La présente invention concerne le domaine de l'aéraulique et a en particulier pour objet une plaque pour un échangeur thermique destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides ayant une faible conductivité thermique, typiquement des gaz.

Il est connu de réaliser un échangeur thermique comprenant un ensemble de plaques superposées en un empilement dont l'espacement des plaques est faible de manière à obtenir un écoulement laminaire.

Ladite plaque s'étend sensiblement selon un plan général révélant une première face de plaque et une deuxième face de plaque opposée à la première face de plaque, ladite plaque comprenant une zone dite de cœur destinée à l'écoulement d'un premier fluide sur la première face de la plaque dans un premier sens, et destiné à l'écoulement d'un deuxième fluide sur la deuxième face de la plaque dans un deuxième sens opposé au premier sens.

La zone de cœur est l'emplacement où les échanges thermiques sont optimisés.

En pa rt icu l i er, l a zon e d e cœ u r com prend un ensemble d'ondulations présentant l a forme d 'ondulations augmentant la surface spécifique de la plaque.

Ce type de plaque est satisfaisant en ce qu'il permet d'avoir des échanges de chaleur efficaces, malgré le caractère laminaire des écoulements.

Cependant, la zone de cœur génère de fortes pertes de charge par frottement visqueux sur les parois des ondulations.

Ces pertes de charges dans la zone de cœur se cumulent aux fortes pertes de charges subies en entrée et en sortie de plaque.

Un tel échangeur thermique a un rendement élevé, typiquement supérieur à 90% pour un débit de 120 m ³ /h qui s'accompagne de pertes de charges élevées.

Par exemple, pour un débit de 250 m ³ /h, les pertes de charges sont au mieux comprises entre 90 Pa et 100 Pa.

La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.

A cet effet, la présente invention a pour objet une plaque pour un échangeur thermique destiné à l'échange de chaleur, un premier fluide s'écoulant au contact d'une première face de la plaque et un second fluide s'écoulant au contact d'une deuxième face de la plaque, ladite plaque étant caractérisée en ce qu'elle comprend u ne zone de cœur comprenant un ensemble d'ondulations formant des cavités s'étendant entre un fond d'un creux et une ouverture définie entre deux sommets consécutifs de l'ensemble d'ondulations, le fond et l'ouverture étant séparés d'une distance correspondant à la hauteur de l'ondulation, le rapport entre la hauteur et la largeur à mi-hauteur d'une cavité étant supérieur ou égal à trois.

Cette disposition permet de conférer à la lame de fluide traversant la zone de cœur une orientation sensiblement transversale à la plaque.

Selon un aspect de l'invention, la plaque comprend au moins une zone d'entrée/sortie comprenant un deuxième ensemble de motifs de guidage, formé par une pluralité de nervures et de gorges disposés sur l'au moins une zone d'entrée/sortie, le rapport entre la plus courte distance séparant deux nervures adjacentes définissant la largeur d'une gorge et la hauteur d'une nervure étant supérieur ou égal à trois, de façon à ce que l'orientation générale de la lame de fluide pénétrant dans l'échangeur thermique soit modifiée pour passer d'une orientation sensiblement parallèle à la plaque dans l'au moins une zone d'entrée/sortie à u ne orientation sensiblement transversale à la plaque dans la zone de cœur permettant ainsi d'augmenter l'espace entre deux plaques adjacentes de l'échangeur thermique au niveau de l'au moins une zone d'entrée/sortie et de concentrer les pertes de charge sur la zone de cœur.

Cette disposition permet de modifier l'orientation générale d'une lame de fluide pénétrant dans l'échangeur thermique qui passe ainsi d'une orientation sensiblement parallèle à la plaq ue dans l'au moins une zone d'entrée/sortie à une orientation sensiblement transversale à la plaque dans la zone de cœur lors de son passage dans l'ensemble d'ondulations, concentrant les pertes de charge sur la zone de cœur.

De plus, cette disposition a pour effet de réduire les pertes de charge en entrée et en sortie de plaque, typiquement inférieures à 70 Pa pour un débit de 250 m ³ /h, avec un rendement supérieur à 91 % pour un débit de 120 m ³ /h.

Selon un aspect de l'invention, la hauteur d'une nervure est inférieure ou égale à la hauteur d'une ondulation.

Selon un aspect de l'invention, l'ensemble d'ondulations est centré sur un même plan général de la plaque. Selon un aspect de l'invention, les ondulations sont symétriques par rapport à un plan transversal au plan général.

Selon un aspect de l'invention, la plaque comprend :

- une première zone d'entrée/sortie destinée à :

- guider le premier fluide sur la première surface de la plaque entre l'extérieur de la plaque et une zone de cœur de la plaque,

- guider le deuxième fluide sur la deuxième surface de plaque entre la zone de cœur et l'extérieur de la plaque,

- une deuxième zone d'entrée/sortie destinée à :

- guider le premier fluide sur la première surface de la plaque entre la zone de cœur et l'extérieur de la plaque,

- guider le deuxième fluide sur la deuxième surface de plaque entre l'extérieur de la plaque et la zone de cœur .

Selon un aspect de l'invention , en plus du premier ensemble d'ondulations disposé sur la zone intérieure, la plaque comprend un deuxième ensemble de motifs, formé par une pluralité de nervures et de gorges disposés sur la première et la deuxième zone d'entrée/sortie.

Selon un aspect de l'invention, la projection de la plaque sur son plan général forme un polygone avec un nombre de côtés pairs, de préférence un hexagone.

Selon un aspect de l'invention , la d irection d'écoulement du premier flu ide sur la prem ière face de la plaque dans la première zone d'entrée/sortie et l a deuxième zone d'entrée/sortie forme un angle sensiblement égal à l'angle a formé par les deux côtés de la zone d'entrée/sortie du polygone avec la direction d'écoulement du deuxième fluide sur la deuxième face de la plaque dans la première zone d'entrée/sortie et la deuxième zone d'entrée/sortie.

S e l o n u n aspect de l ' invention , la plaque est réal isée en polyéthylène téréphtalate amorphe.

La présente invention a également pour objet u n échangeur thermique co m p re n a nt u n e n se m bl e d e p l aq u es te l l es q u e d écrites précédemment superposées en un empilement, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend une plaque élémentaire de premier type et une plaque élémentaire de deuxième type différente de celle de premier type,

la plaque de premier type étant alternée avec une plaque de deuxième type dans l'empilement de plaques de manière à ce que les sommets des ondulations de la plaque de premier type pénètrent dans les cavités des ondulations de la plaque adjacente de deuxième type au travers les ouvertures joignant deux sommets consécutifs de l'ensemble d'ondulations de la plaque adjacente de deuxième type dans l'empilement de plaques .

Cette d isposition permet de réal iser l'interpénétration de deux plaques adjacentes dans l'empilement de manière à réduire les échanges de fluide entre cavités et à améliorer l'échange thermique au travers des parois de la plaque.

Selon un aspect de l'invention, l'écart latéral entre le mil ieu d'une ondulation de l'ensemble d'ondulations de la plaque de premier type et le milieu d'une ondulation de l'ensemble d'ondulations de la plaque de deuxième type est compris entre 1 et 3 mm.

De toute façon , l' invention sera bien com prise à l 'a ide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non l imitatif, une plaque et un échangeur thermique selon l'invention.

La figure 1 est une vue générale d'un échangeur thermique selon l'invention.

La fig u re 2 est u ne représentation de la circulation des fl ux de fluide de part et d'autre des faces d'une plaque selon l'invention.

La figure 3 est une vue d'ensemble d'une plaque selon l'invention. La figure 4 illustre l'interpénétration de la zone de cœur de plaques adjacentes dans un empilement de plaques.

La figure 5 détaille une partie de l'empilement de plaques de la figure 4.

Comme illustré aux figures 1 et 4, un échangeur thermique 1 comprend une pluralité de plaques 10, 20 superposées en un empilement 2.

Chaque plaque 10, 20 s'étend selon un plan général P.

Dans le mode de réalisation présenté, l'empilement 2 est obtenu en alternant une plaque d'un premier type 10 avec une plaque d'un deuxième type 20 dont les spécificités sont décrites plus loin dans le texte.

Dans le mode de réalisation présenté, chaque plaque 1 0, 20 se présente sous la forme d 'un hexagone dont les côtés forment un contour extérieur 3.

Horm is l es pl aq ues d 'extrém ité , ch aq ue pl aq u e 1 0 , 20 est su pportée ou su pporte u ne autre plaq ue 1 0 , 20 de type d ifférent par l'intermédiaire de bordures profilées 4 réparties sur le contour 3 de la plaque 10, 20.

Comme illustré à la figure 2, chaque plaque 10, 20 comprend une zone intérieure 30 autrement dénommée zone de cœur 30 destinée à l'écoulement d'un premier fluide fl1 sur une première face F1 de la plaque 10, 20, et destiné à l'écoulement d'un deuxième fluide fl2 sur une deuxième face F2 de la plaque 10, 20.

Généralement, afin de favoriser les échanges de chaleur dans un échangeur thermique 1 , le premier fluide fl1 s'écoule sur la première face F1 dans la zone de cœur 30 selon un premier sens d'écoulement S1et le deuxième fluide fl2 s'écoule sur la deuxième face F2 dans la zone de cœur 30 selon un deuxième sens d'écoulement S2 opposé au premier sens d'écoulement S1.

Dans la suite de la description, il sera considéré que le sens d'écoulement du premier fluide fl1 est opposé au sens d'écoulement du deuxième fluide fl2.

Bien entendu, ces deux fluides pourraient s'écouler dans un même sens de part et d'autre de la plaque 10, 20 sans sortir du cadre de la présente invention.

Ces écoulements sont laminaires dans la zone de cœur 30 de l'échangeur thermique 1 , ce qui est habituellement induit par de faibles vitesses d'écoulement.

Dans l'exemple présenté, la zone de cœur 30 comprend un ensemble 6 d'ondulations 35 uniformes formant des cavités 36 pour l'écoulement du fluide fl1, fl2.

Ces ondulations 35 sont centrés sur le plan général P de la plaque

10, 20.

L'ensemble 6 d'ondulations 35 est formé par les cavités 36 qui s'étendent entre un fond 33 d'un creux et une ouverture 32 joignant deux sommets 34 consécutifs de l'ensemble 6 d'ondulations 35.

L'ouverture 32 de la cavité 36 est disposée de façon alternée en regard de la première face F1 puis de la deuxième face F2 entre deux ondulations 35 adjacentes.

Le fond 33 et l'ouverture 32 sont séparés d'une distance correspondant à la hauteur H de l'ondulation 35, le rapport entre la hauteur H et la largeur I à mi-hauteur d'une cavité 36 définissant l'élancement de la cavité 36 ou de l'ondulation 35 étant supérieur ou égal à trois.

La fonction d'une ondulation 35 ayant un tel élancement est décrite plus loin dans le texte.

En outre, chaque plaque 10, 20 comprend également une première zone d'entrée/sortie 41 destinée à guider selon un troisième sens d'écoulement S3, le premier fluide fl1 sur la première surface F1 de la plaque 10, 20 depuis l'extérieur de la plaque j usqu'à la zone de cœur 30, et à gu ider selon un quatrième sens d'écoulement S4, le deuxième fl u ide fl2 sur la deuxième surface F2 de plaque 10, 20 depuis la zone de cœur 30 jusqu'à l'extérieur de la plaque 10, 20.

Chaque plaque 1 0, 20 comprend également une deuxième zone d'entrée/sortie 42 destinée à guider selon le troisième sens d'écoulement S3, le premier fluide fl1 sur la première surface F1 de la plaque 10, 20 depuis la zone de cœur 30 jusqu'à l'extérieur de la plaque 1 0, 20, et à gu ider selon le quatrième sens d'écoulement S4, le deuxième fl u ide fl2 sur la deuxième surface F2 de plaque 1 0, 20 depuis l'extérieur de la plaque 1 0, 20 jusqu'à la zone de cœur 30.

Comme illustré dans la représentation présenté à la figure 2, les d irections prises par le troisième sens d'écoulement et le quatrième sens d'écoulement S4 se croisent selon deux d irections formant un angle a correspondant à la valeur de l'angle entre les deux côtés de la zone d'entrée/sortie 41 , 42 de l'échangeur.

Plus généralement, les d irections prises par le troisième sens d'écoulement S3 et le quatrième sens d'écoulement S4 se croisent selon deux directions formant un angle correspondant à l'angle entre deux côtés adjacents d'un polygone conférant à une plaque 10, 20 sa forme générale.

Dans le cas d'une plaque ayant une forme générale carrée, le troisième sens d'écoulement S3 et le quatrième sens d'écoulement S4 se croiseraient selon deux directions formant un angle sensiblement égal à 90°.

Po u r co n se rver u n éco ul em e nt l a m i n a i re d a n s l es zon es d'entrée/sortie 41 , 42 dans l'espacement formé entre chaque plaque 10, 20 de l'empilement 2, deux plaques élémentaires 10, 20 sont donc nécessaires :

- une première plaque élémentaire 10 ou de premier type dont les zones d'entrée/sortie 41 , 42 entraînent un écoulement lam inaire selon la direction du troisième sens d'écoulement S3 sur la première face F1 et un écoulement laminaire selon la direction du quatrième sens d'écoulement S4 sur la deuxième face F2, et

- une deuxième plaque élémentaire 20 ou de deuxième type dont les zones d'entrée/sortie 41 , 42 entraînent un écoulement laminaire selon la direction du quatrième sens d'écoulement S4 sur la première face F1 et un écoulement laminaire selon la direction du troisième sens d'écoulement S3 sur la deuxième face F2.

En outre, l'ensemble 6 des ondulations 35 de la zone de cœur 30 de la plaque de premier type 1 0 et l'ensemble 6 des ondulations 35 de la zone de cœur 30 de la plaque de premier type 20 sont identiques et en phase, les sommets 34 des ondulations 35 d'une plaque de premier type 10 étant alignés avec les sommets 34 des ondulations 35 d'une plaque de deuxième type 20.

Ainsi, lors de la superposition d'une plaque de premier type 10 et d'une plaque de deuxième type 20 pour former l'empilement 2 de plaque 10, 20, les sommets 34 des ondulations 35 de la zone de cœur 30 de la plaque de premier type 1 0 respectivement de la plaque de deuxième type 20, pénètrent dans les cavités 36 des ondulations 35 de la zone de cœur 30 de la plaque adjacente de deuxième type 20 respectivement de la plaque de premier type 10 au travers les ouvertures 32 des cavité 36.

Cette interpénétration est permise de par la hauteur des bordures de chaque plaque 10, 20 dont l'encombrement est légèrement inférieur à celui des ondulations 35, comme cela est visible à la figure 4.

Af i n d e fo rm e r u n é co u l e m e n t l a m i n a i re , c h a q u e zo n e d'entrée/sortie 41 , 42 comprend un deuxième ensemble 7 de motifs 45 formé par un ensemble de nervures 43 et de gorges 44.

Les nervures 43 peuvent s'étendre depu is une bordure de l à plaque 10, 20, jusqu'à la zone de cœur 30.

Une fois sur deux, l'extrémité de ces nervures 43 la plus proche du contour 3 de la plaque 10, 20 peut comprendre un renflement arrondi 46.

La disposition des nervures 43 est réalisée de manière à ce que les nervures 43 d'une plaque 10, 20 adjacente dans l'empilement 2 s'appuient ou créent des points d'appui sur ou pour les nervures 43 de la plaque 1 0, 20 considérée, renforçant ainsi la cohésion de l'empilement 2 de plaques 10, 20.

En outre, la hauteur de ces nervures 43 permet également l'appui des bord u res de la plaque 1 0, 20 su r les bordures d'une plaque 1 0, 20 adjacente afin de réaliser l'étanchéité de l'échangeur thermique 1 . Le rapport entre la plus courte distance séparant deux nervures 43 adjacentes définissant la largeur d'une gorge 44 et la hauteur d'une nervure 43 est supérieure ou égal à trois.

De plus, la hauteur d'une nervure 43 est inférieure ou égale à la hauteur H d'une ondulation 35 de la zone de cœur 30.

La superposition de deux plaques 10, 20 dans l'empilement 2 crée un conduit 5 pour un premier fluide fl1 entre deux plaques 10, 20 adjacentes.

Le premier fluide fl1 traverse le conduit 5 en pénétrant tout d'abord dans un espace se trouvant entre deux zones d'entrée/sortie 41 , 42.

Le premier fluide fl1 prend alors la forme d'une lame de fluide avec une orientation sensiblement parallèle à la plaque 10, 20donnée par l'orientation générale des plaques 10, 20.

L'orientation parallèle de la lame de fluide est également obtenue grâce au rapport mentionné précédemment entre la largeur des gorges 44 et la hauteur des nervures 43.

Cette orientation ainsi que le peu de reliefs rencontrés par la lame de fluide permettent à la lame de fluide de ne pas subir de trop importantes pertes de charges et de conserver un écoulement laminaire.

Le fluide fl1 atteint ensuite un espace se trouvant entre deux zones de cœur 30 de deux plaques adjacentes 10, 20 dans lequel il est réparti dans différents canaux formés par les cavités 36 des zones de cœur 30 de deux plaques adjacentes 10, 20.

L'orientation générale de la lame de fluide pénétrant dans l'échangeur thermique s'inverse alors pour passer d'une orientation sensiblement parallèle à la plaque dans une zone d'entrée/sortie 41, 42 à une orientation sensiblement transversale dans la zone de cœur 30 permettant ainsi d'augmenter l'espace entre les plaques sur les zones d'entrée/sortie 41 , 42 et de concentrer les pertes de charge sur la zone de cœur 30.

Cette inversion est engendrée par les caractéristiques géométriques de la plaque au niveau de ses zones d'entrée/sortie 41 , 42, en particulier de la disposition et du dimensionnement des nervures 43 et des gorges 44, ainsi qu'au niveau de la zone de cœur 30, en particulier du dimensionnement des ondulations 35.

Du fait de la superposition de deux plaques ondulées adjacentes, chaque canal d'une des deux plaques 10, 20 est en communication avec deux canaux de l'autre plaque 10, 20. Cependant, l'écart séparant le sommet 34 de l'ondulation 35 d'une plaque de premier type 10 et les deux sommets 34 des deux ondulations 35 consécutives de la deuxième plaque 20 est minimisé de manière à augmenter les pertes de charge dans cette zone.

Cette augmentation de pertes de charge réduit sensiblement les passages de fluide depuis une cavité 36 de la zone de cœur 30 de la première plaque 10 vers une cavité 36 de la zone de cœur de la deuxième plaque 20 et inversement.

Enfin, en sortie des zones de cœur 30, le premier fluide fl1 pénètre dans un espace se trouvant entre deux autres zones d'entrée/sortie 41 , 42 et retrouve une orientation générale sensiblement horizontale.

De même, le deuxième fluide fl2 traverse de la même façon un autre conduit 5 formé par l'adjonction d'une plaque 10, 20 aux deux plaques précédentes dans l'empilement 2.

II apparaît bien entendu que les différents modes de réalisations détaillés ci-dessus ne constituent que des exemples de mises en œuvre de l'invention telle que définie par les revendications ci-jointes. Des variantes de ces différents modes de réalisations peuvent être envisagées et les différents modes de réalisations décrits peuvent être combinés de façon aisée par l'homme du métier.