Brevet FR2204788A1 — publié le 19740524

1' échangeur de chaleur traitant la vapeur d'eau eauou autre fluide comme milieu de transmission peut être utilisé dans de nombreuses applications de transmission de chaleur comme dans des installations de traitement chimique, de travail des métaux, de fabrication du papier et de matières textiles, etc. Un autre exemple d'application, commue échangeur de chaleur pour lthuile de refroidissement d'un transformateur, concerne un produit de remplacement moins coûteux. La présente invention concerne un ensemble de transmission de chaleur qui peut être vendu en un nombre limité de modèles de base, chacun d'eux étant variable en ce qui concerne sur la construction particulière, par exemple quant à ltorientationX Je sous-ensemble de tôles ou feuilles déployées de transmission de chaleur des deux brides de raccords d'entrée et de sortie, ainsi qu'en ce qui concerne le matériau et le dimensionnement de la-structure dans son ensemble pour satisfaire à une large gamme d'applications de chauffage et de refroidissement. L'ensemble de transmission de chaleur est produit d'une manière très rentable et à un prix peu élevé. La disposition des zones de soudage interrompues et décalées,de préférence sous une forme généralement en serpentin pour une circulation parallèle à contre-courant du milieu de transmission de chaleur de l'entrée à la sortie, ainsi que le perfectionnement des sous-ensembles de raccords et de plaques embouties,offrent un volume d'entrée et de sortie suffisant pour desservir efficacement et de manière équilibrée l'intérieur de ltéchangeur sans emprisonnement local du milieu de transmission de chaleur, qu'lu soit liquide ou gazeux. les soudures qui sont disposées symétriquement dans des zones parallèles déterminées, permettent une expansion prévisible précise de l'en- semble sous lteffet d'une pression hydraulique pendant la fabrication, sans qu'il soit nécessaire de soumettre les tôles ou plaques métalliques constituantes à une tension pendant le soudage. On a constaté que ensemble perfectionné surpasse des ensembles de transmission de chaleur simples correspondants présentant des caractéristiques de construction et de fabri cation néraleet analogues. Blinvention sera décrite plus en détail en regard du des -sin annexé à titre exemple nullement limitatif et sur lequel la figure i est une élévation latérale, avec arrachement partiel, d'un exemple d'un échangeur de chaleur à plaques selon une forme de réalisation de la présente invention la figure 2 est une vue partielle à grande échelle en élévation latérale qui montre particulièrement les soudures qui réunissent la bride du raccord à la plaque soudée de l'en semble les figures 3 et 4 sont des vues partielles également à grande échelle en coupe verticale suivant les lignes 3-3 et 4-4 respectivement de la figure 1, la figure 3 indiquant en traits mixtes le profil en coupe d'une bride de raccord avant son déploiement à la forme finale représentée en trait plein; la figure 5 est une vue analogue en coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la figure 1 ; et la figure 6 est une élévation partielle de l'ensemble des plaques soudées avant l'application des sous-ensembles des raccords d'entrée et de sortie et avant le déploiement de l'ensemble sous l'effet d'une pression hydraulique. l'ensemble perfectionné, désigné d'une façon générale par le numéro de référence 10, comporte essentiellement deux plaques en acier identiques, réunies par soudage, constituant un sous-ensemble de plaques ou panneaux de distribution de l'écoulement d'un fluide à canaux internes, désigné d'une façon générale par 11 de l'ensemble 10, qui comporte deux sous-ensemblesou raccords d'entrée et de sortie 12 et 13 respectivement. La figure 1 représente un modèle particulier dans lequel ces éléments d'entrée et de sortie sont disposés le long d'un bord longitudinal commun d'un composant Il près d'un angle supcrieur. Dans d'autres modèles, en fonction de l'espace limité et autres considérations pratiques, ces raccords pourraient être appliqués en les espaçant verticalement le long bord vertical du composant ou à un autre endroit. Des poignées de manutention 14 soudées au composant 11 sont d'une importance secondaire. Dans la production de l'ensemble de transmission de cha leur 10, deux plaques rectangulaires identiques et opposées 16, 17 sont placées parfaitement à plat en regard l'une de l'autre et en contact superficiel et, en les maintenant serrées dans un appareil convenable, on les soude pour les maintenir assemblées. Cette opération est effectuée avant l'application des raccords 12 et 13 à bride et les soudages comprennent des soudures marginales continues 18 et 19 autour des paires respectives de côtés horizontaux et verticaux des plaques assemblées, se trouvant à une certaine distance vers l'intérieur de leurs bords, comme indiqué sur les figures 2, 4 et 5. Comme on le voit sur les figures 1 et 6, une autre soudure continue verticale 20 s'étend parallèlement et latéralement à une certaine distance vers l'intérieur de la soudure verticale de gauche 19, en délimitant ainsi une zone verticale: dans laquelle un collecteur vertical de décharge du fluide est isolé des canaux horizontaux de distribution du fluide, à l'exception du canal inférieur, comme on le verra plus loin. Pour le reste, les plaques 16 et 17 sont soudées en continu le long- de lignes parallèles et verticalement espacées et dans-l'ensemble représenté 10, la forme de ces soudures continues comprend une soudure interne 21 qui commence de la gauche le long de la soudure verticale 20 et se prolonge vers la droite sur la plus grande partie de la longueur horizontale de l'ensemble 10, mais se termine à peu de distance de la soudure verticale de droite 19.Cette soudure continue 21 est verticalement espacée d'une seconde soudure horizontale 22 sensiblement de même longueur, mais se prolongeant vers la gauche à partir de la soudure verticale de droite 19 d'une distance correspondant généralement à la longueur de la soudure 21, c'est-à-dire qu'elle se termine à peu de distance de la soudure 20 du collecteur ; et une troisième soudure horizontale 23 est parallèle à la soudure continue 21 et de même longueur que cette dernière en commençant à la base de la soudure continue 20.Toutefois, la soudure 23 se trouve verticalement à ume distance au-dessus de la soudure marginale inférieure 18 qui est légèrement supérieure à la distance séparant les trois soudures horizontales 21, 22 et 23, afin de définir une plus grande zone initiale de distribution de l'écoulement horizontal, comme on le verra plus loin. Au moment où ces soudures parallèles sont effectuées, les plaques 16 et 17 sont aussi soudées à des endroits inter méiiaires et intérieurement subdivisées en partie en de longues zones de passage horizontales généralement séparées par les soudures 21, 22 et 23. Cette subdivision est réalisée par plusieurs séries de soudures interrompues ou par points,désignées individuellement par 25, qui sont produites au cours d'une seule opération de soudage. Ainsi, il se trouve par exemple, dans une zone horizontale longitudinale comprise entre les soudures continues 21 et 18, deux rangées parallèles desdits points de soudure 25 qui définissent généralement trois zones de passage qui se succèdent vers le bas. La configuration est telle que les deux rangées de points de soudure 25 au-dessus de la soudure continue 21 sont décalées à la fois longitudinalement et transversalement. les zones comprises entre les paires de soudures continues 21, 22 et 22, 23 sont de même configuration et de préférence (comme indiqué plus haut), la zone horizontale de distribution comprise entre la soudure continue 23 et la soudure marginale inférieure 18 est d'une largeur suffisamment plus grande que les trois zones ci-dessus pour contenir quatre rangées des points de soudure décalés 25. Il en résulte que dans chacune de ces zones délimitées par des soudures continues, il existe une configuration distincte entre les soudures continues et par points ayant une forme de losange symétrique, comme indiqué à plusieurs endroits en pointillés sur la figure 1. En pratique, les lignes de soudage, à la fois continues et interrompues, sont commencées à la machine dans une zone centrale et sont produites progressivement vers l'extérieur pour obtenir un effet de "repassage" maintenant les feuilles 16, 17 absolument en contact et à Plat pendant et après le soudage. Lorsque le sous-ensemble 11 est ainsi réuni en une struc turne à deux couches de plaques, il est découpé le long d'un bord, comme indiqué sur la figure 6,pour former des encoches marginales rectangulaires plus grandes et légèrement plus petites 27 et 28 respectivement, sur lesquelles les brides des raccords respectifs 12 et 13 snt appliquées, la formation de ces encoches pouvant être naturellement effectuée avant le soudage. les sous-ensembles 12 et 13 sont réalisés de la même manière, en dehors de leur dimension, comme on le voit en particulier sur les figures 2 et 3. Chaque sous-ensemble comporte un tube allongé 29 fileté à l'extrémité externe pour être raccordé à un conduit de circulation du milieu de transmission de chaleur ; et ce raccord est entouré à son extrémité inférieure par des parties semi-cylindriques 30 (figure 3) de deux emboutis identiques 31.Lorsque ces emboutis sont préparés pour être appliqués au raccord 29 et au sous-ensemble 11, ils ont une forme effilée vers le bas près des parties cylindriques 30 jusqu'à leurs extrémités 32 éloignées de ces dernières, où les emboutis 31 sont généralement parallèles et suffisamment espacés latéralement pour s'ajuster sur les encoches respectives 27, 28 du sous-ensemble il de manière à recouvrir ces encoches, comme on le voit sur la figure 2. Toutefois, il est préférable de réunir en une seule pièce les plaques embouties et le tube 29 par soudage continu des parties semi-cylindriques au raccord 29 autour de sa circonférence, comme indiqué en 33et de souder en outre les bords externes des plaques embouties les uns aux autres, par exemple le long d'un joint externe 34 qui s'étend parallèlement à la soudure marginale 18, avant l'assemblage du raccord 12 ou 13 avec le sous-ensemble 11. les raccords 12 et 13 ainsi assemblés sont alors placés sur les encoches 27 et 28 de manière à les recouvrir, etilti sont finalement fixés aux surfaces externes du sous-ensemble 11 par une soudure continue 35 en U. Pour achever l'ensemble 10, il suffit maintenant de fla, cer les plaques assemblées dans un appareil approprié et de les déployer en appliquant une pression hydraulique, par vexez ple de52,5 bars entre elles pour produire des espaces-de ditribution du fluide en forme de coussins qui sont determinés par la configuration des soudures continues et par points, comme on le voit sur les figures 4 et 5.La forme en losange assure une comnunication directe et libre entre ces espaces le long de trajets de distribution en diagonale et perpendiculaires et sur toute la largeur et toute la longueur des lignes de points de soudure, tout en maintenant une très forte liaison interne entre les plaques 16 et 17 qui est attribuable à la configura- tion des rangées décalées de points de soudure. La dimension du collecteur ou espace 38 du raccard d'entrée (figure 3) assure l'admission libre d'une quantité suffisante de milieu de chauffage entre les plaques ssms que le fluide reste prisonnier dans cette zone d'entrée, la m dimension de l'autre raccord ou raccord de sortie 1), qui communique avec le collecteur de décharge 39 (figure 5), délimité par les soudures verticales parallèles 19 et 20, permet une évacuation libre du fluide de transmission de chaleur dans son conduit. Comme on l'a indiqué précédemment, l'échangeur 10 peut être fabriqué à peu de frais en mi nombre limité de modèles qui diffèrent par leur dimension et leur capacité interne, l'emplacement particulier des raccords d'entrée et de sortie, par le nombre des canaux en serpentin, etc. pour satisfaire à de nombreuses applications. En effet, dans certains cas, il est possible de supprimer les soudures continues internes délimitant les zones ou canaux représentés en forme de serpentins, c'est-à-dire en dehors des canaux formes autour des bords de l'ensemble, le soudage interne ne comportant dans ce cas que les rangees décalées de points de soudure 25 longitudinalement interrompues de la configuration de distribution décrite plus haut. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Schangeur de chaleur du type à plaques, caractérisé en ce outil comporte deux plaques analogues soudées ensemble face å face le long de leurs bords pour constituer un ensemble qui est subdivisé intérieurement en un réseau d'espaces déployés transveralement et communiquant directement entre eux pour répartir l'écouleaent d'un fluide de transmission de chaleur dans l'échangeur, et des organes d'entrée et de sortie pour la circulatIon du fluide, ledit réseau étant défini au moins en partie par des rangées parallèles de soudures interrompues en forme de points fixant partiellement les plaques disposées + face à face, les soudures mentionnées en dernier lieu étant décalées longitudinalement et latéralement dans les rangées successives de manière que les espaces déployés prennent généralement la forme d'un losange et un profil analogue à un coussin 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble est encore subdivisé par au moins une soudure continue qui est parallèle aux rangées de points de soudure. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la soudure continue délimite au moins partiellement un trajet pour l'écbulement du fluide de l'organe d'entrée à l'organe de sortie, ledit trajet étant en forme de serpentin. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble est encore subdivisé intérieurement par des soudures orientées transversalement aux rangées de points de soudure et à la soudure continue, lesdites soudures séparant l'un des organes d'entrée et de sortie de l'autre et de certaines des rangées de points de soudure. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication ), caractérisé en ce que ledit ensemble est encore subdivisé inté rieurement par des soudures orientées transversalement aux rangées de points de soudure et à la soudure continue, lesdites soudures séparant l'un des organes d'entrée et de sortie de l'autre et de certaines des rangées de points de soudure 6.Echangeur de chaleur du type à plaques, Caractérisé en ce qu'il comporte deux plaques analogues soudées ensemble en position face à face pour constituer un sous-ensemole, l'échan- geur entant subdivisé intérieurement en un réseau d'espaces déployés transversalement communiquant directement entre eux pour distribuer l'écoulement d'un fluide de transmission de eba- leur dans l'échangeur, et des organes d'entrée et de sorte po cnr- culation dudit échangeur et comportant un élément tubulaire et une bride de montage reliés de manière étanche au fluide audit élément tubulaire, ce dernier communiquant avec les espaces déployés du sous-ensemble des plaques et la bride comportant des parties plates qui recouvrent un bord du sous-ensemble des plaques et qui sont soudées aux côtés opposés de ce dernier. 7. Echangeur selol; la revendication 6, caractérisé en ce que la bride comporte deux emboutis analogues ayant des parties généralement semi-cylindriques appliquées aux surfaces diamétralement opposées de l'élément tubulaire, les parties recouvrantes étant des prolongements desdites parties semi- cylindriques. 8. Echangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une partie du bord du sous-ensemble des plaques recouvert par les parties de la bride est encochée pour établir une communication entre l'élément tubulaire et les espaces internes de l'ensemble des plaques par l'intermédiaire de ladite bride. à 2.Procédé un flabrication r easemlble à plaques destiné à un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendica tiors précédentes, cactérisé en ce qu'il consiste à assembler analogues en contact deux plaques plates/ face à face, à fixer les plaques assemblées le long de leurs bords et entre elles par une configuration de soudage comprenant des rangées parallèles successives de soudures interrompues ou en forme de points qui sont décalées longitudinalement et latéralement dans les rangées successives, et à déployer intérieurement l'ensemble des plaques soudées en appliquant un fluide sous pression pour produire des espaces en forme dc losange ayant une section analogue à un coussin, lcs espaces adjacents communiquant directement entre eux à la fois Qans les sens longitudinal, latéral et en diagonale. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'ensemble est encoché le long d'un bord avant son déploiement et en ce qu'il consiste'à assembler et à fixer sur la partie encochée des plaques au moins un raccord d'écoulement du fluide en forme de plaque emboutie pour établir une communica tion entre l'intérieur de de ensemble déployé et une conduite de circulation du fluide de transmission de chaleur