Brevet FR2188131A1 — publié le 19740118

I'1 invention concerne des échangeurs de chaleur à plaques pour deux fluides, dont l'un au moins est à une surpression importante et dont les plaques présentent un contour allongé de forme hexagonale ou lenticulaire et comportent entre elles des ondulations orientées en biais et se croisant lorsque l'on superpose des plaques sensiblement pareilles après les avoir tournées sur 1800 autour d'un axe situé dans le plan des plaques de telle sorte que les plaques voisines sont en contact d'appui par de nombreux points et forment chaque fois entre elles une chambre d'écoulement.Au sens de i1 invention, il doit ici exister une surpression importante, lorsque, par suite de sa valeur nominale importante et/ou de son effet sur une surface importante, des forces et des con traintes que l'on doit considérer comme élevées s'exercent sur les pièces de l'échangeur de chaleur. Par le brevet britannique 1 071 682 on connut un échangeur à plaques comportant une série des caractéristiques précédentes, mais dont les plaques ont cependant la forme de losanges de sorte que la longueur que l'on peut donner au chemin d'écoulement n'est pas indépendante de leur largeur. En outre, il ne convient que pour des fluides dont les pressions ne sont pas notablement différentes entre elles et ne diffèrent pas non plus notablement de la pression extérieure. Ceci limite considérablement les possibilités d'utilisation de cet échangeur de chaleur. Le brevet canadien 739 835 décrit un échangeur de chaleur constitué d'un empilement de plaques qui ne sont profilées en direction longitudinale que dans leur partie médiane et d'une jaquette de tôle mince entourant cet empilement. Exception faite de la forme assez compliquée des plaques et du court de réalisation, cet échangeur de chaleur ne convient aussi que pour des fluides sans différence de pression notables les uns vis-à-vis des autres et vis-à-vis de l'extérieur. L'invention a pour but de créer un échangeur de chaleur à plaques présentant les caractéristiques de construction indiquées ci-dessus et destiné à supporter une surpression importante donnant donc lieu à des tensions et à des contraintes élevées, dont les plaques sont comparativement très minces et ont une longueur indépendante de la largeur du chemin d'écoulement, toutes les pièces pouvant être assemblées en un bloc compact par soudure et par brasure, et la conception étant particulièrement favorable à la soudure en évitant la retransmission aux différents points des plaques à parois minces, des forces importantes dûes à la différence de pression. Ce problème est résolu suivant l'in Invention grâce au fait que chacune des plaques assemblées en un empilement de plaques n'est réunie qu'aulx arêtes longitudinales se trouvant vis-à-vis d'une seule des plaques voisines et les arêtes longitudinales restant ainsi libres des deux plaques estremes de l'empilement de plaques ainsi que les arêtes transversales formées par les coins se succédant aux extrémités des ar8tes longitudinales sont réunies de façon étanche aux gaz avec un carter résistant à la pression entourant ces plaques et dans lequel les parois extérieures de la calotte sont rattachées en formant un angle aux arêtes de liaison avec les autres parois du carter et en les raidissant. Ainsi, chaque plaque ne comporte qu'un seul cordon de soudure partant chaque fois de l'un des coins des arêtes longitudinales et la reliant chaque fois avec une plaque voisine de telle sorte que les liaisons réclamant un soin particulier des cordons de soudure aux coins sont réduites à un minimum. En outre, la succession de ces coins soudés forme une arête transversale de l'empilement de plaques le long de laquelle on peut effectuer de façon particulièrement favorable une liaison solide et étanche par soudure avec le carter résistant à la pression. Il est, en outre, très avantageux que les parois extérieures de la calotte et du carter se raccordent en formant un angle leur conférant de la rigidité. Un mode de réalisation simple et résistait à des efforts particulièrement élevés peut s'obtenir grâce au fait que, au moins une paire des arêtes de liaison se faisant vis-à-vis de chaque calotte est reliée aux parois du carter au moyen d'au moins une plaque de raidissement essentiellement plane laissant libre l'écoulement entre la chambre d'écoulement et la calotte. Pour éviter un écoulement éventuel important et intempestif entre la paroi du carter disposée entre les arêtes de liaison des deux calottes et l'empilement de plaques, on peut avantageusement placer des moyens empochant cet écoulement. Suivant une autre forme de réalisation avantageuse, chacune des plaques sensiblement planes recouvrant les deux plaques extrêmes ondulées et dont les bords dépassent au-delà des plaques ondulées peut être conçue comme une plaque de recouvrement de l'empilement de plaques et ses bords saillants peuvent être pris dans les cordons de soudure reliant les parois du carter. Un mode avantageux de fabrication de I'empilement de plaques dans lequel la longueur des cordons de soudure est faible consiste en ce que plusieurs plaques sont réalisées d'un seul tenant à partir d'une seule tôle, sont ondulées et découpées et ensuite pliées en un empilement sur leurs arêtes longitudinales. L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins, dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de dessus en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2, de l'échangeur de chaleur suivant l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale ; et - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Les plaques 1, 2 et 3 réunies en un empilement sont réunies chaque fois par leurs arêtes longitudinales de façon étanche aux gaz avec chaque fois une seule des plaques voisines, par soudure par exemple, à savoir respectivement par les arêtes longitudinales 4a, 4b des plaques 1 et 2, les arêtes longitudinales 5a, 5b des plaques 2 et 3 et les arêtes longitudinales 6a, 6b des plaques 1 et la. Les deux arêtes longitudinales restant ainsi libres 7a et 7b de la plaque extrgme lb de l'empilement de plaques ainsi que les arêtes transversales formées par les coins se succèdent 8, 9, 10 et 8a, 8b aux extrémités des arêtes longitudinales 4a, 5a, 6a et 7a, sont reliées de façon étanche aux gaz à un carter résistant à la pression formé des parois 11, 12, 13 des barres 14, 15 et des parois extérieures t6, 17 de la calotte. Ici, la formation d'un angle aux arêtes de liaison entre les parties 11, 16, 19 et 16, 14, 15, 17 du carter procure un raidissement réciproque des plaques considérable. La réalisation de l'empilement de pla ques est suivant l'invention conçu de façon que chaque plaque ne soit reliée par un cordon de soudure partant des coins des arêtes longitudinales qu'avec une seule des plaques voisines, de telle sorte que les liaisons réclamant un soin particulier des cordons de soudure aux coins 8, 9, 10 8a et 8b sont réduites au minimum. En outre, la sucession de ces coins soudés forme une arête transversale de l'empilement de plaques le long de laquelle on peut effectuer de façon particulièrement favorable une liaison par soudure 18 solide et étanche avec les parties du carter résistant à la pression.Pour pouvoir supporter et transmettre de façon simple un effort particulièrement élevé, sont disposées des deux côtés des plaques de raidissement 19, 20 qui relient directement et de façon résistant à la déformation les arêtes de liaison se trouvant dans le cordon de soudure 18 des calottes 16 et 17 aux parois 11 et 12 du carter sans interrompre les liaisons d'écoulement suivant les flèches 21 et 22 entre l'intérieur de l'échangeur de chaleur et les calottes 16 et 17.L'empilement de plaqués est fermé à son extrémité par une plaque de recouvrement plane 23 dont les bords débordent de la forme hexagonale des plaques ondulées de l'é- changeur de chaleur et sont pris dans les cordons de soudure 24, 25 se trouvant entre les parois du carter 11 et 13 et 12 et i3 et rendant étanches les deux espaces d'écoulement l'un vis-à-vis de l'autre et vis-à-vis de l'extérieur. Pour éviter dans les espaces 26 un genre d'écoulement en court-circuit le long des arêtes longitudinales adjacentes et s'appuyant à la paroi 11, 12 du carter, on peut y placer des chicanes connues telles que des hélices de fil 27. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. VENDICA?IONS 10) Echangeurs de chaleur à plaques pour deux fluides dont l'un au moins est à une surpression importante et dont les plaques présentent un contour allongé de forme hexagonale ou lenticulaire et comportent entre elles des ondulations orientées en biais et se croisant lorsque l'on superpose des plaques sensiblement pareilles après les avoir tournées sur 1800 autour d'un axe situé dans le plan des plaques de telle sorte que les plaques voisines sont en contact d'appui par de nombreux points et forment chaque fois entre elles une chambre d'écoulement, échangeurs caractérisé en ce que chacune des plaques assemblées en un empilement de plaques est réunie aux arêtes latérales, se trouvant vis-àsvls, de l'une des plaques voisines seulement, et les arêtes longitudinales restant ainsi libres des deux plaques extrêmes de l'empilement de plaques ainsi que les arêtes transversales formées par les coins se succédant aux extrémités des arêtes longitudinales sont réunies de façon étanche aux gaz à un carter résistant à la pression entourant ces plaques et dans lequel les parois extérieures de la calotte sont rattachées en formant un angle aux arêtes de liaison avec les autres parois du carter et en les raidissant. 20) Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, une paire au moins des arêtes de liaison, se faisant vis-à-vis, de chaque calotte est reliée aux parois du carter par au moins une plaque de raidissement (19, 20) sensiblement plane laissant libre l'écoulement entre la chambre d'écoulement et la calotte. 30) Echangeur de chaleur suivant 1'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, entre la paroi 11, 12 du carter perpendiculaire aux plaques disposées entreles arêtes de liaison des deux calottes et l'empilement de plaques sont disposés des moyens 27 qui empêchent l'écoulement. 40) Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des plaques sensiblement planes 23 recouvrant les deux plaques ondulées extrêmes lb et dont les bords débordent des bords des plaques ondulées est conçue comme plaque de recouvrement de l'empilement de plaques dont les bords saillants sont pris dans les cordons de soudure reliant les parois du carter. 50) Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs plaques sont fabriquées d'un seul tenant- à partir d'une seule tôle, sont ondulées et découpées et ensuite pliées sur leurs arêtes longitudinales pour former un empilement.