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WO2010116101A2 - Plaques creuses en polymere pour echanges thermiques entre gaz - Google Patents

Plaques creuses en polymere pour echanges thermiques entre gaz Download PDF

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WO2010116101A2
WO2010116101A2 PCT/FR2010/050684 FR2010050684W WO2010116101A2 WO 2010116101 A2 WO2010116101 A2 WO 2010116101A2 FR 2010050684 W FR2010050684 W FR 2010050684W WO 2010116101 A2 WO2010116101 A2 WO 2010116101A2
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WO
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hollow
reliefs
vertical
plate
internal
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Jean-Paul Domen
Stéphane Viannay
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THIRD MILLENIUM WATER Co
Original Assignee
THIRD MILLENIUM WATER Co
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Publication date
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Publication of WO2010116101A3 publication Critical patent/WO2010116101A3/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to hollow polymer plates for heat exchange between gas and, mainly, gas at close to ambient pressure and at low temperature (typically ⁇ 100 ° C.).
  • the heat exchangers formed by the assembly of such hollow plates have the function of heating a cold gas by means of a hot gas and simultaneously perform the reverse operation, while prohibiting the mixing of these gases.
  • This application concerns in particular the optimized air conditioning of apartments and the distillation of liquids.
  • air conditioning heat exchangers are used to heat or cool the incoming air by means of exhaust air.
  • flowing distillers reproducing the natural cycle of water, the objective is to recover the latent heat of the condensed vapor at best, to evaporate the liquid to be distilled.
  • the use of polymers is imposed by considerations of price, weight and long-term behavior.
  • the hollow heat exchange plates are substantially rectangular and of various sizes (typically 50 to 200 dm 2 ), their walls are thin (typically 0.25 mm), their internal thickness is small and substantially constant (typically 2 to 5 mm), thanks to shims.
  • these plates are juxtaposed, spaced at constant steps, by any appropriate means, flexible panels providing lateral closure of the spaces between plates.
  • the gases circulate against the currents, inside and outside the hollow plates thus assembled.
  • Pi is the thermal power supplied or removed in the air during his stay in the apartment and P 2 , the thermal power exchanged in the hollow plates.
  • P 1 is the thermal power supplied to the air to saturate it at extreme high temperature
  • P 2 the thermal power exchanged in the hollow plates.
  • R is the heat recovery factor in the exchanger.
  • Two parameters participate in the determination, by mathematical modeling, of the theoretical CoP of such a heat exchanger: (a) the global thermal conductance (in W / 0 C) linking the two portions of airflow concerned, and (b) the local difference in enthalpy (saturated air) or temperature (ambient air) between the hot and cold air currents flowing through the heat exchanger.
  • the general object of the invention relates to new hollow polymer plates, associated with appropriate means, allowing them to be assembled to form an optimized heat exchanger between gases, having a CoP Coefficient of Performance as close as possible to its theoretical value.
  • the first particular object of the invention is to produce new hollow polymer plates, adapted by construction to constantly remain faithful to specifications and explicit or implicit assumptions, taken into account for the modeling of such an exchanger.
  • the second particular object of the invention concerns the appropriate means to be associated with these new hollow plates in order to optimize their operation and thus to bring the gas currents concerned into circulation in accordance with the hypotheses, explicit or implicit, taken into account for the modeling. a perfect heat exchanger incorporating these plates.
  • the third particular object of the invention concerns the appropriate means to be associated with these new hollow plates to optimize their operation and thus cause the air currents concerned to circulate in accordance with the assumptions, explicit or implicit, taken into account for the modeling a perfect drafts still incorporating these plates.
  • a rectangular hollow plate made of polymer intended to be associated with other identical plates, juxtaposed spaced at constant steps, to form a high performance heat exchanger, between a hot gas and a cold gas; is characterized in that
  • the central hollow zone is constituted by a stack of many internal parallel channels juxtaposed, these internal channels having identical calibrated sections, bordered by continuous partitions;
  • the central hollow zone has continuous lines of external reliefs, corresponding to the partitions bordering the internal channels, to be able to develop external channels, similar to the internal channels, between two adjacent hollow plates;
  • the triangular hollow zones consist of stackings of parallel superimposed conduits;
  • the ducts of the two zones have calibrated sections respectively identical, significantly lower than those of these internal channels;
  • these ducts are bordered by continuous partitions and are abutted to the internal channels, with stacked free ends forming the diagonally opposite lateral mouths of the hollow plate;
  • a high bar, suspension and spacing, formed by two elongated elements almost symmetrically secured, is associated with each high plane band of a vertical hollow plate;
  • this high bar has protruding ends to be able to bear on cleats
  • each element of this high bar is provided with external reliefs, adapted to cooperate with those of the identical high bars of the two adjacent hollow plates, to form two lines of wide calibrated slots;
  • each of these wide slots or each small group of these wide slots corresponds to one of the external channels, arranged on each side of the hollow plate.
  • a low spreading bar formed by two elongated substantially symmetrical elements secured, is adapted to be suspended from each low flat strip of a vertical hollow plate; each element of this lower bar is provided with vertical external reliefs, adapted to cooperate with those of the identical low bars of the two adjacent plates, to form two lines of calibrated narrow slots; each of these narrow slots or each small group of these narrow slots corresponds to one of the external channels, arranged on each side of the hollow plate.
  • the low bars juxtaposed tight constitute a particular ceiling, with narrow slots calibrated corresponding to the external channels of the hollow plates.
  • the total cold air flow, which passes through this low inlet compartment is uniformly distributed in individual currents, at identical mass flow rates, between the external channels of the heat exchanger, in spite of the unavoidable dispersion of the pressures and local velocities of the total air flow inside this low compartment. Indeed, this distribution is made through calibrated narrow slot lines locally creating a slight loss of charge (a few Pascals) which standardizes divided flow rates without changing temperatures.
  • the total current of hot air entering the upper inlet compartment of the heat exchanger As for the total current of hot air entering the upper inlet compartment of the heat exchanger, it is uniformly distributed in individual currents, at identical mass flow rates, penetrating into the alignment of the upstream mouths of the close juxtaposed hollow plates. This is so because these mouths are formed by tight juxtaposed stacks of identical openings of the relatively narrow horizontal ducts of the upper triangular zone. In these conduits, these currents Individuals suffer a significant loss of load (tens of Pascals). Then, while changing their direction while maintaining their uniformity, they circulate inside the stack of larger vertical channels of the parallelogram zone of the plates.
  • the individual currents of hot and cold air can, respectively, rise while warming up and down while cooling progressively, in the external and internal channels of the vertical hollow plates of the 'heat exchanger.
  • This rise and descent are in regulated flows (undisturbed by a natural convection with random effects), in relatively narrow channels, with walls having a negligible arrow relative to the internal thickness of these channels, (typically 3 mm), bordered by continuous partitions, with mass flow rates and substantially identical temperatures at all levels.
  • the CoP of the heat exchanger used is maximized and the thermal power to be supplied or removed to the outside air, replacing the exhausted warm air discharged, cooled or heated, is greatly reduced.
  • This downstream edge then constitutes a real stop for almost all the air flow injected at the inlet of this distributor and, as a result, about 80% of this current is directed towards the latter channel.
  • This has the effect of making virtually virtually inactive the other internal channels of the hollow plate and thus cause the collapse of the CoP of any heat exchanger formed by an assembly of hollow plates devoid of these stacks of ducts in their triangular areas.
  • each pair of internal and external channels behaves like the double pair of channels, internal and external, a perfect dual elemental heat exchanger in which hot and cold air currents enter, to mass flow rates and temperatures respectively identical.
  • the conclusions of the modeling can be applied to any hollow plate heat exchanger and to any draughty distiller, improved according to the invention.
  • the CoP Coefficients of Performance of this exchanger and this distiller can then reach the high theoretical values announced by their modeling. This allows to significantly reduce the number of hollow plates of a heat exchanger to exchange a given thermal power and therefore significantly reduce the total cost of this heat exchanger.
  • these hollow plates are further characterized in that:
  • hydrophilic packings and, between the continuous lines of vertical external reliefs, they comprise vertical suites of small horizontal reliefs, adapted to put an end to any irregular flow of liquid in these packings; these reliefs are spread out with a constant step and these different vertical sequences, shifted by half a step;
  • each gutter has a U-shaped cross-section and a bottom pierced with calibrated slots, provided with edges adapted to grip the high plane, double hydrophilic packing, of the hollow plate suspended from this high bar;
  • Gutters collection of concentrated liquid are arranged in the lower bars of the hollow plates; these gutters are separated by parallel lines of calibrated narrow slots and are adapted to cooperate with the low plane strips of the hollow plates, to collect without overflowing the concentrated liquid dripping from these strips;
  • the two stackings of the openings of these horizontal ducts, high and low, have the same height and they constitute the lateral mouths, upstream and downstream, diagonally opposite of a hollow plate;
  • the high ducts are substantially wider than the low ducts, so that the total pressure losses of the individual saturated air streams, entering hot in a hollow plate and leaving them cooled, are identical; - two pairs of flanks, high and low, incorporating the high and low bars of a hollow plate, are attached to the two triangular zones of this plate, to constitute, below the high bars and above the low bars, two pairs of high screens and low overlying these two areas to protect their wet hydrophilic packings from rising air currents;
  • these two pairs of flanks have vertical external equidistant relief lines, extending the lines of contiguous external reliefs bordering the outer channels of the hollow plates; the height of the reliefs of the high flanks is significantly greater than that of the lower flanks, so that the total pressure losses of the individual saturated air currents circulating from bottom to top in these external channels and along these high flanks are identical; and low; the pair of lower flanks comprises a lateral extension with contiguous edges, forming a protruding weir adapted to cause the distilled liquid produced by each hollow plate to flow into an evacuation collector, and, between reliefs arranged on these edges , wide slots for the evacuation of the air currents coming out of the hollow plates.
  • Such a distillation chamber behaves as a set of perfect elementary distillers, arranged in parallel.
  • the CoP of such a distillation chamber is close to its theoretical CoP, its daily production of distilled liquid is optimized and its cost per unit produced is minimized accordingly.
  • the four figures 2a, b, c, d represent the views of the inner and outer faces of the pair of high flanks, associated with hollow plates for distillers; -
  • the four figures 3 a, b, c, d show the views of the inner and outer faces of the pair of low sides, associated with hollow plates for distiller.
  • FIG. 1 is shown vertical a typical new hollow plate 10, intended to be incorporated, a few tens, to the distillation chamber of a distiller with drafts reproducing the natural cycle of water.
  • This hollow plate 10 is rectangular and comprises a central zone 12 in the form of a parallelogram and two end zones 14 and 16 in the form of right triangles.
  • the hollow plate 10 typically has a height of 120 cm, a width of 70 cm and an overall thickness of 8.5 mm. Its walls are polypropylene or any polymer with good mechanical strength at the maximum temperature of the enclosure.
  • the central zone 12 comprises twelve vertical flat internal channels 18 1 - 12 , 3 mm thick, 5 cm wide, 90 cm high, and two welded or bonded side edges 20-21, 90 cm high and 10 mm wide. .
  • These twelve internal channels 18 1 - 12 are separated by eleven groups 22i_n of vertical reliefs, internal and external, each group having 6 mm wide.
  • the loupe 11 shows the profile of a cross section, at the group 22i, two hollow plates 10 juxtaposed tight.
  • the triangular areas 14-16 of the hollow plate 10 are constituted by two up and down sets of twelve superposed horizontal ducts 26i_i 2 and 28 1 . 12 , all 16 mm high respectively abutting at both ends of the twelve vertical internal channels 18.
  • the width of the high ducts 26 is 4.2 mm and that of the lower ducts 28, 3 mm.
  • the free ends of these superimposed pipes 26-28 form two stacks, 20 cm high, constituting lateral mouths, upstream 30 and downstream 32, for the hollow plate 10.
  • eleven thick partitions of 2 mm formed by contiguous pairs of horizontal internal reliefs with straight flanks, such as 34n and 36n, provide the separations between the conduits 26-28.
  • the magnifying glass 33 shows the right flanks 35-37 of the horizontal internal relief 36 connected to the sloping flanks of the two internal reliefs 13 1 and 13 2 . These right flanks 35-37 surround and overflow the lower end of the outer relief 17 of the vertical relief groups 22.
  • the circular zone included in the magnifying glass 33 is representative of the two faces of the plate 10: it comprises in gray a hydrophilic packing 39 , produced by electrostatic flocking of hydrophilic fibers.
  • the central zone 12 of the hollow plate 10 comprises, between two groups of vertical reliefs 22, and between the lateral edges of this plate 10 and the first and the last relief 22, vertical series of small horizontal reliefs 38, high and wide of 1 mm, with constant steps of 3 cm, shifted by half a step from one series to another.
  • the series of horizontal reliefs 38 of two contiguous hollow plates are interposed and hardly modify the flows of saturated air in the separation spaces of the hollow plates 10.
  • These horizontal reliefs 38 are bars intended to block and spread all irregular flow, in particular random flow, of the liquid to be descended by gravity and capillarity in the hydrophilic packings of each hollow plate 10.
  • each hollow plate 10 The upper and lower parts of each hollow plate 10 are two plane strips 40 and 42 respectively comprising two rows of twelve holes 44 1-12 and 46i-i 2 , the holes 44 making it possible to suspend the plate 10 and the holes 46, to suspend an associated device described later.
  • the earpieces 48-50 they are stops for the liquid to be distilled spread on the flat strip 40.
  • the outer parts of these atria 48-50 extend the lateral edges 20-21 of the plate 10 and they are, like these two edges, devoid of hydrophilic packing 39,
  • FIGS. 2a-2b and 2c-2d represent the external and internal views of two substantially triangular high sides 52-54, having a minimum thickness of 0.5 mm, associated with a hollow distillation plate 10 according to the invention. .
  • the upper edges of these upper flanks have protruding ends 56-58 and 60-62, intended to be resting on cleats formed in the heat insulating housing of a distillation chamber.
  • the upper edges of these two high flanks 52-54 comprise three small cutouts 64- 66, intended to serve to wedge a water supply bowl of the lining of the plate.
  • Figures 2a-2c On the vertical side of these two upper flanks, appear in Figures 2a-2c the faces of twelve small hooking tabs 68-70 and, in Figures 2b-2d, the backs of these tabs, which are adapted to be engaged on both sides of each of the openings of the twelve horizontal ducts 26 of the upper triangular zone 14, to fix these two flanks 52-54 on the plate 10.
  • Figures 2a and 2c show the external views of the two upper flanks 52-54. On each of these views, there appear twenty three equidistant vertical reliefs 72-74, eleven of these reliefs being aligned on the eleven equidistant external partitions 17 or 19 of the hollow plate.
  • These reliefs 72-74 are 3 mm wide and 1.05 mm high, so that arranged contiguous between two adjacent plates, they arrange twenty four flat corridors, such 73-75 superimposed, having 25 mm wide, 2, 1 mm thick and different lengths, depending on their rank.
  • Figures 2b and 2d show the internal views of these two flanks 52-54. On these views, appear the two elements 76-78 of a high bar 55 of suspension and spacing, arranged to form, after assembly, the edges of a spreading gutter 80, with half vertical branches 82a-b and 84a-b, twelve hollow pins 86 (in 2b) and twelve soft-walled hollow studs 88 (in 2c and 2d).
  • the high plane strip 40 of the hollow plate 10 will be suspended from the twelve lugs 86 by its twelve holes 44, then the twelve lugs 88 will be engaged in the recesses of these lugs 86 to form twelve snaps securing this suspension.
  • the lower parts 90-92 of the two elements 76-78 of the high bar 55 comprise small notches with contiguous edges forming the relatively thick pierced bottom (typically 3 mm) of the spreading gutter 80 The edges of these cuts enclose the upper flat strip 40 with double hydrophilic packing of the hollow plate 10.
  • FIGS. 3a-3b and 3c-3d represent the external and internal views of the two quasi-symmetrical bottom flanks 100-102, which are substantially triangular, associated with a hollow distillation plate 10. These bottom flanks 100-102 are adapted to be mounted. joined, hooked the low triangular zone 16 of a hollow plate 10 according to the invention and suspended from the flat strip 42 of this zone.
  • bottom flanks 100-102 each have a lateral extension 104-106, slightly concave, comprising (a) edges 108-1 10 with contiguous reliefs 112-1 14, adapted to arrange openings for the cooled air leaving the plates hollow of a distillation chamber, and (b) at the foot of these edges 108-110, the walls 1 16 - 1 18 of a spillway weir 120-122, for the distilled liquid, condensed inside the these hollow plates.
  • FIGS. 3a-3c the faces of twelve small hook tabs 124-126 and, in FIGS. 3b-3d, the backs of these tabs, which are adapted to be engaged on both sides of each of the openings of the twelve horizontal ducts 28 of the low triangular zone 16, to fix these two flanks 100-102 on the plate 10.
  • Figures 3a and 3c show the external views of the two flanks 100-102. On each of these views, appear twenty-three lines of equidistant vertical reliefs 128-130 having the same configuration and the same function as the relief lines 72-74 of Figures 2a-2c. These relief lines are 0.75 mm high and assembled contiguous, they arrange between two plates, twenty four flat corridors, such as 129, having 25 mm long and 1.5 mm wide.
  • Figures 3b and 3d show the internal views of these two flanks 100-102.
  • eleven frustoconical dotted lines 146 and 148 appear, having the same configuration and the same function as the lines 94-96 of FIGS. 2b-2d, their height being 3.4 mm and the thickness of the passage between the bare wall of the triangular zone 16 and the two lower sides is 1, 3 mm.
  • the pitch of the high and low bars of the hollow plates is necessarily constant, imposed by the height of the external reliefs 17-19 mounted contiguous, or 8.5 mm.
  • the upper portions of the bottom flanks 100-102 constitute screens 101a and 101b for the wet packings of the zone 16 in a triangle, protecting them from the air currents saturated at low initial temperature, rising in the external channels of the hollow plates.
  • the saturated air currents circulate under optimal conditions, that is to say substantially identical with respect to mass flow rates and airflow and liquid flow temperatures, at all similar levels of the outer and inner channels of the hollow plates.
  • This makes it possible to maximize the CoP of this distillation chamber, to maximize the daily production of distilled water and thus to reduce the cost of the installation.
  • the invention is not limited to heat exchangers used for the optimized air conditioning of buildings or for the efficient distillation of liquids.
  • the hollow polymer plates improved according to the invention, and any heat exchanger between hot and cold gas incorporating them, find applications.
  • a crosslinking of the hollow polymer plates widens the range of these applications, since such a treatment makes it possible to significantly raise the temperature (up to 250 ° C.) and differential pressure (up to 1 bar, with thicker walls and inner and outer channels of appropriate maximum width), below which the polymer used retains or even somewhat improves its mechanical properties.
  • the bars, high 55 and low 103, associated with the hollow plates for simple heat exchangers, are respectively similar to the high parts of the high flanks 52-54 and the lower parts of the bottom flanks 100-102.
  • the two elongated elements of each of these high and low bars are devoid of all that is clean (gutters) to a hollow plate for distiller. In practice, they are reduced to their functions of suspension and / or spacing of the hollow plates.
  • a hollow plate for a simple heat exchanger can be easily produced by another method than thermoforming.
  • the zone in parallelogram and the two zones in triangles can be polymer parts manufactured separately, by extrusion, molding then gluing.

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Abstract

Une telle plaque creuse (10) est rectangulaire et destinée à être incorporée à un échangeur thermique. Chaque paroi de cette plaque est réalisée par thermoformage et les deux parois sont soudées l'une à l'autre. La plaque possède une zone creuse centrale (12), en forme de parallélogramme, et deux zones creuses d'extrémité (14-16), en forme de triangles rectangles symétriques. Sa zone creuse centrale (12) est constituée par un empilement de nombreux canaux internes parallèles juxtaposés (181-12), à sections calibrées identiques, bordés par des cloisons continues (131-2) et elle comporte des lignes continues de cales d'épaisseur externe (17-19) pour aménager des canaux externes, entre deux plaques creuses contiguës. Ses zones creuses triangulaires (14-16) sont constituées par des empilements de conduits parallèles superposés (261-12 et 281-12), à sections calibrées identiques, notablement plus faibles que celles de ces canaux internes (18). Ces conduits (26-28) sont aboutés aux canaux internes (18), avec des extrémités libres empilées formant les embouchures latérales (30-32), diagonalement opposées de la plaque creuse (10). Une bande pleine plane haute (40) permet de suspendre la plaque à une barre haute et une bande basse (42) semblable, de suspendre une barre basse. Ces deux barres permettent la juxtaposition serrée à pas constants des plaques creuses. Deux barres basses juxtaposées forment une ligne de fentes étroites calibrées. Les courants de gaz ont des débits et des températures uniformes en tous emplacements semblables. Le Coefficient de Performance (CoP) de l'échangeur thermique est maximisé. Applications : Climatisation optimisée d'appartement; Distillateurs à courants d'air, reproduisant le cycle naturel de l'eau.

Description

PLAQUES CREUSES EN POLYMERE POUR ECHANGES THERMIQUES ENTRE GAZ
L'invention concerne des plaques creuses en polymère pour échanges thermiques entre gaz et, principalement, entre gaz à pression proche de l'ambiante et à température peu élevée (typiquement < 1000C).
Les échangeurs thermiques constitués par l'assemblage de telles plaques creuses ont pour fonction de réchauffer un gaz froid au moyen d'un gaz chaud et simultanément d'effectuer l'opération inverse, tout en interdisant le mélange de ces gaz. Cette application concerne notamment la climatisation optimisée d'appartements et la distillation de liquides. En climatisation, les échangeurs thermiques sont utilisés pour réchauffer ou refroidir l'air entrant au moyen de l'air vicié sortant. Dans les distillateurs à courants d'air, reproduisant le cycle naturel de l'eau, l'objectif est de récupérer au mieux la chaleur latente de la vapeur condensée, pour évaporer le liquide à distiller. L'emploi de polymères est imposé par des considérations de prix, de poids et de tenue à long terme.
Les plaques creuses d'échange thermique sont sensiblement rectangulaires et de tailles diverses (typiquement 50 à 200 dm2), leurs parois sont fines (typiquement 0,25 mm), leur épaisseur interne faible et sensiblement constante (typiquement 2 à 5 mm), grâce à des cales d'épaisseur. Dans un échangeur thermique à plusieurs plaques creuses, ces plaques sont juxtaposées, écartées à pas constants, par tout moyen approprié, des panneaux souples assurant l'obturation latérale des espaces entre plaques. Dans ces échangeurs thermiques, les gaz circulent à contre-courants, à l'intérieur et à l'extérieur des plaques creuses ainsi assemblées. Un échangeur thermique, traversé en sens inverse par un même courant de gaz, avant et après traitement thermique, possède un Coefficient de Performance CoP = P2/P1 = 1/(1-R). En climatisation optimisée, Pi est la puissance thermique fournie ou retirée à l'air au cours de son séjour dans l'appartement et P2, la puissance thermique échangée dans les plaques creuses. En distillation, P1 est la puissance thermique fournie à l'air pour le saturer à température haute extrême et P2, la puissance thermique échangée dans les plaques creuses. Dans les deux cas, R est le facteur de récupération thermique dans l'échangeur. Deux paramètres participent à la détermination, par modélisation mathématique, du CoP théorique d'un tel échangeur thermique : (a) la conductance thermique globale (en W /0C) liant les deux portions de courant d'air concernées, et (b) l'écart local d'enthalpie (air saturé) ou de température (air ambiant) entre les courants d'air chaud et froid traversant l'échangeur thermique.
L'expérience a montré que les échangeurs thermiques à plusieurs plaques creuses ont un CoP réel, très inférieur à leur CoP théorique. Ces deux valeurs, réelle et théorique, sont d'environ 3,3 et 15 pour un distillateur et de 20 et 80, pour un échangeur simple. Pour comprendre les causes de ce faible CoP, on s'est intéressé au fonctionnement d'un double échangeur thermique élémentaire parfait. Cet échangeur est formé par deux paires verticales de canaux plats adjacents, dotés de fines parois communes leur assurant un bon couplage thermique. Les deux zones de courant d'air concernées ont un même débit total et des écoulements identiques parfaitement homogènes. Les résultats de cette nouvelle modélisation sont éloquents : un déséquilibre initial de quelques pourcents entre les débits massiques ou les températures des paires de courants d'air montant et descendant entraîne, par une sorte de contagion, une chute du CoP réel de ce double échangeur élémentaire qui peut égaler de cinq à dix fois le pourcentage de déséquilibre. Et cette chute est d'autant plus grande que son CoP théorique est élevé.
Eu égard aux valeurs maximales élevées possibles du CoP théorique d'un échangeur thermique simple ou d'un distillateur à courants d'air parfait, la faible valeur réelle du CoP, mesurée au cours de tests, est donc inacceptable. En effet, ce coefficient limité ne peut provenir que de fonctionnements incorrects de ces échangeurs, les hypothèses explicites et implicites prises en compte pour leur modélisation n'étant pas concrétisées.
L'objet général de l'invention concerne des plaques creuses nouvelles en polymère, asso-ciées à des moyens appropriés, leur permettant d'être assemblées pour constituer un échangeur thermique optimisé entre gaz, possédant un Coefficient de Performance CoP aussi proche que possible de sa valeur théorique.
Le premier objet particulier de l'invention est de réaliser des plaques creuses nouvelles en polymère, adaptées par construction à constamment demeurer fidèles aux spécifications et hypothèses explicites ou implicites, prises en compte pour la modélisation d'un tel échangeur.
Le deuxième objet particulier de l'invention concerne les moyens appropriés, à associer à ces plaques creuses nouvelles pour optimiser leur fonctionnement et ainsi amener les courants de gaz concernés à circuler en conformité avec les hypothèses, explicites ou implicites, prises en compte pour la modélisation d'un échangeur thermique parfait incorporant ces plaques.
Le troisième objet particulier de l'invention concerne les moyens appropriés, à associer à ces plaques creuses nouvelles pour optimiser leur fonctionnement et ainsi amener les courants d'air concernés à circuler en conformité avec les hypothèses, explicites ou implicites, prises en compte pour la modélisation d'un distillateur à courants d'air parfait incorporant ces plaques. Selon l'invention, une plaque creuse rectangulaire en polymère, destinée à être associée à d'autres plaques identiques, juxtaposées écartées à pas constants, pour constituer un échangeur thermique à hautes performances, entre un gaz chaud et un gaz froid ; est caractérisée en ce que :
- elle possède une zone creuse centrale, en forme de parallélogramme, et deux zones creuses d'extrémité, en forme de triangles rectangles symétriques ;
- la zone creuse centrale est constituée par un empilement de nombreux canaux internes parallèles juxtaposés, ces canaux internes ayant des sections calibrées identiques, bordés par des cloisons continues ;
- la zone creuse centrale comporte des lignes continues de reliefs externes, correspondant aux cloisons bordant les canaux internes, pour pouvoir aménager des canaux externes, semblables aux canaux internes, entre deux plaques creuses contiguës ; - les zones creuses triangulaires sont constituées par des empilements de conduits parallèles superposés ; les conduits des deux zones ont des sections calibrées respectivement identiques, notablement plus faibles que celles de ces canaux internes ; ces conduits sont bordés par des cloisons continues et sont aboutés aux canaux internes, avec des extrémités libres empilées formant les embouchures latérales diagonalement opposées de la plaque creuse ;
- deux bandes pleines planes constituent les extrémités de la plaque creuse.
Selon des premières caractéristiques complémentaires des précédentes,
- une barre haute, de suspension et d'écartement, formée par deux éléments allongés quasi symé-triques solidarisés, est associée à chaque bande plane haute d'une plaque creuse verticale ;
- cette barre haute possède des extrémités saillantes pour pouvoir prendre appui sur des tasseaux ;
- chaque élément de cette barre haute est doté de reliefs externes, adaptés à coopérer avec ceux des barres hautes identiques des deux plaques creuses contiguës, pour constituer deux lignes de fentes larges calibrées ;
- chacune de ces fentes larges ou chaque petit groupe de ces fentes larges correspond à l'un des canaux externes, aménagés de chaque côté de la plaque creuse.
Selon des secondes caractéristiques complémentaires des précédentes,
- une barre basse d'écartement, formée par deux éléments allongés quasi symétriques solidarisés, est adaptée à être suspendue à chaque bande plane basse d'une plaque creuse verticale ; - chaque élément de cette barre basse est doté de reliefs externes verticaux, adaptés à coopérer avec ceux des barres basses identiques des deux plaques contiguës, pour constituer deux lignes de fentes étroites calibrées ; - chacune de ces fentes étroites ou chaque petit groupe de ces fentes étroites correspond à l'un des canaux externes, aménagés de chaque côté de la plaque creuse.
En hiver, pour constituer un échangeur thermique approprié, en état de traiter les courants d'air entrant et sortant d'un immeuble climatisé, (a) on peut suspendre à la verticale, sur les tasseaux d'un boîtier à quatre côtés, plusieurs plaques creuses nouvelles, dotées de leurs barres, haute et basse, (b) on aménage, sous ces plaques, un compartiment d'entrée bas assurant l'admission et la distribution du courant total d'air froid extérieur, à réchauffer dans l'échangeur, (c) on installe en face de l'alignement des embouchures amont des plaques creuses, un compartiment d'entrée haut, assurant l'admission et la distribution du courant total d'air vicié tiède à évacuer, (d) on dispose au- dessus de l'échangeur un compartiment d'admission et de mélange, avant dispersion à l'intérieur de l'appartement, des courants individuels d'air extérieur réchauffé, et (e) on installe en face des embouchures aval des plaques creuses, un compartiment d'admission et de mélange des courants individuels d'air vicié refroidi, avant leur évacuation vers l'extérieur. En été, l'air vicié à évacuer est l'air froid et l'air extérieur est l'air chaud. Un ventilateur, installé à l'entrée du compartiment bas ou en sortie du compartiment haut, est adapté à forcer les deux courants d'air concernés, à circuler en circuit ouvert dans l'échangeur.
Avec une telle installation, dans le compartiment d'entrée bas, les barres basses juxtaposées serrées constituent un plafond particulier, doté de fentes étroites calibrées correspondant aux canaux externes des plaques creuses. Dans ces conditions, le courant total d'air froid, qui traverse ce compartiment d'entrée bas, est uniformément réparti en courants individuels, à débits massiques identiques, entre les canaux externes de l'échangeur thermique, malgré la dispersion inévitable des pressions et des vitesses locales du courant total d'air à l'intérieur de ce compartiment bas. En effet, cette répartition est faite à travers des lignes de fentes étroites calibrées créant localement une légère perte de charge (quelques Pascals) qui uniformise les débits divisés sans modifier les températures.
Quant au courant total d'air chaud qui pénètre dans le compartiment d'entrée haute de l'échangeur thermique, il est uniformément réparti en courants individuels, à débits massiques identiques, pénétrant dans l'alignement des embouchures amont des plaques creuses juxtaposées serrées. Il en est ainsi, car ces embouchures sont formées par les empilements juxtaposés serrés des ouvertures identiques des conduits horizontaux relativement étroits de la zone triangulaire supérieure. Dans ces conduits, ces courants individuels subissent en effet une perte de charge notable (dizaines de Pascals). Ensuite, en changeant de direction tout en conservant leur uniformité, ils circulent à l'intérieur de l'empilement des canaux verticaux plus larges de la zone en parallélogramme des plaques. Grâce à la combinaison de ces différentes dispositions, dans des conditions optimisées, les courants individuels d'air chaud et froid, peuvent, respectivement monter en se réchauffant et descendre en se refroidissant progressivement, dans les canaux externes et internes des plaques creuses verticales de l'échangeur thermique. Cette montée et cette descente se font en écoulements régulés (non perturbés par une convexion naturelle à effets aléatoires), dans des canaux relativement étroits, avec des parois présentant une flèche négligeable par rapport à l'épaisseur interne de ces canaux, (typiquement de 3 mm), bordés par des cloisons continues, avec des débits massiques et des températures sensiblement identiques à tous niveaux. Dans ces conditions, le CoP de l'échangeur thermique utilisé est maximisé et la puissance thermique, à fournir ou à retirer à l'air extérieur, venant remplacer l'air tiède vicié évacué, refroidi ou réchauffé, est très fortement diminuée.
On notera que la description ci-dessus, du fonctionnement d'un échangeur thermique de climatisation optimisée, n'est pas limitée au cas particulier commenté. En effet, les plaques creuses selon l'invention fonctionnent aussi bien horizontales que verticales, dès lors que la circulation des courants d'air y est forcée par un ventilateur.
Avant de poursuivre, on notera que la répartition uniforme du débit total d'air chaud, entre les canaux internes de chaque plaque creuse, est obtenue grâce à l'empilement de conduits horizontaux de la zone triangulaire amont. En effet, en l'absence de ces conduits, cette zone triangulaire devient un distributeur d'air dans lequel les extrémités hautes des cloisons, qui séparent les canaux internes de la zone en parallélogramme, opèrent en déflecteurs. Mais ces déflecteurs sont très peu efficaces. En effet, la quasi totalité de la pression dynamique, engendrée par le courant rapide formé par la totalité de l'air, qui circule dans ce distributeur horizontal relativement étroit, pour y être divisé en courants individuels devant circuler à vitesse réduite dans l'empilement des canaux internes verticaux notablement plus larges, est finalement appliquée au bord aval du dernier canal interne de la plaque. Ce bord aval constitue alors une véritable butée pour la quasi-totalité du courant d'air injecté à l'entrée de ce distributeur et, de ce fait, environ 80% de ce courant est dirigé vers ce dernier canal. Ce qui a pour effet de rendre pratiquement inactifs les autres canaux internes de la plaque creuse et donc de provoquer l'effondrement du CoP de tout échangeur thermique, formé par un assemblage de plaques creuses dépourvues de ces empilements de conduits dans leurs zones triangulaires.
Grâce aux caractéristiques nouvelles de ces plaques creuses et de leurs barres, hautes et basses, les échangeurs thermiques, qui les incorporent, opèrent d'une manière optimisée qui leur procure un CoP proche de sa valeur théorique. En effet, dans de tels échangeurs, chaque double paire de canaux internes et externes se comporte comme la double paire de canaux, interne et externe, d'un double échangeur thermique élémentaire parfait dans lequel pénètrent des courants d'air chaud et froid, à débits massiques et températures respectivement identiques. Il s'en suit que les conclusions de la modélisation peuvent s'appliquer à tout échangeur thermique à plaques creuses et à tout distillateur à courants d'air, perfectionné selon l'invention. Et les Coefficients de Performance CoP de cet échangeur et de ce distillateur peuvent alors atteindre les valeurs théoriques élevées annoncées par leur modélisation. Ce qui permet de notablement diminuer le nombre de plaques creuses d'un échangeur thermique devant échanger une puissance thermique donnée et donc de notablement diminuer le coût total de cet échangeur.
Selon l'invention, dans un distillateur à courants d'air, incorporant de telles plaques creuses nouvelles, juxtaposées verticales, écartées à pas constant, pourvues de leurs barres hautes et basses, ces plaques creuses sont en outre caractérisées en ce que :
- leurs parois sont dotées de garnissages hydrophiles et, entre les lignes continues de reliefs externes verticaux, elles comportent des suites verticales de petits reliefs horizontaux, adaptés à mettre fin à toute coulée irrégulière de liquide dans ces garnissages ; ces reliefs sont écartés à pas constant et ces différentes suites verticales, décalées d'un demi pas;
- des gouttières d'épandage de liquide à distiller sont aménagées dans les barres hautes des plaques creuses ; chaque gouttière possède une section droite en forme de U et un fond percé de fentes calibrées, dotées de bords adaptés à enserrer la bande plane haute, à double garnissage hydrophile, de la plaque creuse suspendue à cette barre haute ; - des gouttières de collecte du liquide concentré sont aménagées dans les barres basses des plaques creuses ; ces gouttières sont séparées par des lignes parallèles de fentes étroites calibrées et sont adaptées à coopérer avec les bandes planes basses des plaques creuses, pour collecter sans déborder le liquide concentré gouttant de ces bandes ;
- les deux empilements des ouvertures de ces conduits horizontaux, hauts et bas, ont même hauteur et ils constituent les embouchures latérales, amont et aval, diagonalement opposées d'une plaque creuse;
- les conduits hauts sont notablement plus larges que les conduits bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, entrant chauds dans une plaque creuse et en en sortant refroidis; - deux paires de flancs, hauts et bas, incorporant les barres haute et basse d'une plaque creuse, sont accrochées aux deux zones triangulaires de cette plaque, pour constituer, au- dessous les barres hautes et au-dessus des barres basses, deux paires de paravents hauts et bas recouvrant ces deux zones pour protéger leurs garnissages hydrophiles humides des courants d'air montants ;
- ces deux paires de flancs ont des lignes de reliefs externes verticaux équidistants, prolongeant les lignes de reliefs externes jointifs bordant les canaux externes des plaques creuses ; la hauteur des reliefs des flancs hauts est notablement plus grande que celle des flancs bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, circulant de bas en haut dans ces canaux externes et le long de ces flancs hauts et bas ; - la paire de flancs bas comporte une extension latérale à bords jointifs, formant un déversoir saillant, adapté à amener le liquide distillé produit par chaque plaque creuse à s'écouler dans un collecteur d'évacuation, et, entre des reliefs aménagés sur ces bords, des fentes larges pour l'évacuation des courants d'air sortant des plaques creuses.
Grâce à ces dispositions, dans une enceinte de distillation, semblable à l'échangeur thermique de climatisation optimisée, brièvement décrit plus haut, (a) du liquide chaud à distiller est répandu d'une manière uniforme sur les bandes planes hautes à double garnissage hydrophile des plaques creuses, (b) tout écoulement non uniforme dans ce garnissage est rapidement bloqué puis étalé par les petits reliefs horizontaux, typiquement espacés de 3 cm, (c) des courants individuels d'air saturé, à température initiale uniforme basse extrême (résultat de la présence des paravents bas), montent, en écoulements régulés, avec des températures et des débits massiques identiques à tout niveau semblable, dans les chambres individuelles d'évaporation, constituées dans les canaux externes des plaques creuses, (d) des courants individuels d'air saturé, à débits massiques identiques et à température initiale haute extrême (résultat de la présence des paravents hauts), descendent, en écoulements régulés, dans les chambres individuelles de condensation constituées par les canaux internes des zones centrales des plaques creuses. Une telle enceinte de distillation se comporte comme un ensemble de distillateurs élémentaires parfaits, disposés en parallèle. En conséquence, le CoP d'une telle enceinte de distillation est proche de son CoP théorique, sa production journalière de liquide distillé est optimisée et son coût, par unité produite, minimisé en conséquence.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise, à la suite des descriptions ci-après, faites en référence aux dessins annexés dans lesquels, - la figure 1 représente la vue de face d'une plaque creuse nouvelle ;
- les quatre figures 2 a, b, c, d, représentent les vues des faces internes et externes de la paire de flancs hauts, associés à des plaques creuses pour distillateur ; - les quatre figures 3 a, b, c, d, représentent les vues des faces internes et externes de la paire de flancs bas, associés à des plaques creuses pour distillateur.
Selon la figure 1 , est représentée verticale une plaque creuse nouvelle typique 10, destinée à être incorporée, à quelques dizaines, à l'enceinte de distillation d'un distillateur à courants d'air reproduisant le cycle naturel de l'eau. Cette plaque creuse 10 est rectangulaire et comporte une zone centrale 12 en forme de parallélogramme et deux zones d'extrémité 14 et 16 en forme de triangles rectangles. La plaque creuse 10 a typiquement une hauteur de 120 cm, une largeur de 70 cm et une épaisseur hors tout de 8,5 mm. Ses parois sont en polypropylène ou en tout polymère à bonne tenue mécanique à la température maximale de l'enceinte. Ces parois ont une épaisseur typique de 0,25 mm, elles sont thermoformées quasi symétriques et, par ailleurs, pourvues d'un garnissage hydrophile (non représenté), épais de 0,5 mm, notamment réalisé par flocage électrostatique de fines fibres hydrophiles courtes (< 0,5 mm). La zone centrale 12 comprend douze canaux internes plats verticaux 181-12, épais de 3 mm, larges de 5 cm, hauts de 90 cm, et deux bords latéraux 20-21 soudés ou collés, hauts de 90 cm et larges de 10 mm. Ces douze canaux internes 181-12 sont séparés par onze groupes 22i_n de reliefs verticaux, internes et externes, chaque groupe ayant 6 mm de large. La loupe 11 fait voir le profil d'une coupe transversale, au niveau du groupe 22i, de deux plaques creuses 10 juxtaposées serrées. Dans cette loupe 11 , entre les extrémités de deux paires de canaux internes 181 et 182, et d'une paire de canaux externes 24i et 242, on voit deux paires de reliefs internes symétriques jointifs 13ia et 132a, étroits (1 mm au fond), à bords pentus 15ia-b et 152a-b, qui entourent une paire de reliefs externes symétriques 17 et 19, à bords carrés, large de 3 mm et haut de 4,25 mm. Les paires de reliefs internes symétriques 13i et 132 sont de préférence collés ou soudés ensemble, pour maximiser la stabilité de la géométrie de la plaque creuse 10. De la sorte, les reliefs externes 17 et 19 forment de longs corps creux souples, destinés à être mis en contact serré avec des corps creux semblables appartenant aux deux plaques creuses contiguës.
Les zones triangulaires 14-16 de la plaque creuse 10 sont constituées par deux ensembles haut et bas de douze conduits horizontaux superposés 26i_i2 et 281.12, tous hauts de 16 mm, respectivement aboutés aux deux extrémités des douze canaux internes verticaux 18. La largeur des conduits hauts 26 est de 4,2 mm et celle des conduits bas 28, de 3 mm . Les extrémités libres de ces condu its superposés 26-28 forment deux empilements, hauts de 20 cm, constituant des embouchures latérales, amont 30 et aval 32, pour la plaque creuse 10. Dans ces deux zones 14-16, onze cloisons épaisses de 2 mm, formées par des paires jointives de reliefs internes horizontaux à flancs droits, tels 34n et 36n, assurent les séparations entre les conduits 26-28. Ces paires de reliefs 34 et 36 sont aménagées sur les deux parois de la plaque creuse 10, avec des longueurs croissantes en 14 et décroissantes en 16. La loupe 33 montre les flancs droits 35-37 du relief interne horizontal 36 reliés aux flancs pentus des deux reliefs internes 13i et 132. Ces flancs droits 35-37 entourent et débordent l'extrémité basse du relief externe 17 des groupes de reliefs verticaux 22. La zone circulaire comprise dans la loupe 33 est représentative des deux faces de la plaque 10 : elle comporte en grisé un garnissage hydrophile 39, réalisé par flocage électrostatique de fibres hydrophiles.
La zone centrale 12 de la plaque creuse 10 comporte, entre deux groupes de reliefs verticaux 22, et entre les bords latéraux de cette plaque 10 et le premier et le dernier relief 22, des séries verticales de petits reliefs horizontaux 38, hauts et larges de 1 mm, à pas constants de 3 cm, décalées d'un demi pas d'une série à l'autre. De la sorte, les séries de reliefs horizontaux 38 de deux plaques creuses contiguës sont intercalées et ne modifient guère les écoulements d'air saturé dans les espaces de séparation des plaques creuses 10. Ces reliefs horizontaux 38 sont des barreaux destinés à bloquer puis étaler tout écoulement irrégulier, notamment aléatoire, du liquide à distiller descendant par gravité et capillarité dans les garnissages hydrophiles de chaque plaque creuse 10.
Les parties haute et basse de chaque plaque creuse 10 sont deux bandes planes 40 et 42 comportant respectivement deux rangées de douze trous 441-12 et 46i-i2, les trous 44 permettant de suspendre la plaque 10 et les trous 46, de suspendre un dispositif associé décrit plus loin. Quant aux oreillettes 48-50, ce sont des butées pour le liquide à distiller répandu sur la bande plane 40. En outre, pour compléter cette fonction de blocage de fuites de liquide à distiller répandu, les parties externes de ces oreillettes 48-50 prolongent les bords latéraux 20-21 de la plaque 10 et elles sont, comme ces deux bords, dépourvues de garnissage hydrophile 39,
Les couples de figures 2a-2b et 2c-2d représentent les vues externes et internes de deux flancs hauts 52-54, sensiblement triangulaires, ayant 0,5 mm d'épaisseur minimale, associés à une plaque creuse de distillation 10 selon l'invention. Les bords supérieurs de ces flancs hauts ont des extrémités saillantes 56-58 et 60-62, destinées à être mises en appui sur des tasseaux aménagés dans le boîtier calorifuge d'une enceinte de distillation. Les bords supérieurs de ces deux flancs hauts 52-54 comportent trois petites découpes 64- 66, destinées à servir au calage d'une cuvette d'alimentation en eau du garnissage de la plaque. Sur le côté vertical de ces deux flancs hauts, apparaissent sur les figures 2a-2c les faces de douze petites languettes d'accrochage 68-70 et, sur les figures 2b-2d, les dos de ces languettes, lesquelles sont adaptées à être engagées des deux côtés de chacune des ouvertures des douze conduits horizontaux 26 de la zone triangulaire haute 14, pour fixer ces deux flancs 52-54 sur la plaque 10. Les figures 2a et 2c représentent les vues externes des deux flancs hauts 52-54. Sur chacune de ces vues, apparaissent vingt trois reliefs verticaux équidistants 72-74, onze de ces reliefs étant alignés sur les onze cloisons externes équidistantes 17 ou 19 de la plaque creuse. Ces reliefs 72-74 ont 3 mm de large et 1 ,05 mm de haut, de sorte que, disposés jointifs entre deux plaques contiguës, ils aménagent vingt quatre couloirs plats, tels 73-75 superposés, ayant 25 mm de large, 2,1 mm d'épaisseur et des longueurs différentes, en fonction de leur rang. Les figures 2b et 2d représentent les vues internes de ces deux flancs 52-54. Sur ces vues, apparaissent les deux éléments 76-78 d'une barre haute 55 de suspension et d'écartement, aménagés pour former, après assemblage, les bords d'une gouttière d'épandage 80, dotée de demies branches verticales 82a-b et 84a-b, de douze ergots creux 86 (en 2b) et de douze tenons creux à parois souples 88 (en 2c et 2d). La bande plane haute 40 de la plaque creuse 10 sera suspendue aux douze ergots 86 par ses douze trous 44, puis les douze tenons 88 seront engagés dans les creux de ces ergots 86 pour constituer douze boutons-pression sécurisant cette suspension. Sur les figures 2b-2d, les parties basses 90-92 des deux éléments 76-78 de la barre haute 55, comportent de petites entailles à bords jointifs formant le fond percé relativement épais (typiquement 3 mm) de la gouttière d'épandage 80. Les bords de ces entailles enserrent la bande plane haute 40 à double garnissage hydrophile de la plaque creuse 10. Sur les figures 2b-2d, apparaissent onze lignes de pointillés 94 et 96, au pas de 1 cm, correspondant aux onze reliefs internes 34 de la zone triangulaire haute 14 de la plaque creuse 10. Ces pointillés sont des ergots tronconiques hauts de 2,7 mm, à base et sommet de 2 et 1 mm, engagés dans les creux externes, profonds de 2 mm, de ces onze reliefs internes 34. De la sorte, un espace de 0,6 mm environ est aménagé entre la paroi nue de la zone triangulaire 14 et la face interne des flancs hauts 52-54, pour permettre au liquide à distiller chaud de descendre sans entrave dans le garnissage hydrophile 39. Ces flancs hauts 52-54 constituent tout d'abord des paravents hauts 53a et 53b pour ces garnissages humides, les protégeant de tout refroidissement dû aux courants d'air saturé moins chauds montant dans les canaux externes des plaques creuses. Les couples de figures 3a-3b et 3c-3d représentent les vues externes et internes des deux flancs bas quasi symétriques 100-102, sensiblement triangulaires, associés à une plaque creuse de distillation 10. Ces flancs bas 100-102 sont adaptés à être montés jointifs, accrochés la zone triangulaire basse 16 d'une plaque creuse 10 selon l'invention et suspendus à la bande plane 42 de cette zone. Ces flancs bas 100-102 ont chacun une extension latérale 104-106, légèrement concave, comportant (a) des bords 108-1 10 à reliefs jointifs 112-1 14, adaptés à aménager des ouvertures pour l'air refroidi, sortant des plaques creuses d'une enceinte de distillation, et (b) au pied de ces bords 108-110, les parois 1 16- 1 18 d'un déversoir à bec verseur 120-122, pour le liquide distillé, condensé à l'intérieur de ces plaques creuses. Sur le côté vertical de ces deux flancs bas 100-102, apparaissent sur les figures 3a-3c les faces de douze petites languettes d'accrochage 124-126 et, sur les figures 3b-3d, les dos de ces languettes, lesquelles sont adaptées à être engagées des deux côtés de chacune des ouvertures des douze conduits horizontaux 28 de la zone triangulaire basse 16, pour fixer ces deux flancs 100-102 sur la plaque 10.
Les figures 3a et 3c représentent les vues externes des deux flancs 100-102. Sur chacune de ces vues, apparaissent vingt trois lignes de reliefs verticaux équidistants 128- 130 ayant la même configuration et la même fonction que les lignes de reliefs 72-74 des figures 2a-2c. Ces lignes de reliefs ont 0,75 mm de haut et assemblés jointifs, ils aménagent entre deux plaques, vingt quatre couloirs plats, tel 129, ayant 25 mm de long et 1 ,5 mm de large. Les figures 3b et 3d représentent les vues internes de ces deux flancs 100-102. Sur ces vues, apparaissent les deux éléments d'une barre basse 103 d'écartement de plaque, aménagés pour former, après assemblage, les bords 132-134 d'une gouttière de collecte de saumure 136, à fond transversal 138 et déversoir 140 ainsi que douze ergots creux 142 (en 3b) et douze tenons creux 144 (en 3c et 3d). Un tenon allongé 133 coopère avec une mortaise allongée 135, pour assurer l'étanchéité du fond de la gouttière de collecte de saumure 136. A la bande plane basse 42 de la plaque creuse 10, les flancs 100-102 seront suspendus par leurs douze ergots 142, engagés dans les douze trous 46 de cette bande plane 42, puis les douze tenons 144 seront engagés dans les creux de ces ergots 142 pour constituer douze boutons-pression sécurisant cette suspension. Sur les figures 3b-3d, apparaissent onze lignes de pointillés tronconiques 146 et 148, ayant la même configuration et la même fonction que les lignes 94-96 des figures 2b-2d, leur hauteur étant de 3,4 mm et l'épaisseur du passage entre la paroi nue de la zone triangulaire 16 et les deux flancs bas est de 1 ,3 mm. Le pas des barres hautes et basses des plaques creuses est nécessairement constant, imposé par la hauteur des reliefs externes 17-19 montés jointifs, soit 8,5 mm. Les parties supérieures des flancs bas 100-102 constituent des paravents 101a et 101 b pour les garnissages humides de la zone 16 en triangle, les protégeant des courants d'air saturé à température basse initiale, montant dans les canaux externes des plaques creuses Grâce à l'ensemble de ces dispositions, dans toute enceinte de distillation, incorporant de telles plaques creuses nouvelles associées à leurs paires de flancs hauts et bas, les courants d'air saturé circulent dans des conditions optimales, c'est-à-dire sensiblement identiques pour ce qui concerne les débits massiques et les températures des courants d'air et des écoulements de liquides, à tous niveaux semblables des canaux externes et internes des plaques creuses. Ce qui permet de maximiser le CoP de cette enceinte de distillation, de maximiser la production quotidienne d'eau distillée et donc de diminuer le coût de l'installation.. L'invention n'est pas limitée aux échangeurs thermiques utilisés pour la climatisation optimisée des immeubles ou pour la distillation efficace des liquides.
Dans d'autres domaines de l'industrie, les plaques creuses en polymère, perfectionnées selon l'invention, et tout échangeur thermique entre gaz chaud et froid les incorporant, trouvent des applications. A cet effet, une réticulation des plaques creuses en polymère élargit le domaine de ces applications, puisque un tel traitement permet de notablement relever les plafonds de température (jusqu'à 2500C) et de pression différentielle (jusqu'à 1 bar, avec des parois plus épaisses et des canaux internes et externes de largeur maximale appropriée), en dessous desquels le polymère utilisé conserve ou même améliore quelque peu ses propriétés mécaniques.
Les barres, hautes 55 et basses 103, associées aux plaques creuses pour échangeurs thermiques simples, sont respectivement semblables aux parties hautes des flancs hauts 52-54 et aux parties basses des flancs bas 100-102. Les deux éléments allongés de chacune de ces barres hautes et basses sont dépourvus de tout ce qui est propre (gouttières) à une plaque creuse pour distillateur. En pratique, ils sont réduits à leurs fonctions de suspension et/ou d'écartement des plaques creuses.
Par ailleurs, une plaque creuse pour échangeur thermique simple peut être aisément réalisée par un autre procédé que le thermoformage. En effet, dans une plaque creuse pour échangeur thermique simple, la zone en parallélogramme et les deux zones en triangles peuvent être des pièces en polymère fabriquées séparément, par extrusion, moulage puis collage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque creuse rectangulaire (10) en polymère, destinée à être associée à des plaques identiques, juxtaposées écartées à pas constants, pour constituer un échangeur thermique, entre un gaz chaud et un gaz froid ; caractérisée en ce que :
- cette plaque creuse (10) possède une zone creuse centrale (12), en forme de parallélogramme, et deux zones creuses d'extrémité (14-16), en forme de triangles rectangles symétriques, par rapport au centre de la plaque, solidaires de la zone creuse centrale (12) ;
- la zone creuse centrale (12) est constituée par un empilement de canaux internes parallèles juxtaposés (18i-i2) ; ces canaux internes ont des sections identiques et sont bordés par des cloisons (13i-n), continues équidistantes; - la zone creuse centrale (12) comporte des lignes continues de reliefs externes (17-19), correspondant aux cloisons internes (13i-n), pour aménager des canaux externes (241-12), semblables aux canaux internes, entre deux plaques creuses contiguës (10) ;
- les zones creuses triangulaires (14-16) sont constituées par des empilements de conduits parallèles superposés (26i_i2 et 28i-i2) ; les conduits des deux zones ont des sections calibrées respectivement identiques et sont bordés par des cloisons continues (34^1 et 36i_ 11) et ils sont aboutés aux canaux internes, avec des extrémités libres empilées formant les embouchures latérales (30-32), diagonalement opposées de la plaque creuse (10) ;
- deux bandes pleines planes (40-42) constituent les extrémités de la plaque creuse (10).
2. Plaque creuse (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que :
- une barre haute (55), de suspension et d'écartement, formée par deux éléments quasi symétriques, allongés (76-78), montés jointifs solidarisés, est associée à chaque bande haute (40) d'une plaque creuse verticale (10) ;
- cette barre haute (55) possède des extrémités saillantes (56-58-60-62) pour pouvoir prendre appui sur des tasseaux ;
- chaque élément (76-78) de cette barre haute (55) est doté de reliefs externes verticaux (72-74), adaptés à coopérer avec ceux des barres hautes identiques des deux plaques creuses (10) contiguës, pour constituer deux lignes de fentes calibrées (73) ;
- chacune de ces fentes ou chaque groupe de ces fentes (73) correspond à l'un des canaux externes (241-12), aménagés de chaque côté de la plaque creuse (10).
3. Plaque creuse (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'un (76) des deux éléments de cette barre haute (55) comprend des ergots creux équidistants (86), adaptés à être engagés dans des trous (44) percés dans la bande plane haute (40) de la plaque (10), et l'autre (78) de ces éléments comporte des tenons (88), adaptés à former des boutons-pression avec ces ergots creux (86).
4. Plaque creuse (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que :
- une barre basse (103) d'écartement, formée par deux éléments quasi symétriques allongés (132-134), montés jointifs solidarisés, est adaptée à être suspendue à chaque bande plane basse (42) d'une plaque creuse verticale (10) ; - chaque élément (132-134) de cette barre basse (103) est doté de reliefs externes verticaux (128-130), adaptés à coopérer avec ceux des barres basses identiques des deux plaques (10) contiguës, pour constituer deux lignes de fentes calibrées (129) ;
- chacune de ces fentes ou chaque groupe de ces fentes (129) correspond à l'un des canaux externes (241-12), aménagés de chaque côté de la plaque creuse (10).
5. Plaque creuse (10), selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'un (134) des éléments de cette barre basse (103) comporte des ergots creux équidistants (142), adaptés à être engagés dans des trous (46i_i2) percés dans la bande plane basse (42) de la plaque (10), et l'autre (132) de ces éléments comporte des tenons (144), adaptés à former des boutons-pression avec ces ergots creux (142).
6. Plaque creuse (10), selon la combinaison des cinq revendications précédentes, destinée à être incorporée à un distillateur à courants d'air, constitué par de telles plaques creuses, juxtaposées verticales, écartées à pas constants, caractérisée en ce que :
- les parois externes de cette plaque (10) sont dotées de garnissages hydrophiles (39) et, entre des lignes continues des reliefs externes verticaux (17-19), elles comportent des suites verticales de reliefs horizontaux (38), adaptés à mettre fin à toute coulée irrégulière de liquide dans ces garnissages ; ces reliefs (38) sont écartés à pas constant et ces différentes suites verticales, décalées d'un demi pas;
- une gouttière (80) d'épandage de liquide à distiller est aménagée dans les deux éléments (76-78) jointifs de sa barre haute (55) ; chaque gouttière (80) possède une section droite en forme de U (82-84) et à fond (90-92) percé de fentes calibrées, dotées de bords adaptés à enserrer la bande plane haute (40), à double garnissage hydrophile, de la plaque creuse (10) suspendue à cette barre haute ;
- une gouttière (136) de collecte du liquide concentré est aménagée dans les éléments jointifs (132-134) de sa barre basse (103) ; cette gouttière (136) est séparée de celle de toute plaque creuse contiguë, par une ligne de fentes étroites calibrées et est adaptée à coopérer avec la bande plane basse (42) de la plaque (10), pour collecter sans déborder le liquide concentré gouttant de cette bande et pour l'évacuer par un déversoir (140) ;
- les deux empilements des ouvertures des conduits horizontaux, hauts (26) et bas (28), des zones en triangles (14-16) ont même hauteur ; les conduits hauts (26) sont notablement plus larges que les conduits bas (28), afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, entrant chauds dans une plaque creuse (10) et en en sortant refroidis;
- deux paires de flancs, hauts (52-54) et bas (100-102), incorporant les barres haute (55) et basse (103) de la plaque creuse (10), sont accrochées aux deux zones triangulaires (14-16) de cette plaque (10), pour constituer, au-dessous des barres hautes et au-dessus des barres basses, deux paires de paravents hauts (53a-b) et bas (101a-b) recouvrant ces deux zones (14-16) pour protéger leurs garnissages hydrophiles humides (39) des courants d'air montants ; - ces deux paires de flancs (52-54 et 100-102) ont des lignes de reliefs externes (72-74 et 128-130) verticaux équidistants, prolongeant les lignes de reliefs externes jointifs (17-19) bordant les canaux externes (24) des plaques creuses ; la hauteur des reliefs (72-74) des flancs hauts est plus grande que celle des reliefs (128-130) des flancs bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, circulant de bas en haut dans les canaux externes (24) des plaques (10) et le long de ces flancs hauts (52- 54) et bas (100-102) ;
- les flancs bas (100-102) comportent une extension latérale (106-108), aménageant un déversoir saillant (116-1 18-120), pour amener le liquide distillé produit à s'écouler dans un collecteur d'évacuation (192), et des ouvertures entre les bords jointifs (114) de cette extension (106-108), pour les courants d'air saturé refroidis sortant de la plaque creuse .
7. Plaque creuse (10), selon la revendication 1 , pour enceinte de distillation, caractérisée en ce que :
- elle possède deux parois quasi symétriques, thermoformées dans une feuille de polymère ; - ces parois comportent, dans la zone en parallélogramme (12) : (a) des groupes équidistants de lignes de reliefs verticaux continus (22^1) , dans lesquels deux lignes de reliefs internes (13i_2) encadrent une ligne de relief externe (17 ou 19), (b) des marches internes latérales (20-21 ), (c) des séries verticales de reliefs externes horizontaux (38) à pas constant, aménagés entre ces lignes de reliefs externes verticaux (22), avec un décalage d'un demi pas; et (d) dans les zones en triangles (14-16), des lignes de reliefs internes horizontaux continus équidistants (34-I-11) , raccordés aux paires de lignes de reliefs internes verticaux (131-2) ; - les canaux internes plats (181-12) sont constitués entre les cloisons formées par les lignes de reliefs internes verticaux (13i-2), montées jointives soudées ou collées ;
- des canaux externes plats (241-12) sont constitués entre les cloisons formées par les lignes de reliefs externes verticaux (17-19) montés jointives, appartenant à deux plaques creuses contiguës,
- les ensembles de conduits internes (26M2 et 281-12) sont constitués, entre les reliefs internes horizontaux (34i_n et 36i_n), pour raccorder les extrémités des canaux internes verticaux (18i-i2) aux embouchures latérales (30-32) de chaque plaque creuse (10) ; - les reliefs externes horizontaux (38) constituent des suites verticales de barreaux alternativement décalées d'un demi pas, dans les intervalles séparant les creux externes de deux reliefs internes (13i-2) appartenant à deux groupes voisins de reliefs verticaux (22i_n) ;
- les parois de chaque plaque creuse (10) comportent un garnissage hydrophile, notamment réalisé par flocage électrostatique de fines fibres hydrophiles très courtes.
8. Plaque creuse (10), selon la revendication 1 , pour échangeur thermique simple, caractérisée en ce que :
- elle possède deux parois quasi symétriques, thermoformées dans une feuille de polymère ;
- ces parois comportent, dans la zone en parallélogramme (12) : (a) des groupes équidistants de reliefs verticaux (22M I) , dans lesquels deux reliefs internes (13i-2) encadrent un relief externe (17 ou 19), (b) des marches internes latérales (20-21 ), et (c) ,dans les zones en triangles (14-16), des reliefs internes horizontaux équidistants (34M I et 36i-n), raccordés aux paires de reliefs internes verticaux (13i-2) ;
- les canaux internes plats (181-12) sont constitués entre les cloisons formées par les reliefs internes verticaux (13i.2), montés jointifs soudés ou collés ;
- des canaux externes plats (241-12) sont constitués entre les cloisons formées par les reliefs externes verticaux (17 ou 19) montés jointifs, appartenant à deux plaques creuses (10) contiguës,
- les ensembles de conduits internes (26i_i2 et 28i-2) sont constitués entre les reliefs internes horizontaux (34M I et 36i_n) pour raccorder les extrémités des canaux internes verticaux
(181-12) aux embouchures latérales (30-32) de chaque plaque creuse (10).
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