ECHANGEUR SPIRALE MULTIECARTEMENT

Description

[0001] La présente invention concerne les échangeurs et notamment les échangeurs destinés à assurer un échange thermique entre deux fluides devant être séparés l'un de l'autre. Elle concerne plus particulièrement les échangeurs de type spiralé réalisés par enroulement de feuilles notamment de tôles métalliques. Un tel échangeur représentant l'état de la technique le plus proche est connu par le document US-4,124,069.

[0002] On sait que les échangeurs de ce type sont généralement constitués à partir de deux feuilles de tôle, maintenues écartées par des picots, qui sont enroulées, l'écartement de chacune des spires successives de cet enroulement étant également obtenu au moyen de picots, ces picots étant formés par une déformation de métal, telle que notamment un emboutissage. Après enroulement, on procède à la soudure des bords des feuilles de façon à créer ainsi deux circuits de fluide indépendants, à savoir un premier circuit compris entre les deux feuilles et un second circuit compris entre les diverses spires de l'enroulement.

[0003] On comprend que l'écartement généré par les picots définit les pertes de charge respectives des deux circuits de fluide de l'échangeur. Pour certaines applications, il est intéressant de diminuer cette perte de charge, ce que l'on peut obtenir en augmentant l'écartement des feuilles et des spires de l'enroulement. Cette augmentation de l'écartement ne peut être obtenue que par une augmentation de la hauteur des picots. Or cette dernière est limitée par la déformabilité du métal utilisé qui, elle-même, est bien entendu fonction de la nature du matériau constitutif des feuilles, de leur épaisseur et du diamètre de base du picot formé. On peut bien entendu augmenter le diamètre de base du picot afin d'augmenter du même coup la hauteur de celui-ci. Cependant, un tel mode de mise en oeuvre présente l'inconvénient d'augmenter l'importance des obstacles créés et s'opposant à la circulation du fluide dans les deux circuits, ce qui a pour effet d'augmenter la perte de charge de l'échangeur.

[0004] La présente invention a pour but de proposer un moyen permettant de diminuer la perte de charge des circuits d'un échangeur de type spiralé et ceci en augmentant l'écartement des deux feuilles et/ou l'écartement des spires consécutives de l'échangeur et ceci sans augmenter pour autant le diamètre de base des picots écarteurs utilisés.

[0005] La présente invention a ainsi pour objet un échangeur de type spiralé, constitué de deux circuits de fluide imbriqués, à savoir un premier circuit formé par l'espace compris entre deux feuilles écartées qui sont enroulées sur elles-mêmes et un second circuit formé par l'espace compris entre les spires successives de cet enroulement et où:

• les deux feuilles comportent, sur leurs faces respectivement en regard, des éléments écarteurs internes et/ou sur leurs faces opposées, des éléments écarteurs externes,
• ces éléments écarteurs internes et externes sont disposés, suivant l'axe longitudinal des feuilles, de façon telle, qu'une fois les feuilles enroulées, les éléments écarteurs internes et externes d'une feuille viennent en appui sur les éléments écarteurs internes et externes correspondants de l'autre feuille, caractérisé en ce que:

• la face extrême d'au moins l'un de deux éléments écarteurs en appui est globalement plane.

[0006] Préférentiellement, les éléments écarteurs seront formés sur les feuilles par un procédé de déformation tel que notamment un procédé d'emboutissage.

[0007] Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant de l'invention, l'échangeur comportera, entre les éléments écarteurs internes et/ou externes, des ondulations disposées sensiblement transversalement suivant au moins une partie de la largeur des feuilles. Une telle disposition permet, dans l'hypothèse où, notamment pour des raisons de fabrication, deux éléments écarteurs disposés sur un axe transversal de la feuille ne seraient pas rigoureusement d'une même hauteur, ce qui entraînerait une variation de longueur de la feuille lors de l'enroulement, de compenser cette variation de longueur par une déformation de l'ondulation dans le sens longitudinal.

[0008] Les éléments écarteurs pourront être la plupart du temps de forme tronconique, les petites bases respectives de ces troncs de cône venant en contact l'une avec l'autre et la surface de celles-ci permettant de compenser les erreurs de positionnement des éléments écarteurs ainsi réalisés.

[0009] Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la petite base de l'élément de tronc de cône sera inclinée d'un angle par rapport au plan de la feuille avant son enroulement. Une telle disposition permet de réaliser un autoréglage de la hauteur des éléments écarteurs ainsi qu'exposé ci-après.

[0010] Préférentiellement l'angle d'inclinaison des faces extrêmes des éléments écarteurs par rapport au plan de la feuille sera tel que, lors de l'enroulement, la tension que l'on exerce sur une feuille externe aura pour effet de faire glisser la face extrême des éléments écarteurs de cette feuille sur les faces extrêmes correspondantes des éléments écarteurs d'une feuille interne.

[0011] On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une feuille de tôle pliée pourvue de picots écarteurs suivant l'état antérieur de la technique, avant l'étape d'enroulement.

La figure 1a est une variante de mise en oeuvre de l'invention dans laquelle les feuilles sont pourvues d'ondulations transversales disposées entre les éléments écarteurs.

La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de la feuille de tôle suivant l'état antérieur de la technique représentée sur la figure 1 après l'étape d'enroulement.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale et perspective de deux feuilles destinées à constituer un échangeur suivant l'invention avant l'étape d'enroulement.

La figure 3a est une vue en coupe longitudinale et perspective de deux feuilles destinées à constituer un échangeur suivant l'invention avant l'étape d'enroulement et qui sont pourvues des ondulations représentées sur la figure 1a.

La figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'un échangeur suivant l'invention réalisé à partir des feuilles métalliques, représentées sur la figure 3.

La figure 4a est une vue en coupe partielle agrandie d'une variante de mise en oeuvre d'une partie de l'enroulement représenté sur la figure 4.

La figure 5 est une variante en coupe longitudinale de deux feuilles avant enroulement illustrant une variante de mise en oeuvre de l'invention.

La figure 5a est une vue en coupe transversale agrandie de la variante de mise en oeuvre de l'invention représentée sur la figure 5.

La figure 6 est une vue en coupe partielle agrandie d'une variante de mise en oeuvre d'une partie de l'enroulement représenté sur la figure 4.

[0012] Sur les figures 1 et 2 on a représenté de façon schématique, respectivement avant et après enroulement, un ruban de tôle destiné à constituer un échangeur suivant l'état antérieur de la technique. Ce ruban de tôle est mis à longueur et plié à l'une de ses extrémités, suivant son axe transversal xx', si bien qu'il se présente sur la figure 1 comme étant formé de deux feuilles, à savoir une feuille supérieure 1 et une feuille inférieure 2. Sur la feuille supérieure 1 on a réalisé une série de picots 3a qui sont formés par emboutissage, de l'intérieur vers l'extérieur, et sur la feuille inférieure 2 on a formé, de la même façon, une série de picots 5b qui s'étendent de l'extérieur vers l'intérieur. Dans ces conditions, lorsque l'on enroule cet ensemble des deux feuilles 1 et 2, ainsi que représenté sur la figure 2, les picots 5b assurent l'écartement nécessaire entre les feuilles 1 et 2 et les picots 3a assurent l'écartement nécessaire entre les différentes spires successives.

[0013] L'échangeur suivant l'invention reprend le principe général de base, ainsi que représenté sur les figures 3, 4 et 4a, c'est-à-dire qu'il est également constitué à partir d'une feuille supérieure 1 et d'une feuille inférieure 2 sur lesquelles on forme, également par emboutissage, des picots destinés à assurer aussi bien l'écartement de la feuille supérieure 1 et de la feuille inférieure 2 que l'écartement entre les spires. On réalise ainsi, à partir de la feuille 1 deux séries de picots, à savoir des picots 3a de hauteur h_a qui s'étendent de l'intérieur vers l'extérieu et des picots 3b de hauteur h_b qui s'étendent de l'extérieur vers l'intérieur.

[0014] De même on a réalisé à partir de la feuille 2 deux séries de picots, à savoir des picots 5a de hauteur H_a qui s'étendent de l'intérieur vers l'extérieur et des picots 5b de hauteur H_b s'étendent de l'extérieur vers l'intérieur. Suivant l'invention les picots écarteurs ont préférentiellement la forme de troncs de cône, c'est-à-dire qu'ils s'étendent à partir de la base des feuilles 1 et 2, vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur de celles-ci et se terminent par un plateau 6 à savoir des plateaux 6a et 6b en ce qui concerne les picots réalisés sur la feuille 1 et des plateaux 6a' et 6b' en ce qui concerne les picots réalisés sur la feuille 2. Ces plateaux sont intéressants dans la mesure où ils permettent de compenser un décalage qui se produirait, aussi bien dans le sens transversal que dans le sens longitudinal des feuilles, entre les picots en regard de deux feuilles adjacentes. En effet, suivant l'invention, on déterminera, soit par le calcul soit par l'expérience, les écartements respectifs 1 des picots suivant l'axe longitudinal yy' des feuilles 1 et 2 à enrouler pour que, lors de la phase d'enroulement, les picots 3b de la feuille supérieure et les picots 5b de la feuille inférieure se trouvent bien en regard l'un de l'autre si bien que l'écartement e des feuilles 1 et 2 est égal à la somme de la hauteur h_b et H_b des picots 3b et 5b qui s'étendent vers l'intérieur et que l'écartement E entre les spires est égal à la somme de la hauteur h_a et H_a des picots qui s'étendent vers l'extérieur.

[0015] Bien entendu, en fonction de l'application dévolue à l'échangeur considéré, on peut prévoir un écartement E entre les spires qui soit différent de l'écartement e qui existe entre chacune des deux feuilles 1 et 2, en donnant en conséquence aux hauteurs h et H de ces picots respectifs les valeurs souhaitées.

[0016] Ainsi que représenté sur les figures 1a et 3a on peut prévoir, dans le sens transversal des feuilles 1 et 2, des ondulations 4 qui sont orientées dans le même sens que les picots par rapport au plan des feuilles.

[0017] Ces ondulations sont destinées à donner aux feuilles une capacité de déformation suivant leur axe longitudinal, qui permet de compenser toute variation de longueur des feuilles susceptible d'intervenir lors de l'enroulement, et notamment celles provoquées par des variations de hauteurs des différents picots situés sur un même axe sensiblement transversal. Les ondulations peuvent n'être réalisées que sur l'une des deux feuilles, et elles peuvent ne s'étendre que sur une partie de la largeur de celles-ci.

[0018] Bien que dans le mode de réalisation décrit, l'écartement des tôles et des enroulements soit respectivement déterminé par des picots, cet écartement pourrait être obtenu à l'aide d'autres moyens, et notamment à l'aide d'inserts ou de butées qui seraient fixées sur les feuilles 1 et 2, notamment par soudage dans le cas où ces feuilles seraient en métal ou par collage dans le cas où elles seraient en matière plastique.

[0019] On pourrait également, suivant l'invention, prévoir entre les feuilles 1 et 2 des protubérances doubles, et prévoir des protubérances simples entre chacune des spires de l'enroulement ainsi que représenté sur la figure 6.

[0020] La présente invention est également intéressante en ce qu'elle permet d'assurer un autoréglage corrigeant les variations de diamètre des spires, de hauteur de picots, de pas, qui se manifestent en cours d'enroulement. Dans un tel mode de mise en oeuvre, qui est représenté sur les figures 5 et 5a, les picots 3b et 5b sont également formés par déformation de la feuille notamment par emboutissage. Les picots ainsi réalisés sont également de forme globale tronconique, la petite base 6b, 6b' de ceux-ci, c'est-à-dire la face de contact des picots entre eux, étant toutefois inclinée d'un angle i par rapport au plan de la feuille avant son enroulement, ainsi que représenté sur la figure 5. Dans ces conditions, lorsque l'on procède à l'enroulement des différentes spires on constate, ainsi que représenté sur la figure 5a, que les picots appartenant à la surface externe de deux spires consécutives viennent en contact, par leur bases inclinées respectives 6b et 6b'. Dans ces conditions, si par suite de problèmes liés à la fabrication, notamment l'écartement des tôles augmente le diamètre de l'enroulement augmente également, si bien que le sommet du picot de la tôle extérieure 2 se trouve décalé en retrait par rapport au sommet du picot de la tôle inférieure 1 en raison de l'augmentation de la circonférence. Suivant la présente invention, la feuille extérieure 2 se rapproche alors de la feuille inférieure 1 jusqu'à ce que l'écartement devienne égal à celui qui existait en début d'enroulement.

[0021] On notera que la pente i, formée par la petite base des picots, est suffisamment importante pour corriger rapidement les tolérances de fabrication.

Revendications

1. Echangeur de type spiralé, constitué de deux circuits de fluide imbriqués, à savoir un premier circuit formé par l'espace compris entre deux feuilles (1,2) écartées qui sont enroulées sur elles-mêmes et un second circuit formé par l'espace compris entre les spires successives de cet enroulement et où:

- les deux feuilles (1,2) comportent, sur leurs faces respectivement en regard, des éléments écarteurs internes (3b,5b) et/ou sur leurs faces opposées, des éléments écarteurs externes (3a,5a),

- ces éléments écarteurs internes (3b,5b) et externes (3a,5a) sont disposés, suivant l'axe longitudinal (yy') des feuilles (1,2), de façon telle, qu'une fois les feuilles enroulées, les éléments écarteurs internes (3b) et externes (3a) d'une feuille (1) viennent en appui sur les éléments écarteurs internes (5b) et externes (5a) correspondants de l'autre feuille (2), caractérisé en ce que:

- la face extrême d'au moins l'un de deux éléments écarteurs en appui est globalement plane.

2. Echangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte entre les éléments écarteurs internes (3b,5b) et/ou externes (3a,5a), des ondulations (4) disposées sensiblement transversalement suivant au moins une partie de la largeur des feuilles (1,2).

3. Echangeur suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les éléments écarteurs (3a,3b,5a,5b) sont formés sur les feuilles (1,2) par un procédé de déformation tel que notamment un emboutissage.

4. Echangeur suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les faces extrêmes des éléments écarteurs sont inclinées par rapport au plan de la feuille sur laquelle ils sont implantés.

5. Echangeur suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (i) des faces extrêmes des éléments écarteurs (3b, 5b) par rapport au plan de la feuille est tel que, lors de l'enroulement, la tension que l'on exerce sur une feuille externe a pour effet de faire glisser la face extrême (6b, 6b') des éléments écarteurs (3b, 5b) de cette feuille (1) sur les faces extrêmes correspondantes des éléments écarteurs d'une feuille interne (2).

6. Echangeur suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments écarteurs (3a,3b, 5a, 5b) sont de forme globale tronconique.

Ansprüche

1. Austauscher vom Spiraltyp, gebildet aus zwei ineinandergreifenden Fluidkreisläufen, nämlich einem ersten Kreislauf, der durch den Raum zwischen zwei beabstandeten Folien (1, 2) gebildet ist, die um sich selbst herumgeschlungen sind, und einem zweiten Kreislauf, der durch den Raum zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen dieser Wicklung gebildet ist, und wo:

- die beiden Folien (1, 2) an ihren jeweils gegenüberliegenden Flächen innere Abstandshalterelemente (3b, 5b) und/oder an ihren abgewandten Flächen äußere Abstandshalterelemente (3a, 5a) aufweisen,

- diese inneren (3b, 5b) und äußeren (3a, 5a) Abstandshalterelemente entlang der Längsachse (yy') der Folien (1, 2) derart angeordnet sind, dass, sobald die Folien herumgeschlungen sind, die inneren (3b) und äußeren (3a) Abstandshalterelemente einer Folie (1) an den entsprechenden inneren (5b) und äußeren (5a) Abstandshalterelementen der anderen Folie (2) in Anlage kommen, dadurch gekennzeichnet, dass:

- die äußerste Fläche von mindestens einem von zwei in Anlage befindlichen Abstandshalterelementen allgemein eben ist.

2. Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen den inneren (3b, 5b) und/oder äußeren (3a, 5a) Abstandshalterelementen Wellen (4) aufweist, die im wesentlichen quer entlang mindestens eines Abschnitts der Breite der Folien (1, 2) angeordnet sind.

3. Austauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalterelemente (3a, 3b, 5a, 5b) an den Folien (1, 2) durch ein Umformverfahren wie insbesondere ein Tiefziehverfahren gebildet sind.

4. Austauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußersten Flächen der Abstandshalterelemente bezogen auf die Ebene der Folie geneigt sind, an welcher sie vorgesehen sind.

5. Austauscher nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (i) der äußersten Flächen der Abstandshalterelemente (3b, 5b) bezogen auf die Ebene der Folie derart ist, dass während des Herumschlingens der Zug, den man auf eine äußere Folie ausübt, zur Wirkung hat, dass die äußerste Fläche (6b, 6b') der Abstandshalterelemente (3b, 5b) dieser Folie (1) an den entsprechenden äußersten Flächen der Abstandshalterelemente einer inneren Folie (2) gleitet.

6. Austauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalterelemente (3a, 3b, 5a, 5b) allgemein kegelstumpfförmig sind.

Claims

1. Exchanger of spirally wound type, constituted by two imbricated fluid circuits, namely a first circuit formed by the space included between two spaced apart sheets (1, 2) which are wound on themselves and a second circuit formed by the space included between the successive turns of this winding and where:

- the two sheets (1, 2) comprise, on their respectively facing surfaces, internal spacer elements (3b, 5b) and/or on their opposite surfaces, external spacer elements (3a, 5a),

- these internal (3b, 5b) and external (3a, 5a) spacer elements are disposed, along the longitudinal axis (yy') of the sheets (1, 2), in such a manner that, once the sheets are wound, the internal (3b) and external (3a) spacer elements of one sheet (1) come into abutment on the corresponding internal (5b) and external (5a) spacer elements of the other sheet (2), characterized in that:

- the end surface of at least one of two spacer elements in abutment is substantially planar.

2. Exchanger according to Claim 1, characterized in that it comprises, between the internal (3b, 5b) and/or external (3a, 5a) spacer elements, corrugations (4) arranged substantially transversely along at least a part of the width of the sheets (1, 2).

3. Exchanger according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the spacer elements (3a, 3b, 5a, 5b) are formed on the sheets (1, 2) by a process of deformation such as in particular a stamping.

4. Exchanger according to one of the preceding Claims, characterized in that the end faces of the spacer elements are inclined with respect to the plane of the sheet on which they are implanted.

5. Exchanger according to Claim 4, characterized in that the angle of inclination (i) of the end faces of the spacer elements (3b, 5b) with respect to the plane of the sheet is such that, during winding, the tension which is exerted on an outer sheet has the effect of causing the end face (6b, 6b') of the spacer elements (3b, 5b) of this sheet (1) to slide on the corresponding end faces of the spacer elements of an inner sheet (2).

6. Exchanger according to one of the preceding Claims, characterized in that the spacer elements (3a, 3b, 5a, 5b) are of substantially truncated shape.

Dessins