Brevet FR2453694A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne la fabrication des échangeurs de chaleur du type à plaques ou à faisceaux tubulaires qui sont utilisés dans l'industrie et qui doivent comporter des brides d'assemblage pour permettre leur montage sur des appareillages divers ou encore pour permettre la mise en place de boîtes de distribution. I1 est important que les brides d'assemblage puissent être usinées ou munies d'accessoires dont la nature est déterminée par l'utilisation qui doit être faite de l'échangeur. Dans les fabrications connues, ces échangeurs, qu'ils soient du type à plaques ou à faisceaux tubulaires, sont réalisés par empilage d'éléments échangeurs, par exemple des plaques, des barrettes d'écartement et des dissipateurs ou perturbateurs dans le cas d'un échangeur à plaques, ou par empilage de tubes et de dissipateurs dans le cas d'un échangeur à faisceaux tubulaires. Cet empilage est effectué dans un montage qui assure le centrage correct des différentes pièces les unes par rapport aux autres et dans lequel ces pièces peuvent ensuite être maintenues sous pression pendant l'exécution du brasage dans un four. Après cette opération, on obtient un faisceau échangeur de chaleur qui est monobloc, mais qui ne peut évidemment pas être utilisé sous cette forme. On doit, par conséquent, ensuite rapporter différentes pièces, notamment des brides d'extrémité permettant d'assurer l'amenée de fluide aux deux circuits de l'echan- geur du faisceau de l'échangeur et permettant aussi d'insérer ce faisceau dans un ensemble d'utilisation. La liaison entre le faisceau brasé et les pièces qui doivent lui être fixées est toujours d'exécution difficile car la brasure réunissant les pièces du faisceau empêche souvent la bonne exécution de soudures et l'on est conduit à utiliser des brasures ou soudures spéciales très chères dont la mise en oeuvre est délicate. C'est particulièrement le cas lorsque les échangeurs sont en acier inoxydable, l'emploi du cuivre comme brasure n'étant pas possible. La présente invention remédie à ces inconvénients en rendant possible une fabrication beaucoup plus simple qui permet ultérieurement de souder sans précaution particulière des pièces complémentaires et des accessoires divers. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur du type à plaques ou à faisceaux tubulaires comportant des éléments échangeurs empilés les uns sur les autres dans un montage d'empilage et de brasage est caractérisé en ce que certains au moins des éléments constitutifs du montage de brasage, notamment des montants ,sont brasés aux éléments échangeurs en même temps que ceux-ci sont brasés entre eux pour constituer des pièces intermédiaires entre les éléments échangeurs et des pièces rapportées ultérieurement par soudure ou d'autres moyens de liaison. L'invention s'étend aussi au nouveau produit industriel qui est constitué par un échangeur de chaleur ou au moins une ébauche d'échangeur de chaleur dont les éléments échangeurs de chaleur sont brasés à certains des organes du montage d'assemblage pour que ces organes constituent des pièces intermédiaires de liaison. Diverses autres caractéristiques de l'objet de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une perspective partielle arrachée illustrant le procédé de l'invention. La fig. 2 est une élévation schématique illustrant un détail non apparent de la fig. 1. La fig. 3 est une perspective partielle explicative d'une autre phase du procédé de l'invention. La fig. 4 est une coupe-élévation illustrant plus en détail des organes apparaissant à la fig. 1. La fig. 5 est une vue en plan correspondant à la fig. 4. La fig. 6 est une élévation schématique d'un des côtés d'un échangeur. Les fig. 7 et 8 sont des coupes transversales partielles illustrant des détails de réalisation. La fig. 9 est une perspective d'une variante de réalisation. La fig. 10 est une perspective partielle schématique illustrant un developpement de l'invention. La fig. 11 est une coupe explicative d'un détail de réalisation d'une autre variante. Dans le procédé de l'invention, pour la fabrication d'un échangeur, du type dit à plaques, on procède comme illustré aux fig. 1 et 2. Qn prépare une plaque de support 1 comportant une partie saillante 2 formant marbre dont les dimensions correspondent sensiblement à celles des plaques de l'échangeur à fabriquer. La partie 2 formant marbre fait saillie par rapport à la plaque 1 d'une mesure qui correspond à l'épaisseur que doivent présenter des brides de liaison qui sont décrites dans ce qui suit. De part et d'autre de la partie 2 formant marbre, on prévoit des organes de centrage, par exemple des tenons 3,sur lesquels sont disposés des montants 4 délimitant les quatre angles de l'échangeùr. Les montants présentent~, à leurs deux extrémités, ainsi que l'illustre la fig. 1, des trous de centrage 5 dans lesquels sont engagés les tenons. Les montants a présentent,en section, sensiblement la forme d'un rectangle et délimitent chacun une encoche 6 comnrenant avantageusement dans son fond une rainure longitudinale 6a ainsi que l'illustre bien la fig. 1. Les montants sont disposés pour que leurs encoches 6 se fassent mutuellement vis-à-vis en délimitant ainsi un berceau ou montage servant à l'assemblage de l'é- changeur. On place tout d'abord entre les montants une plaque 7 destinée à constituer une joue, plaque qui présente en section la forme d'un rectangle avec des encoches 7a à chaque coin pour épouser deux des côtés de chaque montant 4. Le faisceau est ensuite empilé, c'est-à-dire en se référant à la fig. 1, qu'on place sur la joue 7 deux barrettes d'extrémité 8 dont une seule apparat au dessin et, entre ces deux barrettes, on dispose éventuellement un dissipateur ondulé 9. Ensuite, on met en place une plaque 10 reposant sur les barrettes 8. Un second jeu de barrettes 11 est ensuite mis en place sur la plaque 10, puis un nouveau dissipateur ondulé 9 qui s'étend par conséquent à angle droit par rapport à celui se trouvant au niveau inférieur. Comme l'illustrent le dessin et en particulier les fig. 1, 4 et 5, les plaques 10 présentent alternativement des pattes cambrées 12 ou 13 formées à partir de crevés pour assurer le centrage et le maintien des barrettes mises en place sur chacune de ces plaques. On voit au dessin que la plaque 10 comporte les pattes 12 des fig. 4 et 5 tandis que la plaque supérieure lOa comporte des pattes 13 distantes du bord de cette plaque d'une mesure égale à la largeur d'une barrette. Les barrettes sont ainsi maintenues entre les pattes 12 ou 13 des plaques et le fond des encoches 6 des montants 4. Par ailleurs, les plaques 10, lOa, etc., sont' centrées également par le fond des encoches 6 des montants. De plus, les dissipateurs 9 sont maintenus centrés entre deux barrettes telles que les barrettes 11, de sorte que les pièces sont maintenues mutuellement les unes par rapport aux autres dans la position qu'elles doivent occuper dans l'échangeur terminé. Outre les pattes 12 ou 13, les plaques 10 présentent avantageusement, lorsqu'un canal délimité par deux plaques consécutives ne comporte pas de dissipateur dans sa partie s'étendant entre deux barrettes, des bossages d'entretoisement 14, tels que ceux apparaissant aux fig. 1 et 4, ces bossages saillant respectivement d'une mesure égale approximativement à la moité de l'espace séparant deux plaques 10 successives. Les bossages sont répartis sur la surface des plaques, mais leur présence est particulièrement importante sur les côtés d'entrée et de sortie de chaque canal délimité par deux plaques consécutives. Lorsque l'empilage des éléments décrits ci-dessus est terminé, on met en place une seconde joue 7 bien visible à la fig. 3. Des entretoises provisoires 15 (fig. 2) sont ensuite mises en place pour relier les montants puis l'ensemble à l'exception des entretoises 15 et de la plaque 1 est brasé au four en le soumettant à un fluxage éventuel et en le portant à une température appropriée au brasage. Ce brasage est effectué alors qu'une charge est appliquée sur la joue supérieure 7 dans le sens indiqué par la flèche fl (fig. 3) pour bien maintenir accostées les différentes pièces empilées les unes sur les autres. Les opérations de brasage mises en oeuvre dépendent de la nature des métaux et des brasures utilisés ; ces opérations n'ont pas à être décrites en détail car elles ne font pas directement partie de l'invention. Comme cela ressort de ce qui précède, lorsque le faisceau est terminé, les montants sont reliés par brasage au faisceau proprement dit, notamment aux barrettes, et constituent des parties de brides d'assemblage que doit comporter l'échangeur. Les parties manquantes des brides, par exemple des profilés 17, sont mises en place et soudées aux montants 4, comme l'illustre la fig. 6, après que les montants 4 aient été éventuellement coupés à une longueur appropriée s'ils sont trop longs. La liaison entre les profilés 17 et les montants 4 peut être exécutée de différentes façons. Lorsqu'on a procédé comme décrit dans ce qui précède, cette liaison est réalisée par des cordons de soudure 17a. Ces cordons de soudure n'interfèrent pas avec les joints brasés grâce au procédé décrit, ce qui permet de les exécuter facilement et sans précautions particulières. En tant que variante, les profilés 17 formant avec les montants 4 des brides peuvent être fixés par brasage en même temps que l'ensemble des pièces du faisceau est brasé. I1 suffit pour cela que le marbre 2 ne s'étende pas entre les montants 4 comme illustré à la fig. 1, mais soit disposé pour correspondre par exemple aux plaques 10 ou à la rigueur pour faire saillie seulement d'une certaine mesure entre les montants 4. De cette façon, les profilés 17 de la fig. 6 sont mis en place entre les montants en les y engageant légèrement à force ou en prévoyant des -formes permettant un assemblage mécanique préalable au brasage. Un assemblage donnant satisfaction peut par exemple être du type à tenon et mortaise. Les rainures 6a prévues dans les encoches 6 des montants permettent d'être certain que les côtés des barrettes viennent correctement en appui contre les côtés des encoches des montants et qu'ainsi un brasage de bonne qualité peut être assuré. Suivant une caractéristique importante de l'invention, il est avantageux de remplir les rainures 6a de colle, résine ou autre produit d'étanchéité approprié des l'exécution du brasage. Les brides formées par les montants 4 et les profilés 17 peuvent ensuite être usinées, par exemple des taraudages 18 peuvent être exécutés pour relier les brides à des boites de distribution. Dans le mode de réalisation décrit aux figures précédentes, les montants 4 sont constitués par des pièces massives usinées. Une telle réalisation n'est pas indispensable. En effet, la fig. 7 montre une réalisation suivant laquelle un montant 4a est cons titué par une cornière dans laquelle est usinée une enroche 6. Les extrémités des ailes de la cornière sont ensuite soudées comme montré en 19 et 20 à des brides 21, 22 dans lesquelles sont pratiqués les taraudages ou autres usinages 18 décrits précédemment. Les montants peuvent aussi être constitués directement à partir de barreaux. Cela est illustré par la fig. & qui montre deux barreaux 23, 24 de section rectangulaire qui sont soudés l'un à l'autre en 25 pour délimiter une encoche 6 servant à recevoir les côtés des plaques 10 et les barrettes 8, 11 décrites dans ce qui précède. L'invention a été décrite en référence à la réalisation d'un échangeur du type dit à plaque. Elle peut être mise en oeuvre de façon analogue pour des échangeurs à faisceaux tubulaires. La fig. 9 illustre une telle réalisation dans laquelle un seul montant désigné par 4a est représenté, ce montant ne présentant plus une encoche dans un coin, mais une rainure 6 dans l'un de ses côtés. La rainure 61 de chaque montant est destinée à recevoir l'extrémité de forme correspondante et désignée par 26 de collecteurs élémentaires 27 qui présentent, par exemple, une section en U et dans lesquels sont préalablement introduites les extrémités de tubes 29.Des dissipateurs 9a analogues à ceux décrits dans ce qui précède sont mis en place entre chaque rangée de tubes.Lorsque l'échangeur est assemblé par empilage exactement comme décrit dans ce qui précède pour l'échangeur à plaques, on procède au brasage. L'invention tout en permettant de mettre en oeuvre de nombreux procédés de brasage différents ainsi qu'il est exposé dans ce qui précède est tout particulièrement appropriée à la fabrication d'appareils devant être brasés au cuivre et auxquels il y a lieu ensuite de rapporter des accessoires particuliers. La fig. 10 illustre un développement de l'invention suivant lequel l'échangeur est du type à plusieurs passes. A titre de simplification, la réalisation illustrée comprend seulement deux passes dites méthodiques, c'est-à-dire qu'un fluide circule suivant la flèche fl et l'autre fluide suivant les flèches 12 en faisant une boucle dans une boite non représentée. Pour réaliser la boucle suivant la flèche f2, un montant intermédiaire 30 est prévu entre les montants 4 ainsi que des barrettes intermédiaires 31 qui sont brasées ensemble en même temps qu'aux plaques 10. Les autres parties de l'échangeur sont réalisées comme décrit dans ce qui précède. La fig. 11 illustre une variante dite à passes frontales selon laquelle on forme la ou les boucles dans un plan perpendiculaire à celui de la fig. 10. Pour cela, au moins une traverse 30a est prévue dans le plan des plaques 10, et deux plaques 101, 102 sont éventuellement prolongées pour être brasées à ladite traverse 30a qui lest, par ailleurs, à l'une des barrettes. Ainsi, l'un des fluides peut suivre le trajet des flèches f L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en detail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé pour la fabrication d'un échangeur de chaleur du type à plaques ou à faisceaux tubulaires comportant des élé- ments échangeurs empilés les uns sur les autres dans un montage de brasage, caractérisé en ce que certains au moins des éléments constitutifs du montage d'empilage et de brasage, notamment des montants, sont brasés aux éléments échangeurs en même temps que ceux-ci sont brasés entre eux, pour constituer des pièces intermédiaires entre les éléments échangeurs et des pièces rapportées ultérieurement par soudure ou d'autres moyens de liaison. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare les pièces intermédiaires pour qu'elles délimitent au moins une encoche de centrage des éléments échangeurs auxquels ces pièces doivent être brasées. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pièces intermédiaires constituées par des montants sont centrées par une extrémité sur une plaque de support et à leur autre extrémité par des entretoises amovibles. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque de support des montants comporte un marbre pour l'appui d'une première joue d'extrémité que doit comporter 1' échangeur. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les montants sont reliés entre eux par des profilés pour délimiter des brides périphériques, lesdits profilés étant fixés par soudure après brasure de l'ensemble des éléments échangeurs et des montants. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les montants sont reliés entre eux par des profilés auxquels ils sont brasés en même temps qu'aux éléments échangeurs de chaleur. 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les montants délimitent une encoche dans l'un de leurs angles, une rainure étant prévue dans le fond de l'encoche pour que les bords des éléments échangeurs, notamment des plaques et barrettes d'un échangeur à plaques, soient parfaitement appliqués contre les bords de l'encoche, un produit d'étanchéité, une colle, une résine ou analogue étant injecté dans la rainure dès l'exécution du brasage. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments échangeurs, lorsqu'ils sont du type à plaques, présentent des pattes cambrées dans les plaques pour assurer le centrage des barrettes séparant les plaques successives de sorte que les différentes pièces constitutives de l'échangeur sont centrées mutuellement. 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaques séparées par les barrettes comportent supplémentairement des bossages d'entretoisement. 10 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments échangeurs sont constitués par des tubes dont les extrémités sont engagées dans des collecteurs élémentaires présentant des extrémités conformées pour être emboîtées dans une rainure prévue dans un côté des montants. 11 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les montants sont indifféremment constitués par des pièces massives usinées pour délimiter l'encoche ou la rainure, ou bien par des cornières usinées pour délimiter l'encoche ou la rainure, ou bien encore par des barreaux assemblés entre eux par soudure à angle droit tout en étant décalés pour délimiter au moins une encoche. 12 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on établit l'un au moins des circuits de fluide pour qu'il délimite au moins une boucle en disposant au moins un montant ou une traverse intermédiaire qui est brasé à l'un des jeux de barrettes ainsi qu'aux plaques. 13 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on dispose au moins un montant intermédiaire sur l'une au moins des faces de l'échangeur ainsi que des barrettes intermédiaires placées entre les plaques et s'étendant jusqu'au montant intermédiaire pour être brasées à celui-ci en même temps qu'aux plaques. 14 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on dispose au moins une traverse intermédiaire s'étendant dans le même plan que les plaques. 15 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 14, caractérisé en ce que la traverse intermédiaire s'étend entre deux plaques qui sont prolongées pour faire saillie au-delà d'une barrette à laquelle ladite traverse intermédiaire est brasée en même temps qu'aux plaques. 16 - Le produit industriel nouveau constitué par un échangeur de chaleur ou au moins une ébauche d'échangeur de chaleur dont les éléments échangeurs de chaleur sont brasés à certains des organes du montage d'assemblage pour que ces organes constituent des pièces intermédiaires de liaison.