Brevet FR2532567A1 — publié le 19840309

PROCEDE DE F-ABRICATIGN D) IJN E Ci INGEUR DE CHALEUR, ET ECHAN- GEUR DE C 3 AKLEUR CBTE 7 NU'î PAR CE ?Cc Laprésente i'nventi-on concerne les èchanneurs de cha'l eur. Un échangeur die chaleur à plaques se compose d'un g.roupe de plaques séparables de transmissi Lon de chaleur qui sont discsée-s faca face re c L-rt'aine dist&rtnce l'une de l'autre de façorn a délimiter eteelles des espaces d'éclamnt Les espaces d'C 7 coulaen-zir sont égawent déli- mités et bornés par des joints d'tbhié abituellemient an;rintériau élsoirqisrtuets su les p 11 a qas. Les liai-sons entre les espaces dêolun sont assurées Par das orifices da Ie N regard mn:zgés dnns les plaques, lesquels constituent des conduits d'alimentation et d 'éva- cuation pour deux milieux devant être placés en relation d'échange de chaleur, et l'enserbl 2 des joints rigle égale- ment l'arrivée des milieux dans les espaces d'écoulement, de telle sorte que l'un des milieux circule dans un espace diécoulement sur deux et que l'autre milieu circule dans les espaces d'écoulement:intermé,idiaires Les espiaces d'écoulement peuvent êt-re, et sont habituellement, munis de cannelures ou stries favorisannt la ur-bilencce. De tels échangeurs de chaleur ont trouvé_ de larges ap plica-t-ions et sont couanramment utlssdans de nombreuses -industries Cepandant-i, l'uti 1 îsati-On de -'oints d'étan-Chéité impose en fit Contr-a J Xnt rux e:ur ut-ili- sation avec -"-s úfluides corrosifs ou dnru:avcdes substances radioactives par exremple, étan kt donné que les -cintz d 'tanci:éi r ïquen P l I-( ' sut c:, 1 S ls sont exposés à des fluides corrosifs pendant un laps de temps pro Iongéeè 'D'autrez part, les joinits d'éta-nchéij-tèé ont besoin d'êt-re r& bien lr intenus en place si de hautes pressions de service dietêtre -azilîsées, En conséquence, on S 'efforce actuellement de trouver un échang-eur de chaleur satisfasant qui soit constitulq es sirila aires ai soudcl es entre elles aa j- na:rarpartie dbu caract- ristîQues de tr.se -ch-:leur de 1 'àh neu-r de chaleur à plaques, sins les liitsir-posées par la présence de joints d'étan- Chéitéé 1 eàes Dans de tels cas, les soudures doivent impérati- vja -:ert tra t'Zàs s 3 14 d 3 sc s'i -1 N ècn alrCer ine c'haleur soud(e de ce type "apa" tiorn est difficile sinon a:rossle, t 'ensemble d a ltappareil risque de devoir être mis ai r u Ai bzenr cn:ara solidcs, 11 est pro- csé d iisrle ouaeau laser ou le souda e au: fais- çcau lctrens Po-=iase lg d'un tel échang-iceur de chaleur C-ependant, l-orsqu gon assemble des bandes d'entre- toiïse en mézal eaier L épais ( 3 mrn= d'épaisseur par excmplúe) A une plaque pl-as nince d'échange de chaleur (épaisse de 0,7 rnm par exemple), ces techniques ne sont utilisables avec quelque certitude que lcrsqu'o soude à travers la p'L'a Qua, par opposition à un soudage L travers l'nrtieplus ér issa. Con 2 srmzwernent à? la présente invention, il est procuré 'n-a 1 J E L'rcation deuin ëé-clhanzeur de chaleur com:rena-nt un;roupe de plaqu 2 S soudées entre elles de façons à se fie fce m utue J Lleà 7 ent là une certie distance l'une de lt dere et:itar des espaces d'écoulement eat:e eax -cqu:dclesa plaques comportarnt des d 1 évcatcn pur ds -je-' da ichzrne de chaleur, procédé dar' laualon dore dux L:D d:ous-ensemb les plaque- entretoise en fiatde é rtanchedes entretoises à l'uncs késdes plcques par sod lea oz-ensz Slsd'fun 1 proer;Èer type co- pcrta nt une entre- tose prj 2 hereue i t -no ligne, aut our de l'espace d' oulez et o L'euruJ l'ens-emf Ile des orifices forr:at ls cnizez des enr 4-retoisas de ferrmeture étanche des orifices entourent deux des orifices pour les isoler de l'espace d'coulement borné par l'entretoise périphérique, les sous-ers 2 mbles du second type comportant une entretoise periphérique qui passe à l'extérieur des orifices situés en regard desdites deux ouvertures dans les sous-ensembles du premier type pour leur permettre de comnmu- niquer avec l'esp 2 ce d'écoulement, et comportant également deux entretoises de fermeture étanche d'orifices autour des deux autres orifices pokr les isoler de l'espace d'écoule- ment, les lignes suivies par les entretoises périphlriques étant telles que, lorsqu'un sous-ensemble d'un type est assembl ensuite à un sousensemble de l'autre type, les orifices se trouvant en regard et un seul jeu d'entretoises se trouvant entre les plaques, les lignes suivies par les entretoises périphériques ne se coupent pas, et en édifiant une superposition de sous-ensembles en ajoutant tour à tour un sous-ensemble de chaque type et en le soudant à travers la plaque aux entretoises du sous-ensemble précédent de façon à former des soudures continues et étanches. Le soudage des sous-ensembles et des ensembles superposés se fait de préférence au laser, mais on peut également utiliser le soudage au faisceau d'électrons. Il faut noter que, étant donné que les joints d'étar chéité périphériques se trouvent l'un à l'intérieur de l'autre, un joint péri-phérique de chaque type peut éventuel- lement être décousé dans une feuille de matériau, par exemple à l'aide d'un laser. Pour mieux faire comprendre l'objet de l Vinven- tion, on va en décrire ci-après, & titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation repré- senté sur le dessin annexé. Sur ce dessin la figure 1 est une vue en élévation d'un sous- ensemble d'un -premier type; la figure 2 est une vue en élévation d'un sous- ensemble correspondant d'un autre type la figure 2 a représente une Variante du sous- ensemble de la figure 2; et la figure 3 est une vue en coupe agrandie, sui- vant la ligne IV-IV des figures 1 et 2, d'un ensemble de plaques superposées. L'échangeur de chaleur complet, lorsqu'il est fabriqué conormr Dentà ala présente invention, se compose d'un groupe de piaques qui sont disposées face à face à une certaine distance l'une de l'autre et dont leespacement et l'assemblage sont assurés par soudure à des entretoises. L'ensemble de plaques est illustré sur la vue en coupe de la figure 3, et chacune des figures 1 et 2 représente un sous-ensemble plaque-entretoise d'un premier type. Considérons tout d'abord la figure 1 Celle-ci représente un sous-ensemble 1 se composant d'une plaque 2 dans laquelle sont pratiqués les orifices d'angle classiques 3, 4, 5 et 6, dont deux sont en communication avec un espace d'écoulement 7 formé entre la plaque 1 et la plaque adja- cente d'un coté et borné périphériquement par une entretoise 8. Conformément à la pratique normale, dans l'espace d'écoulement peuvent être prévues des cannelures ou stries d'un type approprié quel conque pour favoriser la turbulence et l'échange de chaleur, et celles-ci peuvent correspondre avec ou croiser et t-ir en botemen avec des cannelures prévues sur les plaques adjacantes La forme réelle des cann Lelures et de l'espace d'écoulement ne fait pas partie de la présente invention et n'a pas besoin d'être décrite en détail. L'entretoise 8 s'étend à l'extérieur de chacune des quatre ouvertures, 3, 4, 5 et 6 et est soudée à la plaque 2 par soudage au laser ou par soudage au faisceau d'électrons exécuté à travers la plaque, c'est-à-dire depuis la face postérieure de la plaque telle que représen- tée, au lireu de 1 'ale cens l a face qui apparaút sur la figure Les orifices 3 et 6 sont entourés par des entre- toises de séparatior respectives Il et 12, celles-ci ser- vant à isoler un des milieux de l'espace d'écoulement 7. Inversement, les orifices 4 et 5 sont en corrmmunication avec l'espace d'écoulement 7 Les entretoises 11 et 12 sont égal ment soudées, à travers la plaque, par soudage au laser ou au faisceau d'électrons. Consid rons maintenarnt la figure 2, qui représen- te un sous-ensemble 21 d Vun type lgé'remnent différent I 11 est lui aussi 2 orrié d'une plaque 2 comportant des orifices 3, 4, 5 et 6, et il comporte un espace d'écoulement 22 entouré et borné par une entretoise 23 passant C 1 'exteé= rieur de chacune des ouvertures 3, 4, 5 et 6 et également soudée à la plaque 2 par soudage au laser ou au faisceau d'électrons à travers la plaque Dans ce sous-ensemble, les orifices 3 et 6 sont en communication avec l'espace d'écoulement 22, tandis que les ouvertures 4 et 5 sont respectivement entourées par des entretoises soudées 24 et 25, elles aussi soudées à travers la plaque par soudage au laser ou au faisceau d'électrons. Il faut noter que la ligne suivie par l'entretoi- se 23 se situe intégralement à l'intérieur de la ligne suivie par l'entretoise 8 I Drsque les sous-ensembles 1 et 21 sont assemblés l'un à 1 Vautre et que les orifices cor- respondants sont en regard les uns des autres, et aussi que les lignes suivies par ces entretoises 8 et 23 ne coupent pas les lig 1 nes suivies par les entretoises 11, 12, 24 ou 25. Il en résulte que, lorsqu'un sous-ensemble du type 1 est superposé à un sous-ensemble du type 21, les deux sous-ensermbles peuvent être soudes l'un à l'autre suivant une ligne de soudage qui est représentée en poin- tillés en 23 a et qui correspond à la ligne suivie par l'entretoise 23 sur le sous-ensemble 21 Ce soudage peut dnc -î De ri-Ame, la ferme- rure des IL et 5 par rzi- r 3 port à j'espaces titre;-,,ur souda,le long des et 251 a aux lignes suivies par es:: t25. D'une; sîmîlaîre, un sous-ensemble 21 peut autre solide' à un sousensemcle 1 par souda e à travers la C., -olaque le Il les 11 cet 12 correspoildant a Ux suiv 4 es 1 pr les eî, L-i-eto-ses 8, Il et 12 sur le s-,t,_s-cnsenb,le sous- e %cer-t 1. il est possible d'édifi,21 r une super- o,>itîon P L 2 1 Z-j so-c-c-;,cs les raies aux _-ut- es paz souèa-a Li travers chaque pl: _aque, Cout en conser- vant les iv,-;n-,'-a-es des esp;zces d'couleuient plats et minces et des caracté" i-5-cicuesch transmission de chaleur des échan- lacs C claques. Bien cue les entretoises périràériques 8 et 21 ne soient pas d-,ns le prolongemern des plaques, cela a beau- coup moins d'im-Zortance oule dans un échan-eur de chaleur à plaques, vu le Lzit que l'ensemble est assemblé par soudage et Dar conséqueit pcs compriri-à pour que les licints soient: rendus;ftanches et pour que leur maintien dans labus de acsi" é. re-_-rre:jente u,4 ie coupe Z' Travers les 2 5 31 4 ou Làl't-,nou-oe de telles Pi'zque a pl il un eu -ri -J sses 31 e t 3 2 D r - c i-co S c a t e e q u C CI 1 1 t r z: t N î S e S i mi '-, a i r e Dar la rer're 8 'D, et une en-freto 1 se ilb d'i'solement des or:Eic-s, à l 1 -ant 1: ',2 zà rclariae t 31. on soud'a: -es eatrc-toïses par une teclnique de N uti' 2-santle au laser ou au _ 21 sce électrons poux former sous-ensem - bie, et ce on un pre-È r us nsemble da 1 J. .j Te 21 Ventretoise périphérique 23 a Ins-1 * 7 qu'une entretoise 24 qui isole l'orifice 4 de l'espace d'écoulement 22. A l'ensemble obtenu, on assemble ensuite un sous- ensemble du type 1 comportant l'entretoise périphérique 8 et une entretoise 11 qui isole l'orîfice 3 de l'espace d'écoulement 7 On édifie ensuite la superposition de pla- ques en ajoutant tour à tour des sous-ensembles 1 et 21, comme représenté sur la figure 4, et après le dernier sous- ensemble on soude l'autre plaque d'extrémité 32, par soudage à travers la plaque, aux entretoises du dernier sous-ensem- ble, qui, dans le cas illustré, sont les entretoises 8 et 11 du sous-ensemble 1. Dans l'agencement représenté sur les figures 1 et 2, l'entretoise périphérique 23, de même que l'entretoise périphérique 8, passe à l'extérieur de chacun des quatre orifices 3, 4, 5 et 6 Il peut dans certains cas être préfs- rable que cette entretoise passe à l'intérieur des orifices 4 et 5, comme c'est le cas de l'entretoise 33 sur la figu- re 2 a Cela implique bien entendu une modification de la ligne de soudage correspondante de la figure 1, et peut également impliquer un certain remaniement du dessin de positionnement des orifices 4 et 5, lesquels peuvent alors être quelque peu rapprochés du bord de la plaque, étant donné qu'un seul joint d'étanchéité pé;iphérique, au lieu de deux, doit passer à l'extérieur de ces orifices. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que certains des orifices 3 4, 5 et 6 peuvent, dans certains sous-ensembles, n'être pas perforés pour que des agencements multi-passes puissent être réalisés. R)v=Tj D>e 1 a TI Ol'YS i Procédé de fabrication d'un échangeur de chaoeur comprenant un groupe de plaques assemblées par soudage face fa zce et une certaine distance l'une de l'autre de faeon à celimiter les espaces d'écoulement entre plaques adjacentes, les plaques comportant des orifices en regard qui forment des conduits d'alimentation et d'évacua- tion pour des milieux d'échange de chaleur caractérisé par le fait qu'on forme deux types de sous-ensemble plaque- entretoise ( 1; 21) en fixant de manière étanche des entre- toises à l'un des côtés de la plaque par soudage à travers la plaque, les sous-ensemfbles ( 1) d'un premier type compor- tant une entretoise périphérique ( 8) qui suit une ligne autour de l'espace d'écoulement ( 7) et à l'extérieur de chacun des orifices ( 3, 4, 5, 6) formant les conduits, et des entretoises ( 11, 12) de fermeture étanche des orifices autour de deux ( 3 et 6)des orifices ( 3, 4, 5, 6) pour isoler ces derniers de l'espace d'écoulement ( 7) borné par l'entre- toise périphérique ( 8), les sous-ensembles ( 21) du second type comportant une entretoise périphérique ( 23) qui passe à l'extérieur des orifices en regard des deux dits orifices ( 3, 6) dans les sous-ensembles ( 1) du premier type pour permettre à ces orifices de communiquer avec l'espace d'écoulement ( 22), et deux entretoises de ferineture étanche ( 24 et 25) des orifices autour des deux autres orifices ( 4, 5) pour isoler ces derniers de l'espace d'écoulement ( 22), les li-l:es suivies par les entretoises périphériques- ( 8; 23) étant telles que, lorsqu'on assemble un sous- ensemob'e d'un type un sous-ensemble de l'autre type, les orifices se trouvant an regard et un seul jeu d'entretoises se trouvant entre les plaques, les lignes suivies par les entretoises périphériques ( 8; 23) ne se coupent pas, et en édifiant une superposition de sous-ensemble ( 1; 21) en ajoutant tour à tour un sous-ensemble de chaque type et en le soudant, à travers la plaque, aux entretoises du sous- ensemble précedent de façon à former des soudures continues et étanches. 29 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on forme les sous-ensembles ( 1; 21) par soudage au laser. 3 Procàdé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on forme les sous-ensembles ( 1; 21) par soudage au faseeau délectrons. 4 Prccédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par la fait -qu'on assero Dle les sous-ensembles ( 4: 21) entre eux car soudae au laser Procédé saon il Vune des revandications 1 à 3, caractérisé par le fai C qu'on assemble les sous-ensembles (i; 21) entre eux par soudage au faisceau d'électrons. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'on découpe dans une même feuille les entretoises périphériques ( 8; 23) d'un sous-ensemble ( 1; 21) de chaque type. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on découpe les entretoises ( 8; 23) au laser. 8 Echangeur de cha 1 eur soudeé, caractérisé par le fait qu'il est fabriqué par un procédé tel que défini à l'une des revendications i à 7.