Brevet FR2471569A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un échangeur thermique et a pour objet un échangeur de construction simple, compacte et économique. L'invention concerne plus particulièrement des échangeurs dans lesquels la surface d'échange est constituée par des tales minces embouties, soudées et présentant des ondulations permettant aux tôles de s'appuyer les unes sur les autres tout en conservant un espace libre pour les fluides malgré les efforts dfls aux pressions. Le formage par explosion permet de réa liser des tôles unitaires de très grandes dimensions, plusieurs dizaines de m2 par tôle, autorisant la réalisation d'échangeurs de très grandes surfaces et d'ef- ficacité très élevée. Les tales sont soudées ensemble sur le pourtour, en laissant des ouvertures appropriées pour les entrées et les sorties de fluide, et des bottes de raccordement sont également soudées sur les bords des tales empilées, en regard de ces entrées et sorties de fluides, On a constaté que la réalisation de ces soudures est une opération délicate et qutil est difficile d'obte- nir une étanchéité satisfaisante, tant entre les tales, qu'aux joints des bottes de raccordement. Les fluides circulant entre les tales, pouvant ttre à une pression supérieure à l'ambiance, il faut prévoir des moyens pour maintenir serré ltempilement et csest une autre difficulté rencontrée dans la réalisation de ces échangeurs, de maintenir des tales à la forme générale plane. L'invention a pour objet un échangeur du type ci-dessus, qui permet avec une construction facile, dtobo tenir des liaisons solides et une bonne étanchéité. Selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble est constitué par un empilage de tales soudées sur le pourtour par ltintermédiaire de de barrettes assurant ltespacement entre plaques, interrompues pour permettre les entrées et sorties des fluides. Les barrettes en metal, de préférence le mEme métal que les tales minces, ont une épaisseur correspondant à l'écart entre deux tables adjacentes et sont disposées sur le pourtour de ltem- pilage, entre les tales, sauf aux endroits correspondant aux entrées et sorties de fluides, et l'on soude ensemble le bord des tales et les barrettes. Les soudures sont beaucoup plus faciles à réaliser, assurent une bonne résistance et sont étanches.De plus, il est beaucoup plus facile de souder les bottes de raccordement pour les entrées et les sorties des fluides0 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'empilage de tales formant l'échangeur est disposé dans une enveloppe cylindrique, résistant à la pression, et l'on met en pression l'enceinte extérieure à ltempilement de tales par mise en communication avec 11 entrée du fluide ayant la plus forte pression0 Ceci permet de maintenir les différentes tales (lisses et embouties) au contact sur la totalité de leur surface sans dispositif mécanique. On réalise ainsi le logement de ltéchangeur formé de plaques empilées dans une enveloppe cylindrique, assurant la reprise des efforts de pression du fluide compris entre cette enveloppe cylindrique et ltéchan- geur. La description qui va suivre, en regard des dessins annexes, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment ltinvention peut titre réalisée la figure I est une vue en coupe partielle dtun mode de réalisation dtun échangeur selon ltinven- tison. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1 pour un autre mode de réalisation. La figure 3 est une vue schématique en perspective dtun échangeur selon l'invention, les bottes de raccordement étant supposées transparentes. La figure 4 est une vue schématique repré sentant la disposition d'ensemble dtun échangeur selon l'invention à deux passes, La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 pour un échangeur à trois passes. La figure 6 représente une autre disposition d'échangeur à trois passes. L'échangeur de la figure 1 comporte un empilage de tales : une sur deux est une ttle plane 11, et entre deux ttles planes est disposée une ttle 12 présentant des ondulations ou des reliefs sur les deux faces : des reliefs 13 vers le haut et des reliefs 14 vers le bas. Sur les bords de l'empilage, des barrettes 15 maintiennent les tales à l'écartement correspondant aux reliefs des tôles. Les tales et les barrettes sont soudées pour obtenir la solidité de l'assemblage et l'étanchéité aux fluides qui traversent ltéchangeur. Dans la variante de la figure 2, toutes les ttles ont la même forme et comportent des déformations 16 formant des reliefs sur la mtme face. Les déformations sont décalées ou tracées suivant des angles différents pour ne pas stemboSter les unes dans les autres, afin d'assurer les écarts voulus entre les tales. Sur les bords, les barrettes sont disposées et soudées de la même façon que sur la figure 1. L'échangeur de la figure 3 comporte quatre niveaux de circulation de fluide, délimités par cinq tales 21, 22, 23, 24 et 25, séparées par des barrettes 27, 28, 29 et 30. Bien entendu, en pratique, il pourra y avoir un nombre de tales très supérieur, le principe restant le même. Les tôles sont rectangulaires et la circulation des fluides se fait suivant la grande dimension. Ceci ngest qurun exemple, La forme rectangulaire est avantageuse en pratique, mais nullement nécessaire selon la présente invention.Dans les niveaux correspondant aux barrettes 27 et 29, le fluide circule par exemple de la gauche vers la droite sur la figure, et pénètre dans ltéchangeur par la moitié verticale gauche de l'empilage, les barrettes 27 et 29 étant interrompues sur la moitié gauche du petit cité, pour l'entrée, et sur une moitié du c8té opposé pour la sortie du fluide. On a représenté schématiquement les bottes de raccordement 31, 32, 33 et 34, les bottes 31 et 32 étant supposées transparentes pour laisser voir les ouvertures d'entrée et de sortie des fluides. Les bottes de raccordement ont la forme de demi-oylindre, de section droite elliptique par exemple, obturée en haut et en bas par des éléments plans, et chaque botte est soudée à l'empilage suivant deux génératrices verticales.Cette soudure est facilitée ; il en résulte une très bonne solidité et étanchéité grâce à la présence des barrettes0 Comme les fluides traversant ltéchangeur peuvent titre à une pression supérieure à l'atmosphère, les différents fluides pouvant ttre à des pressions dif férentes, il est prévu selon L'invention de placer l'em- pilement à l'intérieur d'une enceinte étanche, dont le volume est mis en communication avec le circuit de fluide dont la pression est la plus forte. Ceci permet de maintenir les différentes tales (lisses et embouties) au contact sur toute leur surfacez sans aucun dispositif mécanique. La figure 4 représente schématiquement un tel -échangeur. Ltempilage 26, avec les bottes de raccordement 31, 32, 33 et 34, est placé à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique 35 assurant la reprise des efforts de pression du fluide compris entre cette enveloppe cylindrique et l'échangeur. n premier fluide rentre dans l'empilement par la conduite 37 et sort par la conduite 38, tandis qu'un second fluide, traversant l'échangeur à contre-courant, entre par la conduite 39 et sort par la conduite 41. L'ensemble parallélépipédique tient en pression car on applique à l'extérieur de cet ensemble une pression supérieure ou égale à celle du fluide le plus comprimé, Si la pression utilisée est la pression dudit fluide, on mettra en communication l'enceinte et ledit fluide par une prise de pression située en amont de l'échangeur proprement dit, de façon à ce que la pression dans la calandre soit toujours supérieure à la pression dans les passes, la différence de pression étant due à la perte de charge de la matrice de ltéchan- gour. La prise de pression pourra avantageusement titre une prise de pression totale. Les boîtes de raccordement des passes de l'échangeur sont reliées à l'extérieur de l'enceinte par des tuyauteries pouvant être équipées de soufflets pour pallier les problèmes de dilastation éventuels En supposant que le premier fluide soit à une pression supérieure à celle du second, une ouverture est prévue en 42 dans la conduite 37 pour que le circuit du premier fluide communique avec l'intérieur de l'enceinte et que la pression qui y règne soit celle du premier fluide dans son circuit. L'empilement est solidaire de enceinte au moyen d'entretoises 45, 46, etc, montées de façon à permettre le jeu de dilatation thermique, comme il est bien connu dans la technique. Les tuyauteries 37, 38, 39 et 41 sont normalement soudées à ltenveloppe cylindriquep et pour per- mettre le jeu de dilatation, on prévoit les soufflets 48 et 49 sur les conduites 38 et 39. La distribution des fluides peut se faire de plusieurs manières différentes. Au lieu des deux bottes soudées aux extrémités du faisceau, et intérieures à 11 enceinte, une botte peut autre supprimée et le fluide arrive dans une passe à travers la calandre. Un tel échangeur peut comporter plus de deux passes. La figure 5 représente, de façon analogue à la figure 4, un échangeur à trois passes0 Pour simplifier, on n'a pas représenté les entretoises, ni les soufflets, ni la prise de pression0 La figure 6 représente une autre disposition à trois passes A, B et C. Comme on l'a déjà indiqué, l'empilement peut avoir une forme autre que rectangulaire, les courants peuvent titre inverses, parallèles, croisés, etcO Il va de soi que les modes de réalisation dé- crits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équiYz- lents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS lo Echangeur thermique constitué par un em- pilement de tales planes dont au moins une partie zoom; porte des reliefs réalisés de préférence par déformation pour maintenir un écart approprié entre les les entre lesquelles circulent des fluides, caractérisé en ce que des barrettes, dont l'épaisseur correspond à 11 écart entre deux tales adjacentes, sont disposées entre les tales sur le pourtour, sauf aux emplacements des entrées et sorties de fluides, les tôles et les barrettes étant soudées ensemble. 2. Echangeur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les boStes de raccordement pour les entrées et sorties de fluides, disposées sur les surfaces latérales des empilements, sont soudées aux sections des tales et aux barrettes. 3o Echangeur thermique selon une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que l'empilement est disposé à l'intérieur dgune enceinte capable de résister à la pression, l'intérieur de l'enceinte étant mis sous pression supérieure ou égale à celle du fluide traversant l'échangeur ayant la pression la plus élevée. 4. Echangeur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intérieur de l'enceinte est en communication avec la canalisation amont du fluide à pression la plus élevée, 5. Echangeur selon une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que des soufflets sont prévus à l'intérieur de enceinte sur les conduites des fluides traversant ltéchangeurO