Brevet FR2319869A1 — publié le 19770225

L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur à plaques et concerne, plus particulièrement, des plaques perfectionnées pour réaliser de tels échangeurs de chaleur. Les échangeurs de chaleur du type comprenant une pile de plaques séparant chacune un mince passage de fluide primaire d'un mince passage de fluide secondaire, la pile présentant deux faces opposées comportant chacune deux surfaces terminales adjacentes dans lesquelles débouchent respectivement les passages de fluide primaire et les passages de fluide secondaire, sont bien connus. Voir, par exemple, le brevet français 1.272.343 et, tout récemment, la demande de brevet français NO 75 20.285, déposée le 27 Juin 1975 par la demanderesse pour '5Perfectionnements aux échangeurs de chaleur à plaques". On utilisait antérieurement à la présente invention, pour réaliser la ou les piles de plaques de l'échangeur, des plaques en forme dthexagone allongé, c'est-à-dire comprenant deux longs côtés opposés reliés à chacune de leurs extrémités par deux côtés plus courts, certains des côtés des plaques étant pourvus de bords rabattus à angle droit confinant latéralement, après l'empilage des plaques, les passages de fluide primaire et les passages de fluide secondaire. En outre. les plaques utilisées étaient de deux types que l'on empilait en alternance. Ces plaques de l'art antérieur présentent l'inconvé- nient de ne permettre d'assurer qu'une étanchéité médiocre aux passages des fluides primaire et secondaire, de sorte que des fuites de fluide primaire et de fluide secondaire se produisent avec pour conséquence un mélange indésirable de ces fluides lorsqu'elles sont simplement empilées les unes sur les autres comme dans le cas des piles de la demande de brevet précitée, soit de nécessiter des soudures ce qui complique et accroît le coût des piles comme dans le cas des piles du brevet français précité.En effet, il est en pratique impossible d'obtenir une bonne étanchéité entre les plaques empilées par le moyen d'un simple contact linéaire des bords rabattus d'une plaque donnée avec le corps d'une plaque adjacente en raison des tolérances de fabrication (généralement par emboutissage) des plaques et des déformations qu'elles subissent pendant leur manipulation et leur montage. En outre, du fait qu'il faut deux types de plaques pour réaliser chaque pile de plaques de l'échangeur, cela complique le montage de l'échangeur et grève son coût. La présente invention a pour objet de fournir une plaque empilable pour échangeurs de chaleur à plaques permettant d'assurer une étanchéité améliorée des passages de fluide primaire et des passages de fluide secondaire. La présente invention a également pour objet de fournir une plaque permettant de réaliser avec un seul type de plaques la ou les piles d'un échangeur de chaleur à plaques. L'invention concerne une plaque en métal mince pour échangeur de chaleur à plaques, qui présente (a) un corps formé d'une portion centrale de forme allongée délimitée par deux longs côtés opposés et de deux portions extrêmes solidaires de la portion centrale et situées de part et d'autre de celle-ci et dont la largeur va en s' amincissant depuis lesdits longs côtés jusqu'à l'axe longitudinal dudit corps, et (b) des bords rabattus prévus au moins sur certains côtés de la portion centrale et des portions extremes assurant l'espacement des plaques adjacentes d'une pile de plaques et l'étan- chéité des passages de fluide primaire et des passages de fluide secondaire, caractérisée en ce que lesdits bords rabattus scnt profilés de manière à permettre un assemblage des plaques avec enclenchement élastique et recouvrement mutuel des bords rabattus de plaques adjacentes d'une pile. Avantageusement, les bords rabattus profilés sont disposés de façon telle que la plaque ait un axe de symétrie confondu avec l'axe transversal du corps de la plaque. Ceci permet de n'utiliser qu'un seul type de plaques pour réaliser chaque pile de l'échangeur en empilant une première plaque puis une plaque similaire tournée de 1800, et ainsi de suite. Selon un mode de réalisation particulier, les bords rabattus prévus sur les longs côtés de la portion centrale présentent, en section transversale, un profil en accordéon ou ondulé, la direction moyenne de ces bords rabattus faisant de préférence un angle légèrement obtus avec le plan du corps de la plaque, tandis que les deux côtés de chacune des portions extremes situées de part et d'autre de l'axe longitudinal du corps présentent chacun un bord rabattu profilé, l'un de ces bords rabattus présentant un profil formant gouttière en forme de V et l'autre de ces bords rabattus présentant un profil en forme de V couché sur le côté dont les branches forment un angle obtus tourné vers le corps de la plaque et dont la branche liée au corps de la plaque est légèrement plus longue que la branche extérieure du bord rabattu en forme de V. Avantageusement encore, le corps de la plaque est pourvu d'une pluralité de bossages en relief et en creux régulièrement répartis, servant d'éléments d'espacement pour les plaques empilées et évitant que des plaques adjacentes ne se déforment, par exemple sous l'effet de différences de pression entre les courants de fluide primaire et secondaire, et viennent se coller l'une à l'autre en obturant les passages de fluide. Egalement, les corps des plaques sont de préférence pourvus de trous répartis le long de l'axe longitudinal du corps de la plaque qui permettent d'enfiler les plaques sur des tubes lors de l'assemblage des plaques en une pile, facilitant ainsi ce dernier, et permettant, en outre, d'obtenir une bonne stabilité de la pile de plaques par expansion subséquente (dudgeonnage) des tubes. D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en regard des dessins annexés, qui fera bien comprendre l'invention. Sur les dessins La figure 1 est une vue en plan d'une plaque salon l'invention. La figure 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 montrant un détail de la plaque de l'invention. La figUre 3 est une vue partielle, à plus grande échelle, en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 montrant un détail de la plaque de l'invention. La figure 'T est une vue partielle, à plus grande échelle, en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1 montrant un détail de la plaque de l'invention. La figure 4a est une vue illustrant une variante de réalisation du détail de la figure 4. -La figure 5 est une vue partielle, à plus grande échelle, en coupe selon la ligne V-V de la figure I montrant un détail de la plaque de l'invention. La figure s est une vue partielles, à plus grande échelle, en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 1 montrant un détail de la plaque de l'invention. Les figures 7 à 9 sont des vues partielles en coupe illustrant une rile de pl gues réalisées avec des J31a- ques semblables à la plaque des ligures l a c, les coupes étant faites selon les ligne s V-V, VI-VI et selon le petit axe Y-Y' de chaque plaque, respectivement. Sur les figuras 1 à c est représentée une plaque selon l'invention. Cette plaque, désignée par la référence générale 1, comprend un corps constitué d'une portion centrale 2 de forme rectangulaire délimitée par deux longs côtés opposés 3, et de deux portions exttêmass 4 délimitées chacune par deux petits côtés 5 et 6 convergeant, à partir des côtés 3, vers l'axe longitudinal X-X' du corps. En d'autres termes, le corps de la plaque présente la forme d'un hexagone allongé. Le corps de cette plaque, qui est réalisée à partir d'une feuille mince de métal bon conducteur de la chaleur, par exemple d'aluminium, est rigidifié par de petites frisures 7 perpendiculaires à l'axe X-X' et réparties de façon équidistante sur toute la longueur du corps.Egalement, le corps de la plaque comporte une pluralité de bossages en relief 8 et en creux 9 répartis de façon régulière sur toute l'étendue du corps et dont la hauteur est égale à la moitié de la distance d'espacement désirée entre deux plaques adjacentes d'une pile de plaquas. Pour des raisons de simplicité de représentation, on n'a représenté en détail ces bossages que sur la partie gauche de la figure 1, leur positions sur le reste du corps de la plaque étant simplement signalée par un trait mixte horizontal barré de deux traits mixtes verticaux. Les frisures 7 et les bossages 8, 9 sont illustrés plus en détail sur la figure 2.Le corps de la plaque est pourvu, en outra, de trois trous 10 centrés sur l'axe X-X', répartis sur la longueur du corps, et aunis chacun d'un collet 11, comme on peut mieux le voir sur la figure 3. Les longs côtés 3 du corps de la plaque sont prolongés chacun par un bord rabattu 12, dirigé par exemple vers le haut de la plaque, présentant en section un profil en forme d'accordéon (figure 4), et dont la direction Tnoyenne L forme un angle légèrement obtus avec le plan du corps de la plaque. Comme illustré, le bord rabattu en accordéon 12 comprend cinq volets 13 dont le dernier 13' est plus petit que les quatre premiers. La distance projetée séparant la ligne de jonction des deuxième et troisième volets du corps de la plaque est approximativement gale à la distance d'espacement désirée entre deux plaques adjacentes d'une pile de plaques. En variante, comme représenté sur la figure 4a, le profil en accordéon du bord rabattu 12 pourrait être remplacé par un profil à ondulations 14 comme représenté sur la figure 4a. Les petits côtés 5 des portions extrêmes du corps de la plaque sont prolongés chacun par un bord rabattu 15 pré- sentant un profil formant une gouttière en forme ae V comprenant une branche 15' liée au corps de la plaque et une autre branche 15" comme représenté sur la figure 5. La distance projetée séparant la pointe du V du corps de la plaque est approximativement égale à la distance d'espacement désirée entre deux plaques adjacentes d'uné pile de plaques.Par ailletirs, les petits côtés 6 des portions extrêmes de la plaque sont prolongés chacun par un bord rabattu 16 présentant un profil en forme de V couché sur le côté dont les branches 16' et 16" forment un angle obtus tourné vers le corps de la plaque et dont la branche 16' liée au corps de la plaque est légèrement pls longue que la branche 15lut du bord rabattu 15, comme représenté sur la figure 6. On notera que la plaque 1 est parfaitement symétrique par rapport à son petit axe Y-Y'. La plaque de l'invention peut aisément etre fabriquée à bon marché à partir d'une feuille mince de métal, par exemple d'aluminium, par des techniques classiques de formage, Par exemple par poinçonnage, emboutissage, frisage relevage des bords profilés, etc.. Les figures 7 à 9 montrent une pile de plaques réalisées à l'aide de plaques telles que décrites à propos des figures 1 à 6. Pour des raisons de simplicite de représentation, on a représenté une pile comprenant seulement six plaques la à If mais il va de soi qu'en pratique, une pile comprendra généralement un plus grand nombre de plaques. Sur ces figures, on utilise les mêmes références que celles des figures I à 6, si ce n'est qu'elles sont affectées des indices a à f correspondant à chacune des 6 plaques. Pour assembler une pile de plaques, on enfile les trous 10 des plaques sur des tubes tels que 17 d'un diamètre adapté à celui des trous en tournant de l800C dans leur plan une plaque sur deux. La plaque inférieure la étant mise en place, on enfile la plaque lb sur les tubes 17 jusqu a ce qu'elle vienne au contact de la plaque la, puis on engage à force les bords rabattus en accordéon 12b de la plaque lb à l'intérieur des bors rabattus en accordéon 12a de la plaque, ceci tant facilité par le fait que la direction moyenne des bords 12 forme un angle légèrement obtus avec le plan des corps des plaques et, aussi, par le fait que le petit volet l3'a est tourné vers l'extérieur et forme ainsi une sorte de guide pour l'engagement du bord rabattu 12b. hu cours de cet engagement à force, le bord rabattu 12a subit une déformation élastique jusqu'à ce que l'on atteigne la position montrée sur la figure 9, c'est-à-dire que les premier et deuxième volets 13b du bord rabattu 12b viennent s'encastrer dans les troisième et quatrième volets 13a du bord rabattu 12a. Dans le même temps, lors de cet engagement à force, les bords rabattus 15b de la plaque lb viennent s'encastrer dans les bords rabattus 16a de la plaque la, comme représenté sur la figure 8. La forme en V des bords rabattus 15b facilite cet engagement, qui bénéficie du surplus du guidage assuré par l'extrémité des branches 16"a des bords rabattus l6a. Ici aussi, il se produit une déformation élastique des bords rabattus 16a pendant ltengagement des bords 15b. Les plaques 7a et lb étant assemblées, on met alors en place la plaque c en engageant à force les bords rabattus 12c dans les bords 1ob de la plaque lb d'une façon similaire à ce qui a été décrit ci-dessus à propos de l'engagement des bords 12b dans les bords 12a, et en engageant a force les bords rabattus 15c dans les bords rabattus 16b également d'une façon analogue à ce qui vient d'etre décrit à propos de l'engagement des bords 15b dans les borda 16a. On procède de mame pour la mise en place des plaques Id, le et If. L'assemblage de plaques mettant en oeuvre la variante de la figure 4a s'opérerait exactement de la même façon que ce qui vient d'autre décrit. Une fois toutes les plaques de la pile assemblées ensemble, on parachève le montage de la pile en expansant ou déformant les tubes 17 de façon à réaliser une sorte de dudgeonnage des plaques et renforcer la cohésion de la pile de plaques. Les plaques de l'invention présentent l'avantage d'éliminer ou de réduire fortement les fuites intempestives de fluide primaire et de fluide secondaire qui se produisaient dans les piles de plaques de l'art antérieur au niveau des joints entre les plaques. En effet, comme on peut le voir sur les figures 7 à 9, l'assemblage des bords rabattus 12, d'une part, et 15 et 16, d'autre part, des plaques s'opère avec un. certain recouvrement de leurs parties constitutives (premier et deuxième volets 13 d'une plaque avec les troisième et quatrième volets de la plaque immédiatement inférieure dans le cas des bords rabattus 12 et branche 15" d'une plaque avec la branche 16' d'une plaque immédiatement inférieure dans le cas des bords rabattus 15 eut 16), qui fait obstacle aux fuites de fluide. Egalement, l'invention permet de n'utiliser quun seul type de plaques pour réaliser une pile, puisqu'il suffit de faire pivoter de 1800 une plaque sur deux pour avoir la possibilité d'assembler les plaques. Enfin, à titre secondaire, on peut noter que les bords rabattus profilés 15 et 16 des plaques assemblées forment des entrées aérodynamiques pour les fluides primaire et secondaire qui facilitent l'écoulement de ces fluides dans 'échangeur. Les plaques de l'invention peuvent être avantageusement utilisées pour la fabrication de l'échangeur de chaleur décrit dans demande de brevet français N 75 20 285 précitée. il va de soi que le mode de réalisation décrit n' est qu'un exemple et l'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Une plaque en métal mince pour échangeur de chaleur à plaques, qui présente (a) un corpa formé d'une portion centrale de forme allongée délimitée par deux longs côtés opposés et de deux portions extremes solidaires de la portion centriole et situées de part et d'autre d celle-ci et dont la largeur va an s'amincissant depuis lesdits longs côtes jusqu'à l'axe longitudinal dudit corps, et (b) des bords rabattus prévus au moins sur certains côtés de la portion centrale et des portions extrêmes assurant l'espacement des plaques adjacentes d'une pile de plaques et I,Ltanchéit des passages de fluide primaire et des passages de fluide secondaire, caractérisée en ce que lesdits bords rabattus sont profilés de manière à permettre un assemblage des plaques avec enclerchement élastique et recouvrement mutuel des bords rabattus de plaques adjacentes d'une pile. 2. Une plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords rabattus prévus sur les longs côtes de la portion centrale présentent, en section transversale, un profil en accordéon ou ondulé. 3. Une plaque selon la revendication a ou 2, caractérisée en ce que les deux côtés de chacune des portions extrêmes situées de part et d'autre de l'axe longitudinal du corps présentent chacun un bord rabattu profilé, l'un de ces bords rabattus présentant un profil formant gouttière en forme de V et l'outre de ces lords rabattus présentant un profil en forme de V couché sur le côté dont les branches forment un angle obtus tourné vers le corps de la plaque et dont la branche liée au corps de la plaque est légèrement plus longue que la branche extérieure du bord rebattu en forme de V. 4. Une plaque selon la revendication 2, carncté- risée en ce que la direction moyenne des bords rabattus des longs côtés forme un angle légèrement obtus avec le plan du corps de la plaque. 5. Une plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le corps de la plaque est pourvu d'une pluralité de bossages en relief et en creux r lièrement répartis. 6. Une plaque selon l'une quelconque de reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps de la plaque est pourvu de trous répartis le long de son axe longitudinal. 7. Une plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps de la plaque est pourvu de frisures perpendiculaires à son axe longitudinal. 8. Une plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bord rabattu en accordéon comprend cinq volets dont le dernier est plus petit que les quatre premiers. 9. Echangeur de chaleur à plaques, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pile de plaques constituée de plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plaques de ia pile sont assemblées par enfilage des plaques selon la revendication 6 sur des tubes, avec expansion subséquente desdits tubes.