10 mm, advantageously less than 7 mm, preferably less than 5mm, more specifically between 1mm and 4mm, and / or
  • the maximum width of the channels of the first series or of the second series is less than 30 mm, advantageously less than 15 mm, preferably less than 10 mm, for example between 1 mm and 6 mm, and / or
  • the radial distance separating the faces turned towards each other by two successive turns is between 1 mm and 100 mm, advantageously between 5 mm and 70 mm, preferably between 10 mm and 50 mm, and / or
  • collector has at least one curved local component along at least the winding of a turn, in particular over an angular zone of 10 °,
  • collector has an axial component whose length substantially corresponds to the axial length of the exchange body, and / or
  • the sheets forming the spiral element are welded to each other substantially along their longitudinal edges and in a discontinuous manner between said longitudinal edges, and / or
  • the sheets are welded together or attached to one another in a series of zones and / or points between said longitudinal edges of the sheets, and / or
  • the number of zones and / or points of attachment, for example of welding, of the sheets between them, between their longitudinal edges is more than 100 per m 2 , advantageously more than 1000 per m 2 , preferably more than 5000 per m 2 , said weld points being advantageously distributed substantially homogeneously, and / or
  • the exchange body comprises one or more means for controlling the expansion of the portions of turns extending between two successive distributors or two successive collectors, and / or
  • the means for controlling the expansion of the portions of turns extending between two distributors or two collectors are aligned along substantially a radial plane, and / or
  • the distributors or the collectors have a passage section widening at most one deviates from the central axis of the exchange body, and / or
  • the or one or more distributors and / or collectors are associated with at least one means for guiding the first fluid entering the space between turns, and / or
  • the exchange body has an axial central channel serving either to bring the second fluid to distributors or to receive the second fluid from collectors, or to connect two successive exchange bodies, or to receive another body of exchange.
  • the invention also relates to an exchanger comprising at least one chamber in which is housed at least one exchange body according to the invention having one or more characteristics given in any of the appended claims, and at least one distributor or a chamber to distribute the first fluid between the turns of the exchanger.
  • the exchanger advantageously comprises conduits for feeding and discharging said first fluid and said second fluid, as well as advantageously a chamber for collecting the first fluid after passing through the exchange body.
  • the subject of the invention is also a method for transferring calories or frigories between at least a first fluid and a second fluid, by means of an exchanger according to the invention,
  • the second fluid is distributed via one, but advantageously, radial distributors in the inner channels of the element in the vicinity of a first longitudinal edge of the element, and in which the second fluid is collected after passing through internal channels of the element via one or radial collectors.
  • Figure 1 is a perspective view of an exchange body according to the invention.
  • FIG. 2 is a front view of the exchange body of Figure 1;
  • Figure 3 is a sectional view along the line III -III of the exchange body of Figure 1;
  • Figure 4 is a front view of another embodiment of an exchange body according to the invention;
  • Figure 5 is a top view of the exchange body of Figure 4;
  • Figure 6 is a front view of an embodiment similar to that of Figure 4.
  • Figure 7 is a top view of the exchange body of Figure 6;
  • Figure 8 is a front view of another embodiment similar to that of Figure 4.
  • Figure 9 is a top view of the exchange body of Figure 8.
  • FIG. 10 is a detail of an exchange body according to the invention.
  • Figure 11 a top view of a form of
  • Figure 12 is a side view of the exchange body of Figure 11;
  • Figures 13 and 14 are sectional views along lines XIII-XIII and XIV-XIV of the exchange body of Figure 11;
  • Figure 15 is an enlarged view, partially exploded, of a section of two sheets attached, for example welded together to define the element in which flows the second fluid FA;
  • Figure 16 is a partial plan view of the faces of the sheets supported on one another to form the element of which a section is shown in Figure 15;
  • FIG. 17 is a diagrammatic embodiment of a fluid distributor or collector FA flowing in the channels formed between the two sheets forming the exchange body,
  • Figure 18 is a schematic perspective and exploded view of a dispenser or manifold of Figure 17;
  • FIGS. 19A, 19B and 19C are diagrammatic sectional views of the element consisting of two sheets attached to each other and represented by a single line, said element being wound on itself to form adjacent turns but distant from each other;
  • FIG. 20 schematically shows in section a radial zone of the element wound on itself, said zone having a curvature adapted to take up and control the effect of the expansion between the sheets, and between the turns;
  • Figure 21 is a schematic sectional view of an exchanger according to the invention.
  • Figs. 22A, 22B, 22C, 22D and 22E are cross-sectional views of various embodiments of two sheets connected to each other by various means, and
  • Figs. 23A to 23H are sectional views of two sheets attached to each other.
  • FIG. 1 represents a heat exchange body 1 between at least one first fluid FB and a second FA fluid.
  • the exchange body 1 is adapted to be housed in a conduit 2 (shown in phantom) in which the first fluid FB flows, said exchange body comprising:
  • said element 3 situated at least partially in said duct 2, said element 3 consisting of two sheets 30, 31 (see FIGS. 15 and 16) made of a heat-conducting material, said sheets being connected to one another; other at least in the vicinity of their longitudinal edges 30A, 30B, 31A, 31B to define therebetween one or inner channels 32 for said second fluid FA, said element 3 being wound to form a structure (3) at least partially spiral s extending into said duct 2 so as to define in the duct between the outer faces of adjacent turns one or more channels 36 for the first fluid FB, and
  • the length of the exchanger or the exchange body may be any relative to the outer diameter of the exchange body. In one embodiment advantageously, the exchange body has a length L less than the diameter D of the exchange body 1.
  • the diameter of the exchange body is understood to mean its equivalent diameter measured in a plane perpendicular to the central axis of the spiral, namely the ratio between 4 times the area defined by the outermost turn and the perimeter of the outermost turn.
  • the ratio between the diameter of the outermost or remote turn of its axis and the length of the exchange body is advantageously between 0.3 and 30, preferably between 0.5 and 5.
  • the first sheet 30 and the second sheet 31 forming the element 3 are deformed to form respectively a first series of channels 33 and a second series of channels 34 along their faces to be turned towards each other. 'other.
  • the extreme edge 33A of the channels 33 of the first series of the face of the first sheet 30 facing the second sheet 31 is in contact with the extreme edge 34A of one or more channels 34 of the second series of the second sheet 31 causing said second fluid FA to travel a path between one or more distributors 4 and one or collectors, this path being formed by both channels of the first series and channels of the second series, (see Figure 15 - 16)
  • the depth P33, P34 of the channels 33, 34 of the first series and of the second series is less than 10 mm, advantageously less than 7 mm, preferably less than 5mm, more specifically between 1mm and 4mm.
  • the maximum width W 1 of the channels 33, 34 of the first series or of the second series is less than 30 mm, advantageously less than 15 mm,
  • the minimum radial distance drm or radial distance separating the faces facing each other from the bottoms of the channels 33, 34 of two successive turns is between 1 mm and 100 mm, advantageously between 5 mm and 70 mm, preferably between 8 mm and 50 mm. This minimum distance corresponds substantially to the sum of the depths P33, P34 of the channels.
  • the path of the second fluid FA between the distributor 4 and the collector 5 advantageously has at least one substantially curved component following the winding of a turn over at least 30 °, advantageously at least 45 °. This increases the exchange
  • the path of the fluid FA between the distributor 4 and the collector 5 has an axial component whose length substantially corresponds to the axial length L of the exchange body 1.
  • the sheets 30, 31 forming the spiral element are attached (advantageously welded) substantially continuously to one another substantially along their longitudinal edges 30LG, 30LD, 31LG, 31LD (the 30LG edge being attached or welded to edge 31LG, while edge 30LD is attached or welded to edge 31LD); and discontinuously (point by point) between said longitudinal edges 30LG, 30LD, 31LG, 31LD.
  • the spiral element can also be obtained by folding a sheet so that one part of the sheet covers the other part of the sheet. In this case, a longitudinal edge is formed by the fold line.
  • the sheets 30, 31 are attached or welded to each other in a series of points between said longitudinal edges.
  • weld or fastening point located between said longitudinal edges means a weld zone or an attachment zone defining a weld surface or an attachment surface of less than 100 mm 2 , advantageously less than 50mm 2 , especially 1mm 2 or less.
  • Such points of welding or attachment are
  • the number of welds or fasteners is important. This number of solder points or
  • the attachment of the sheets to one another between their longitudinal edges is preferably more than 100 per m 2 , preferably more than 1000 per m 2 , preferably more than 5000 per m 2 .
  • the density of weld points is advantageously distributed substantially homogeneous manner.
  • each square sub-area of 100 cm 2 is extending in said area of 1m 2 has a spot density of solder or attachment between 0.5 x DPS and 1.5 x DPS, in particular between 0.75 x DPS and 1.25 x DPS.
  • FIG. 22A shows different ways to attach the sheets together.
  • the sheets are interconnected by glue dots 100.
  • FIG. 22B the sheets are interconnected by stamping in zones 101.
  • FIG. 22C the sheets 30, 31 are interconnected. by brazing zones 102, for example aligned.
  • FIG. 22D the sheets 30, 31 are interconnected by a series of studs 103 each having a central passage 104.
  • FIG. 22E the sheets 30, 31 are interconnected by soldering points 105 and by lines of FIG. 106. It is clear that the forms of
  • the exchange body 3 comprises a central channel 35, which, if it is open, can allow the passage of the first fluid FB and a series of passages 36 defined between the turns of the body of FIG. exchange 3.
  • FB fluid passing through the central passage ensures a low pressure drop for the fluid FB and mixes with the fluid FB leaving the passages 36.
  • the fluid FA flows in the channels 33,34 formed between the two sheets 30,31, this fluid being brought by
  • the radial distributors 4 are distant from each other and have a passage section (perpendicular to the average flow of FA
  • the dispenser has a series of slit-like openings forming a passage for the fluid FA with the inner space 33, 34 of the turns defined between the sheets 30, 31.
  • the slits and the dispenser section are selected to provide a flow rate of FA fluid per unit volume of channels 33,34 substantially constant.
  • a larger amount of FA fluid is introduced into the coil farthest from the axis of the spiral body 3.
  • the FA fluid is fed to the various distributors by an outer ring 40 bringing the FA fluid to the distributors.
  • This ring 40 is advantageously associated with a flange for attaching the conduit 2 to another conduit for the fluid FB.
  • the collectors 5 are connected to an outer ring 50 to collect the fluid FA leaving the collectors 5.
  • This ring 50 is also advantageously associated with a flange.
  • the exchange body is of the counter-current type, the fluid FB flowing in a direction from a first end (30B, 31B) of the exchange body to the second end
  • the fluid FA is fed into the channels 33, 34 formed between the sheets 30, 31 both along a first longitudinal edge of the sheets 30, 31, and the second edge. longitudinal leaf 30,31.
  • the fluid FA is collected on either side of the exchange body 3.
  • the distributors 4 are for example interconnected by a pipe 60,61, while the fluid FA leaving the collectors is for example brought to conduits 62,63.
  • the central channel 35 may optionally be closed at the first end, to prevent the fluid FB to pass.
  • the central channel 35 serves as a means for bringing the fluid FA to the distributors 4, the fluid leaving the channels 33,34 formed between the sheets 30,31 is collected in the collectors 5 to be evacuated via an outer ring 50.
  • the central channel 35 is formed by a tube 35A adapted to prevent the passage of fluid FB in said central channel 35.
  • dispenser 4 preferably has a longer passage section
  • Figures 6 and 7 is similar to that of Figures 4 and 5, except that the FA fluid is brought by a outer ring 40 (bringing the fluid FA connecting the different
  • each distributor 4 is fed separately, each distributor 4 having an opening 47, for example located along the face extending in a plane perpendicular to the central axis of the body
  • the collectors 5 are also each provided with a drain 57.
  • the location of the opening 47 and the outlet 57 is advantageously located substantially at mid-way of the different orifices allowing the passage of fluid FA to or out of the channels defined between the sheets 30,31.
  • the dispensers can therefore be used in embodiments to be fed in the vicinity of the central channel and / or in the vicinity of the periphery and / or by an inlet located between the adjacent end of the central channel central channel 35 and the peripheral end. for example at a middle position.
  • the dispensers are supplied with several points or zones.
  • the collectors can thus be used in embodiments to collect the fluid in the vicinity of the central channel and / or
  • the collectors are fed at several different points or zones.
  • FIG. 17 is a sectional view showing an advantageous means for communicating the channels 33, 34 defined between the sheets 30, 31 with a collector or a distributor 4,5.
  • the sandwich assembly of the sheets 30, 31 is wound to form a spiral with a spacing E between the turns defined by the sheets.
  • each of the turns formed by the two sheets 30,31 is partially engaged in one of the slots 71.
  • a weld seam 75 or a seal then ensures sealing between the turns and the plate 70 and its wings 70A, 70B.
  • the end of the part of the turn engaged in the slot 71, cut between the flanges 70A, 70B, is cut (broken lines) so as to create an opening between the volume defined at the rear of the plate 70 and the interior volume. turns.
  • the plate 70 is then associated with a cover 72 so as to form a channel capable of serving either for dispensing fluid FA at the different turns or for collecting fluid FA coming out of the different turns, (see FIG. 18).
  • FIGS. 19A-C are schematic cross-sectional views of the element consisting of two sheets 30, 31 attached to each other and represented by a single line, said element being wound on itself to form adjacent turns but distant from each other.
  • the element is wound in the anti-clockwise direction with a substantially circular section, while in Figures 19B and 19C the section of a turn is respectively substantially square and triangular.
  • this effect can also be taken up by radial zones ZR of the element 1, for example all the turns of
  • the element present in the radial zone ZR have a curvature adapted to follow a controlled expansion.
  • broken lines there is shown the portion of the turns of the zone ZR after expansion. Other means are naturally possible to resume dilation effects.
  • the distributors 4 and the collectors 5 have a passage section
  • FIGS. 23A to H show in section diagrammatically the assembly of the sheets 30, 31 wound to form the element 1.
  • Fig. 23A the edges of the sheets 30, 31 are superimposed to define a minimum spacing along the extreme edges 30LD, 30LG; 31LD, 31LG.
  • the edges of the sheets 30, 31 are connected to one another by means of a profile 400.
  • a sheet is folded on itself to form the section 31 and the section 30, as well as the longitudinal edges.
  • edges 30LG, 31LG are interconnected by a fold of the sheet, while the edges
  • 30LD, 31LD are interconnected by end plates of the overlapping sheet and attached to each other for example by means of a weld seam or bead of glue.
  • the spiral winding assembly consists of an extruded hollow assembly 401 thereby forming the edges 30LD, 31LD and 30LG, 31LG interconnected. This set after being stamped to define channels between the sheets 30,31 is spirally wound.
  • Such an assembly is for example made of plastic material.
  • FIG. 23E is a cross-sectional view of an assembly similar to the assembly of FIG. 23A, except that the sheets 30, 31 are made by two sections connected together by a weld bead 402. .
  • FIGS. 23F, 23G and 23H are similar to those of the embodiments of FIGS. 23B, 23C and 23D, except that the sheets 30, 31 are each composed of two parts.
  • the exchange body shown in the figures can be placed in a chamber C1 of an exchanger provided with pipe 100 to bring the fluid FB, another pipe 101 to evacuate the fluid FB after its passage through the exchange body, a pipe to bring the fluid FA to the distributors 4 and a pipe for discharging the fluid FA collected by the collectors 5.
  • the fluid FB is fed into a prechamber C2 having a wall 103 adapted to distribute the fluid in the passages formed between the successive turns.
  • This wall 103 is for example provided with fins to generate a certain oblique or inclined movement to the flow FB in the passages formed between the turns. This then makes it possible to increase the heat exchange rate.
  • the 21 makes it possible to transfer calories or frigories between at least a first fluid FB and a second fluid FA.
  • the first fluid FB is brought into the channels formed between the adjacent spiral faces of the element wound at least partially in spiral, while the second fluid is distributed via radial distributors 4 (supplied with fluid by the 40) in the inner channels 33,34 of the element in the vicinity of a first longitudinal edge of the element, and in which the second fluid FA is collected after its passage in the inner channels of the element 1 via a or radial collectors.

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Description

Corps d'échange et échangeur
La présente invention a pour objet un corps d'échange thermique entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide.
On a déjà proposé de nombreux corps d'échange
thermique. Selon une proposition, un élément
constitué de deux feuilles attachées l'une à l'autre est enroulé pour définir d'une part, entre les spires un passage pour, un premier fluide et, d'autre part, entre les feuilles de l'élément un passage pour le deuxième fluide. Par exemple, par le document
DE3418561, on connaît un échangeur en matériau polymère, le corps d'échange comprenant deux parois reliées entre elles et enroulées en spirale, pour définir un passage ou canal sensiblement en spirale entre une entrée adjacente d'une extrémité du corps en spirale et une sortie adjacente de l'autre extrémité du corps en spirale. Un tel corps d'échange présente l'inconvénient de créer une perte de charge très importante et de n'assurer qu'un échange thermique limité par le choix des matériaux et par la direction du flux de fluide dans le canal en spirale par rapport à la direction du fluide s 'écoulant entre les faces de deux spirales adjacentes.
Le demandeur a remarqué qu'en utilisant un élément constitué de deux feuilles réalisées en une matière conductrice de la chaleur présentant au moins les particularités suivantes : - les dites feuilles sont reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs pour ledit deuxième fluide FA,
- ledit élément étant enroulé pour former une structure au moins partiellement en spirale s 'étendant dans ledit conduit de manière à définir dans le conduit entre les faces de spirales adjacentes un ou des canaux pour le premier fluide FB,
- la première feuille et la deuxième feuille formant l'élément sont déformées pour former respectivement une première série de canaux et une deuxième série de canaux, le bord des canaux de la première série de la première feuille tourné vers la deuxième feuille contactant le bord de canaux de la deuxième série de la deuxième feuille obligeant ledit deuxième fluide à parcourir un trajet entre le distributeur et le collecteur formé à la fois par des canaux de la première série et des canaux de la deuxième série, il était possible d'assurer un excellent échange thermique, tout en limitant ou en évitant
sensiblement, voire complètement (lors de l'échange thermique entre un fluide chaud présentant une température inférieure à 350°C et un fluide froid présentant une température supérieure à 10 °C, par exemple inférieur en moyenne à 75°C) des problèmes de dilatation relative entre les feuilles, en particulier entre les bords longitudinaux de l'élément. Selon l'invention, le corps d'échange adapté pour être placé dans un conduit ou une chambre pour guider l'écoulement du premier fluide dans ou vers le corps d 1 échange comprend :
- un élément adapté pour être situé au moins
partiellement dans ledit conduit, ledit élément étant constitué de deux feuilles réalisées en une matière conductrice de la chaleur, lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs pour ledit deuxième fluide, ledit élément étant enroulé pour former une structure au moins partiellement en spirale s 'étendant dans ledit conduit de manière à définir dans le conduit entre les faces de spirales adjacentes un ou des canaux pour le premier fluide,
- au moins un, de préférence au moins deux
distributeurs sensiblement radiaux pour amener ledit deuxième fluide dans l'élément au voisinage d'un premier bord longitudinal au niveau des différentes spires, et au moins un, de préférence au moins deux collecteurs sensiblement radiaux pour collecter ledit deuxième fluide après son passage dans ledit élément, ledit collecteur étant adapté pour collecter ledit deuxième fluide au voisinage du deuxième bord
longitudinal au niveau des différentes spires, dans lequel la première feuille et la deuxième feuille formant l'élément sont déformées pour former
respectivement une première série de canaux et une deuxième série de canaux, le bord des canaux de la première série de la première feuille tournée vers la deuxième feuille contactant le bord de canaux de la deuxième série de la deuxième feuille obligeant ledit deuxième fluide à parcourir un trajet entre le distributeur et le collecteur, ledit trajet étant formé à la fois par des canaux de la première série et des canaux de la deuxième série.
Dans le présent mémoire, on entend par « feuille réalisée en une matière conductrice de la chaleur », une feuille présentant une épaisseur moyenne
inférieure à 3mm, avantageusement inférieure à 2mm, de préférence inférieure à 1mm, par exemple de 0,1mm à 0,7mm, ou une feuille présentant des zones d'épaisseur moyenne inférieure à 3mm, avantageusement inférieure à 2mm, de préférence inférieure à 1mm, par exemple de 0,1mm à 0,7mm, et/ou une feuille réalisée en un matériau présentant un coefficient de transfert thermique supérieur à 0,01 W/m.K, avantageusement supérieur à lW/m.K, de préférence supérieur à 20 W/m.K. De préférence la feuille réalisée en matière conductrice de la chaleur a une faible épaisseur (par exemple de moins de 2mm) ou des zones de faible épaisseur et un coefficient de transfert thermique supérieur à 20 W/m.K.
Des ou les canaux ou une partie de ceux-ci s'étendent avantageusement dans une direction formant un angle par rapport à l'axe central de la spirale par exemple un angle de 15° à 60°, en particulier d'environ 30° à 45° .
Les première et deuxième feuilles sont avantageusement métalliques, en particulier en acier inoxydable à faible teneur en carbone, par exemple avec une teneur en carbone de moins de 0,2% en poids. En particulier l'acier inoxydable est du type ferritique.
Selon une forme de réalisation particulière, les première et deuxième feuilles sont réalisées en des aciers présentant une dilatation différenciée, de sorte que la feuille tournée vers l'extérieur d'une spirale présente un coefficient de dilatation
supérieur à celui de la feuille tournée vers
l'intérieur de la spirale considérée.
A titre d'acier inoxydable, on choisira par exemple des aciers présentant une conductivité thermique à 100°C supérieure à 20 W/m.°C, avantageusement comprise entre 25 et 35 W/m.°C (en particulier au moins supérieure à 26 W/m.°C , et un coefficient de dilatation thermique à la fois pour la plage 0 à 200°C et 0 à 600°C inférieur à 12 10"6/°C, en particulier inférieur à 11,5 10"6/°C. On peut citer par exemple les aciers 409/410 avec 10 à 14% de Cr, l'acier 430 avec 14 à 17% de chrome, les aciers à haute teneur en chrome (de 17% à 30%) , les aciers stabilisés 430Ti, 439 et 441, etc.
On peut encore citer les aciers inoxydables
austénitiques , plus spécifiquement ceux de la série 300, tels que par exemples les aciers inoxydables 304, 309, 310, 316, 317, 321, 347, 348, les aciers inoxydables duplex , par exemple les aciers S32101, S32304, S32003, S31803, S32205, les alliages ATI 20- 25+Nb ®, les alliages AFA (alumina-forming stainless steels) , les alliages à base de Nickel, par exemple les alliages 600, 601, 625, 617, 718, Inconel, alliage X, alliage 214, les alliages à base de titane, etc. Les feuilles peuvent également être réalisées en matière organique, en particulier polymère,
avantageusement renforcée par des fibres (par exemple sous forme de tissu ou de mat) et avantageusement chargée en matière présentant un coefficient de transfert thermique supérieur à 1 W/m.K,
avantageusement supérieur à lOW/m.K, de préférence supérieur à 20 W/m.K. On peut par exemple citer en tant que matière organique, les matières suivantes : PE, PP, PET, ABS, PC, PEEK, PVDF, etc., tandis qu'à titre d'exemple de charge, on peut citer des
particules et/ou limailles de cuivre, du noir de carbone, etc.
Les problèmes liés à la dilatation thermique entre les feuilles enroulées en spirale peuvent également être contrôlés par des zones présentant un rayon de courbure adéquat permettant un mouvement relatif entre les feuilles lors d'une dilatation thermique.
Les feuilles peuvent également avoir une structure composite, par exemple une couche métallique et une ou plusieurs couches organiques.
Dans des formes de réalisation avantageuses, le corps d'échange présente une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes :
- la profondeur des canaux de la première série et de la deuxième série est inférieure à 10mm, avantageusement inférieure à 7mm, de préférence inférieure à 5mm, plus spécifiquement entre 1mm et 4mm, et/ou
- la largeur maximale des canaux de la première série ou de la deuxième série est inférieure à 30mm, avantageusement inférieure à 15mm, de préférence inférieure à 10mm, par exemple comprise entre 1mm et 6mm, et/ou
- la distance radiale séparant les faces tournées l'une vers l'autre de deux spires successives est comprise entre 1mm et 100mm, avantageusement entre 5mm et 70mm, de préférence entre 10mm et 50mm, et/ou
- le trajet entre le distributeur et le
collecteur a au moins une composante locale courbe suivant au moins l'enroulement d'une spire, en particulier sur une zone angulaire de 10°,
avantageusement d'au moins 15°, de préférence de 30° à 90°, par exemple 35°, 40°, 45°, 50°, et/ou
- le trajet entre le distributeur et le
collecteur a une composante axiale dont la longueur correspond sensiblement à la longueur axiale du corps d'échange, et/ou
- les feuilles formant l'élément en spirale sont soudées l'une à l'autre sensiblement le long de leurs bords longitudinaux et de manière discontinue entre lesdits bords longitudinaux, et/ou
- les feuilles sont soudées ensemble ou attachées l'une .à l'autre en une série de zones et/ou points entre lesdits bords longitudinaux des feuilles, et/ou
- le nombre de zones et/ou points d'attache, par exemple de soudure, des feuilles entre elles, entre leurs bords longitudinaux est de plus de 100 par m2, avantageusement plus de 1000 par m2, de préférence plus de 5000 par m2, lesdits points de soudure étant avantageusement répartis de manière sensiblement homogène , et/ou
- le corps d'échange comporte un ou des moyens pour contrôler la dilatation des portions de spires s 'étendant entre deux distributeurs successifs ou deux collecteurs successifs, et/ou
- les moyens pour contrôler la dilatation des portions de spires s 'étendant entre deux distributeurs ou deux collecteurs sont alignés le long sensiblement d'un plan radial, et/ou
- les distributeurs ou les collecteurs ont une section de passage s ' élargissant au plus on s'écarte de l'axe central du corps d'échange, et/ou
- le ou un ou des ou les distributeurs et/ou collecteurs sont associés à au moins un moyen pour guider le premier fluide entrant dans l'espace entre spires, et/ou
- le corps d'échange présente un canal central axial servant soit pour amener le deuxième fluide vers des distributeurs, soit pour recevoir le deuxième fluide provenant de collecteurs, soit pour connecter deux corps d'échange successifs, soit pour recevoir un autre corps d'échange.
L'invention a également pour objet un échangeur comprenant au moins une chambre dans laquelle est logé au moins un corps d'échange suivant l'invention présentant une ou plusieurs caractéristiques données dans l'une quelconque des revendications ci -attachées, et au moins un distributeur ou une chambre pour distribuer le premier fluide entre le spires de l'échangeur. L ' échangeur comporte avantageusement des conduits pour amener et évacuer ledit premier fluide et ledit deuxième fluide, ainsi qu'avantageusement une chambre pour collecter le premier fluide après son passage au travers du corps d'échange.
L'invention a encore pour objet un procédé pour transférer des calories ou frigories entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, au moyen d'un échangeur suivant l'invention,
- dans lequel on amène le premier fluide dans les canaux formés entre les faces de spires adjacentes de l'élément enroulé au moins partiellement en spirale,
- dans lequel on distribue le deuxième fluide via un, mais avantageusement des distributeurs radiaux dans les canaux intérieurs de l'élément au voisinage d'un premier bord longitudinal de l'élément, et dans lequel on collecte le deuxième fluide après son passage dans des canaux intérieurs de l'élément via un ou des collecteurs radiaux.
Des particularités et détails de l'invention
ressortiront de la description détaillée suivante dans laquelle il est fait référence aux dessins ci-annexés.
Dans ces dessins,
la figure 1 est une vue en perspective d'un corps d'échange suivant l'invention ;
la figure 2 est une vue de face du corps d'échange de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe le long de la ligne III -III du corps d'échange de la figure 1 ; la figure 4 est une vue de face d'une autre forme de réalisation d'un corps d'échange selon l'invention ; la figure 5 est une vue de dessus du corps d'échange de la figure 4 ;
la figure 6 une vue de face d'une forme de réalisation similaire à celle de la figure 4 ;
la figure 7 est une vue de dessus du corps d'échange de la figure 6 ;
la figure 8 une vue de face d'une autre forme de réalisation similaire à celle de la figure 4 ;
la figure 9 est une vue de dessus du corps d'échange de la figure 8 ;
la figure 10 est une d'un détail d'un corps d'échange suivant l'invention ;
la figure 11 une vue de dessus d'une forme de
réalisation similaire à celle de la figure 4 ;
la figure 12 est une vue latérale du corps d'échange de la figure 11 ;
les figures 13 et 14 sont des vues en coupe le long des lignes XIII -XIII et XIV-XIV du corps d'échange de la figure 11 ;
la figure 15 est une vue à plus grande échelle, partiellement éclatée, d'une section de deux feuilles attachées, par exemple soudées, entre elles pour définir l'élément dans lequel s'écoule le deuxième fluide FA;
la figure 16 est une vue partielle plane des faces des feuilles prenant appui l'une sur l'autre pour former l'élément dont une section est représentée à la figure 15 ;
la figure 17 est une vue schématique de réalisation d'un distributeur ou collecteur de fluide FA s 'écoulant dans les canaux formés entre les deux feuilles formant le corps d'échange,
la figure 18 est une vue schématique en perspective et éclatée d'un distributeur ou d'un collecteur de la figure 17;
les figures 19A, 19B et 19C sont des vues schématiques en coupe de l'élément constitué de deux feuilles attachées l'une à l'autre et représenté par un simple trait, ledit élément étant enroulé sur lui-même pour former des spires adjacentes mais distantes l'une de 1 ' autre ;
la figure 20 montre schématique en coupe une zone radiale de l'élément enroulé sur lui-même, ladite zone présentant une courbure adaptée pour reprendre et contrôler l'effet de la dilatation entre les feuilles, et entre les spires ;
la figure 21 est une vue schématique en coupe d'un échangeur suivant 1 ' invention ;
les figures 22A, 22B, 22C, 22D et 22 E sont des vues en coupe de diverses formes de réalisation de deux feuilles reliées l'une à l'autre par différents moyens , et
les figures 23A à 23H sont des vues en coupe de deux feuilles attachées l'une à l'autre.
Dans la description ci-jointe de formes de réalisation données à titre d'exemple uniquement, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou ayant une même fonction.
La figure 1 représente un corps d'échange thermique 1 entre au moins un premier fluide FB et un deuxième fluide FA. Le corps d'échange 1 est adapté pour être logé dans un conduit 2 (montré en traits interrompus) dans lequel s'écoule le premier fluide FB, ledit corps d'échange comprenant :
- un élément 3 situé au moins partiellement dans ledit conduit 2, ledit élément 3 étant constitué de deux feuilles 30,31 (voir figures 15 et 16) réalisées en une matière conductrice de la chaleur, lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux 30A, 30B, 31A, 31B pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs 32 pour ledit deuxième fluide FA, ledit élément 3 étant enroulé pour former une structure (3) au moins partiellement en spirale s 'étendant dans ledit conduit 2 de manière à définir dans le conduit entre les faces extérieures de spires adjacentes un ou des canaux 36 pour le premier fluide FB, et
- au moins un, de préférence une série de
distributeurs 4 sensiblement radiaux pour amener ledit deuxième fluide FA dans l'élément 3 au voisinage d'un premier bord longitudinal (30A,31A) au niveau des différentes spires, et au moins un, de préférence une série de collecteurs 5 sensiblement radiaux pour collecter ledit deuxième fluide FA après son passage dans ledit élément, chaque collecteur 5 étant adapté pour collecter ledit deuxième fluide au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B,31B) au niveau des différentes spires. La longueur de l'échangeur ou du corps d'échange peut être quelconque par rapport au diamètre extérieur du corps d'échange. Dans une forme de réalisation avantageuse, le corps d'échange a une longueur L inférieure au diamètre D du corps d'échange 1. Dans le présent mémoire, on entend par diamètre du corps d'échange son diamètre équivalent mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe central de la spirale, à savoir le rapport entre 4 fois la surface définie par la spire la plus externe et le périmètre de la spire la plus externe. Le rapport entre le diamètre de la spire la plus externe ou éloignée de son axe et la longueur du corps d'échange est avantageusement compris entre 0,3 et 30, de préférence entre 0,5 et 5.
La première feuille 30 et la deuxième feuille 31 formant l'élément 3 (voir figure 16) sont déformées pour former respectivement une première série de canaux 33 et une deuxième série de canaux 34 le long de leurs faces devant être tournées l'une vers l'autre. Le bord extrême 33A des canaux 33 de la première série de la face de la première feuille 30 tournée vers la deuxième feuille 31 est en contact avec le bord extrême 34A d'un ou de plusieurs canaux 34 de la deuxième série de la deuxième feuille 31 obligeant ledit deuxième fluide FA à parcourir un trajet entre un ou des distributeurs 4 et un ou des collecteurs, ce trajet étant formé à la fois par des canaux de la première série et des canaux de la deuxième série, (voir figure 15 - 16)
La profondeur P33, P34 des canaux 33,34 de la première série et de la deuxième série est inférieure à 10mm, avantageusement inférieure à 7mm, de préférence inférieure à 5mm, plus spécifiquement entre 1mm et 4mm.
La largeur maximale Larg des canaux 33,34 de la première série ou de la deuxième série est inférieure à 30mm, avantageusement inférieure à 15mm, de
préférence inférieure à 10mm, par exemple de 3 à 7mm.
La distance radiale minimale drm ou distance radiale séparant les faces tournées l'une vers l'autre des fonds des canaux 33,34 de deux spires successives est comprise entre 1mm et 100mm, avantageusement entre 5mm et 70mm, de préférence entre 8mm et 50mm. Cette distance minimale correspond sensiblement à la somme des profondeurs P33,P34 des canaux.
Le trajet du deuxième fluide FA entre le distributeur 4 et le collecteur 5 a avantageusement au moins une composante sensiblement courbe suivant l'enroulement d'une spire sur au moins 30°, avantageusement sur au moins 45°. Ceci permet d'accroître l'échange
thermique .
Le trajet du fluide FA entre le distributeur 4 et le collecteur 5 a une composante axiale dont la longueur correspond sensiblement à la longueur L axiale du corps d'échange 1.
Les feuilles 30,31 formant l'élément en spirale sont attachées (avantageusement soudées) sensiblement de manière continue l'une à l'autre sensiblement le long de leurs bords longitudinaux 30LG, 30LD, 31LG, 31LD (le bord 30LG étant attaché ou soudé au bord 31LG, tandis que le bord 30LD est attaché ou soudé au bord 31LD) ; et de manière discontinue (point par point) entre lesdits bords longitudinaux 30LG, 30LD, 31LG, 31LD.
L'élément en spirale peut également être obtenu en pliant une feuille de manière à ce qu'une partie de la feuille recouvre l'autre partie de la feuille. Dans ce cas, un bord longitudinal est réalisé par la ligne de pliage.
De manière avantageuse, les feuilles 30,31 sont attachées ou soudées l'une à l'autre en une série de points entre lesdits bords longitudinaux
30LG, 30LD, 31LG, 31LD . Ces points sont distants l'un de l'autre et ne forment pas un cordon de soudure continu, mais un réseau de points de soudure
distincts. Dans le présent mémoire, on entend par point de soudure ou d'attache situé entre lesdits bords longitudinaux une zone de soudure ou une zone d'attache définissant une surface de soudure ou une surface d'attache de moins de 100mm2, avantageusement de moins de 50mm2, en particulier de 1mm2 ou moins. De tels points de soudure ou d'attache sont
avantageusement réalisés par soudure laser.
Le nombre de points de soudure ou d'attache est important. Ce nombre de points de soudure ou
d'attache des feuilles l'une à l'autre entre leurs bords longitudinaux est avantageusement de plus de 100 par m2, avantageusement de plus de 1000 par m2, de préférence de plus de 5000 par m2. La densité de points de soudure est répartie de façon avantageuse de manière sensiblement homogène. Ainsi, si une zone de lm2 de surface s 'étendant depuis un premier bord longitudinal des feuilles jusqu'au deuxième bord longitudinal des feuilles présente une densité de points de soudure ou d'attache DPS, chaque sous zone carrée de 100cm2 s 'étendant dans ladite zone de lm2 présente une densité de points de soudure ou d'attache comprise entre 0,5 x DPS et 1,5 x DPS, en particulier comprise entre 0,75 x DPS et 1,25 x DPS.
Les figures 22A à 22E montrent différents moyens pour attacher entre elles les feuilles. A la figure 22A, les feuilles sont reliées entre elles par des points de colle 100. A la figure 22B, les feuilles sont reliées entre elles par emboutissage en des zones 101. A la figure 22C, les feuilles 30,31 sont reliées entre elles par des zones de brasure 102 par exemple alignées. A la figure 22D les feuilles 30,31 sont reliées entre elles par une série de plots 103 présentant chacun un passage central 104. A la figure 22E les feuilles 30,31 sont reliées entre elles par des points de soudure 105 et par des lignes de soudures 106. Il est clair que les formes de
réalisation des feuillards ne sont que des exemples, et bien d'autres profils et moyens d'attache sont possibles.
Dans la forme de réalisation de la figure 1, le corps d'échange 3 comporte un canal central 35, qui si il est ouvert, peut permettre le passage du premier fluide FB et une série de passages 36 définis entre les spires du corps d'échange 3. Le fluide FB traversant le passage central assure une faible perte de charge pour le fluide FB et se mélange avec le fluide FB quittant les passages 36. Le fluide FA s'écoule dans les canaux 33,34 formés entre les deux feuilles 30,31, ce fluide étant amené par les
distributeurs radiaux 4 et étant collecté par les collecteurs radiaux 5. Les distributeurs radiaux 4 sont distants l'un de l'autre et ont une section de passage (perpendiculaire au flux moyen de FA
s 'écoulant dans un distributeur 4) qui diminue entre l'entrée du distributeur et la dernière sortie du distributeur. Le distributeur présente une série d'ouvertures en forme de fentes formant un passage pour le fluide FA avec l'espace intérieur 33,34 des spires défini entre les feuilles 30,31. Les fentes et la section du distributeur sont sélectionnées pour assurer un débit de fluide FA par unité de volume de canaux 33,34 sensiblement constant. Ainsi, une quantité plus importante de fluide FA est introduite dans la spire la plus éloignée de l'axe du corps en spirale 3. Le fluide FA est amené aux différents distributeurs par une couronne extérieure 40 amenant le fluide FA aux distributeurs. Cette couronne 40 est avantageusement associée à une bride pour attacher le conduit 2 à une autre conduite pour le fluide FB . De manière similaire, les collecteurs 5 sont reliés à une couronne extérieure 50 pour collecter le fluide FA sortant des collecteurs 5. Cette couronne 50 est également avantageusement associée à une bride.
Dans la forme de réalisation, le corps d'échange est du type à contre courant, le fluide FB s 'écoulant dans une direction depuis une première extrémité (30B,31B) du corps d'échange vers la deuxième extrémité
(30A,31A) du corps d'échange 3, tandis que le fluide FA s'écoule depuis la deuxième extrémité (30A,31A) du corps d'échange vers la première extrémité (30B,31B) , mais dans les canaux 33,34 formés entre les feuilles 30,31.
Il est évident que l'on peut changer le sens du déplacement du fluide FB, si on désire avoir un échangeur du type à flux parallèle ou un échangeur du type à courant croisé.
Dans la forme de réalisation des figures 11 à 14, le fluide FA est amené dans les canaux 33,34 formés entre les feuilles 30,31 à la fois le long d'un premier bord longitudinal des feuilles 30,31, et du deuxième bord longitudinal des feuilles 30,31. De même, le fluide FA est collecté de part et d'autre du corps d'échange 3. Les distributeurs 4 sont par exemple reliés entre eux par une conduite 60,61, tandis que le fluide FA sortant des collecteurs est par exemple amené aux conduites 62,63. Dans la forme de réalisation dessinée à la figure 1, le canal central 35 peut éventuellement être obturé à la première extrémité, pour empêcher le fluide FB d'y passer . Dans la forme de réalisation des figures 4 et 5, le canal central 35 sert de moyen pour amener le fluide FA aux distributeurs 4, le fluide sortant des canaux 33,34 formés entre les feuilles 30,31 est collecté dans les collecteurs 5 pour être évacué via une couronne extérieure 50. Le canal central 35 est formé par un tube 35A adapté pour empêcher le passage de fluide FB dans ledit canal central 35. Le distributeur 4 a de préférence une section de passage plus
importante au voisinage du canal 35 qu'au voisinage de son extrémité éloignée du canal 35. La forme de réalisation des figures 6 et 7 est similaire à celle des figures 4 et 5 , si ce n'est que le fluide FA est amené par une couronne extérieure 40 (amenant le fluide FA reliant les différents
distributeurs 4 pour les alimenter en fluide FA) et est collecté par les collecteurs 5 amenant le fluide FA dans le canal central 35.
Dans la forme de réalisation des figures 8 à 10, les distributeurs 4 sont alimentés de manière séparée, chaque distributeur 4 présentant une ouverture 47, par exemple située le long de la face s ' étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe central du corps
d'échange). Cette alimentation séparée permet un contrôle de la quantité de fluide FA amené à chacun des distributeurs 4. Les collecteurs 5 sont également munis chacun d'une évacuation 57. L'emplacement de l'ouverture 47 et de la sortie 57 est avantageusement situé sensiblement à mi-chemin des différents orifices permettant le passage de fluide FA vers ou hors des canaux définis entre les feuilles 30,31. Les distributeurs peuvent donc être utilisés dans des formes de réalisation pour être alimentés au voisinage du canal central et/ou au voisinage de la périphérie et/ou par une admission située entre l'extrémité adjacente du canal central canal central 35 et l'extrémité périphérique, par exemple à une position médiane. Dans des formes de réalisation possibles, les distributeurs sont alimentés en plusieurs points ou zones distinctes.
De même les collecteurs peuvent donc être utilisés dans des formes de réalisation pour collecter le fluide au voisinage du canal central et/ou au
voisinage de la périphérie et/ou par une évacuation ou sortie située entre l'extrémité adjacente du canal central 35 et l'extrémité périphérique, par exemple à une position médiane. Dans des formes de réalisation possibles, les collecteurs sont alimentés en plusieurs points ou zones distinctes.
La figure 17 est une vue en coupe montrant un moyen avantageux pour mettre en communication les canaux 33,34 définis entre les feuilles 30, 31 avec un collecteur ou un distributeur 4,5. L'assemblage sandwich des feuilles 30,31 est enroulé pour former une spirale avec un écartement E entre les spires définies par les feuilles. Un plat 70 avec des ailes 70A,70B et une série de fentes 71 s ' étendant
partiellement dans les ailes est placé le long d'une extrémité 30A,31A de l'assemblage enroulé en spirale de manière à ce que chacune des spires formées par les deux feuilles 30,31 soit partiellement engagée dans une des fentes 71. Au moyen d'un cordon de soudure 75 ou d'un joint on assure alors l'étanchéité entre les spires et le plat 70 et ses ailes 70A,70B. On coupe (traits interrompus) alors l'extrémité de la partie de la spire engagée dans la fente 71, entre les ailes 70A,70B, de manière à créer une ouverture entre le volume défini à l'arrière du plat 70 et le volume intérieur des spires. On associe ensuite le plat 70 à un capot 72 de manière à former un canal apte à servir soit pour distribuer du fluide FA aux différentes spires, soit pour collecter du fluide FA sortant des différentes spires, (voir figure 18)
Les figures 19A à C sont des vues schématiques en coupe de l'élément constitué de deux feuilles 30, 31 attachées l'une à l'autre et représenté par un simple trait, ledit élément étant enroulé sur lui-même pour former des spires adjacentes mais distantes l'une de l'autre. A la figure 19A, l'élément est enroulé dans le sens anti horlogique avec une section sensiblement circulaire, tandis qu'aux figures 19B et 19C la section d'une spire est respectivement sensiblement carrée et triangulaire.
Si l'effet de la dilatation peut être repris au moins partiellement par le choix du métal, cet effet peut également être repris par des zones radiales ZR de l'élément 1, par exemple toutes les spires de
l'élément présentes dans la zone radiale ZR ont une courbure adaptée pour suivre une dilatation contrôlée. En traits interrompus, on a représenté la partie des spires de la zone ZR après dilatation. D'autres moyens sont naturellement possibles pour reprendre des effets de dilatation.
Comme représenté aux figures, les distributeurs 4 et les collecteurs 5 ont une section de passage
s ' élargissant au plus on s'écarte de l'axe central du corps d'échange, ceci pour contrôler le flux de fluide FA dans le distributeur et le collecteur.
Les figures 23A à H montrent en coupe de manière schématique l'assemblage des feuilles 30,31 à enroule pour former l'élément 1.
A la figure 23A, les bords des feuilles 30,31 sont superposés pour définir un écartement minimum le long des bords extrêmes 30LD, 30LG ; 31LD, 31LG.
A la figure 23B, les bords des feuilles 30,31 sont reliés l'un à l'autre au moyen d'un profilé 400.
A la figure 23C, une feuille est pliée sur elle-même pour former la section 31 et la section 30, ainsi que les bords longitudinaux. Dans cette forme de
réalisation, les bords 30LG,31LG sont reliés entre eux par un pli de la feuille, tandis que les bords
30LD,31LD sont reliés entre eux par des plats extrêmes de la feuille se recouvrant et attachés l'un à l'autre par exemple au moyen d'un cordon de soudure ou un cordon de colle.
A la figure 23D, l'ensemble à enrouler en spirale est constitué d'un ensemble creux 401 extrudé formant de la sorte les bords 30LD,31LD et 30LG, 31LG reliés entre eux. Cet ensemble après être embouti pour définir des canaux entre les feuilles 30,31 est enroulé en spirale. Un tel ensemble est par exemple réalisé en matière plastique.
La figure 23E est une vue d'une coupe transversale d'un ensemble similaire à l'ensemble de la figure 23A, si ce n'est que les feuilles 30,31 sont réalisées par deux sections reliées entre elles par un cordon de soudure 402.
Les canaux formés entre les deux feuilles représentées aux figures 23 sont représentés schématiquement .
Les formes de réalisation des figures 23F, 23G et 23H sont similaires à celles des formes de réalisation des figures 23B, 23C et 23D, si ce n'est que les feuilles 30,31 sont composées chacune de deux parties
distinctes reliées entre elles par un cordon de soudure 402.
Le corps d'échange représenté aux figures peut être placé dans une chambre Cl d'un échangeur muni de conduite 100 pour amener le fluide FB, une autre conduite 101 pour évacuer le fluide FB après son passage par le corps d'échange, une conduite pour amener le fluide FA vers les distributeurs 4 et une conduite pour évacuer le fluide FA collecté par les collecteurs 5. Le fluide FB est amené dans une préchambre C2 comportant une paroi 103 adaptée pour distribuer le fluide dans les passages formés entre les spires successives. Cette paroi 103 est par exemple munie d'ailettes pour engendrer un certain mouvement oblique ou incliné au flux FB dans les passages formés entre les spires. Ceci permet alors d'accroître le taux d'échange thermique. Un tel échangeur 100 représenté à la figure 21 permet de transférer des calories ou frigories entre au moins un premier fluide FB et un deuxième fluide FA. Dans cet échangeur, on amène le premier fluide FB dans les canaux formés entre les faces de spirales adjacentes de l'élément enroulé au moins partiellement en spirale, tandis qu'on distribue le deuxième fluide via des distributeurs radiaux 4 (alimentés en fluide par la couronne 40) dans les canaux intérieurs 33,34 de l'élément au voisinage d'un premier bord longitudinal de l'élément, et dans lequel on collecte le deuxième fluide FA après son passage dans des canaux intérieurs de l'élément 1 via un ou des collecteurs radiaux.
Le cas échéant plusieurs corps d'échange peuvent être associés dans un même échangeur.

Claims

Revendications
1. Corps d'échange adapté pour être placé dans un conduit ou une chambre pour guider l'écoulement du premier fluide dans ou vers le corps d'échange comprenant :
- un élément adapté pour être situé au moins
partiellement dans ledit conduit, ledit élément étant constitué de deux feuilles réalisées en une matière conductrice de la chaleur, lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs pour ledit deuxième fluide, ledit élément étant enroulé pour former une structure au moins partiellement en spirale s 'étendant dans ledit conduit de manière a définir dans le conduit entre les faces de spirales adjacentes un ou des canaux pour le premier fluide,
- au moins un, de préférence au moins deux
distributeurs sensiblement radiaux pour amener ledit deuxième fluide dans l'élément au voisinage d'un premier bord longitudinal au niveau des différentes spires, et au moins un, de préférence au moins deux collecteurs sensiblement radiaux pour collecter ledit deuxième fluide après son passage dans ledit élément, ledit collecteur étant adapté pour collecter ledit deuxième fluide au voisinage du deuxième bord
longitudinal au niveau des différentes spires, dans lequel la première feuille et la deuxième feuille formant l'élément sont déformées pour former
respectivement une première série de canaux et une deuxième série de canaux, le bord des canaux de la première série de la première feuille tournée vers la deuxième feuille contactant le bord de ou des canaux de la deuxième série de la deuxième feuille obligeant ledit deuxième fluide à parcourir un trajet entre le distributeur et le collecteur, ledit trajet étant formé à la fois par des canaux de la première série et des canaux de la deuxième série.
2. Corps d'échange suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur des canaux de la première série et de la deuxième série est inférieure à 10mm, avantageusement inférieure à 7mm, de
préférence inférieure à 5mm, plus spécifiquement entre 1mm et 4mm.
3. Corps d'échange suivant la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce que - la largeur maximale des canaux de la première série ou de la deuxième série est inférieure à 30mm, avantageusement inférieure à 15mm, de préférence inférieure à 10mm, par exemple comprise entre 1mm et 6mm.
4. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance radiale séparant les faces tournées l'une vers l'autre de deux spires successives est comprise entre 1mm et 100mm, avantageusement entre 5mm et 70mm, de préférence entre 10mm et 50mm.
5. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le trajet entre le distributeur et le collecteur a au moins une composante locale courbe suivant au moins l'enroulement d'une spire, en particulier sur une zone angulaire de 10°, avantageusement d'au moins 15°, de préférence de 30° à 90°.
6. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le trajet entre le distributeur et le collecteur a une composante axiale dont la longueur correspond
sensiblement à la longueur axiale du corps d'échange.
7. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les feuilles formant l'élément en spirale sont soudées l'une à l'autre sensiblement le long de leurs bords longitudinaux et de manière discontinue entre lesdits bords longitudinaux.
8. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les feuilles sont soudées ensemble ou attachées l'une à l'autre en une série de zones et/ou points entre lesdits bords longitudinaux des feuilles.
9. Corps d'échange suivant la revendication
précédente, caractérisé en ce que le nombre de zones et/ou points d'attache, par exemple de soudure, des feuilles entre elles, entre leurs bords longitudinaux est de plus de 100 par m2 , avantageusement plus de 1000 par m2, de préférence plus de 5000 par m2, lesdits points de soudure étant avantageusement répartis de manière sensiblement homogène.
10. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps d'échange comporte un ou des moyens pour contrôler la dilatation des portions de spires s 'étendant entre deux distributeurs successifs ou deux collecteurs successifs.
11. Corps d'échange suivant la revendication
précédente, caractérisé en ce que les moyens pour contrôler la dilatation des portions de spires s 'étendant entre deux distributeurs ou deux
collecteurs sont alignés le long sensiblement d'un plan radial .
12. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les distributeurs ou les collecteurs ont une section de passage s ' élargissant au plus on s'écarte de l'axe central du corps d'échange.
13. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou un ou des ou les distributeurs et/ou collecteurs sont associés à au moins un moyen pour guider le premier fluide entrant dans l'espace entre spirales.
14. Corps d'échange suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps d'échange présente un canal central axial servant soit pour amener le deuxième fluide vers des distributeurs, soit pour recevoir le deuxième fluide provenant de collecteurs, soit pour connecter deux corps d'échange successifs, soit pour recevoir un autre corps d'échange.
15. Echangeur comprenant au moins une chambre dans laquelle est logé au moins un corps d'échange suivant l'invention présentant une ou plusieurs
caractéristiques données dans l'une quelconque des revendications précédentes, et au moins un
distributeur ou une chambre pour distribuer le premier fluide entre le spires de l'échangeur.
16. Echangeur suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte un ou des conduits pour amener et évacuer ledit premier fluide et ledit deuxième fluide, ainsi qu'avantageusement une chambre pour collecter le premier fluide après son passage au travers du corps d 1 échange .
17. Procédé pour transférer des calories ou frigories entre au moins un premier fluide et un deuxième fluide, au moyen d'un échangeur suivant l'invention, - dans lequel on amène le premier fluide dans les canaux formés entre les faces de spires adjacentes de l'élément enroulé au moins partiellement en spirale, - dans lequel on distribue le deuxième fluide via un, mais avantageusement des distributeurs radiaux dans les canaux intérieurs de l'élément au voisinage d'un premier bord longitudinal de l'élément, et dans lequel on collecte le deuxième fluide après son passage dans des canaux intérieurs de l'élément via un ou des collecteurs radiaux.
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