Brevet FR2584806A1 — publié le 19870116

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur du type à plaques maintenues écartées les unes des autres par des barrettes pour délimiter des conduits de circulation entre les plaques successives. Les échangeurs de chaleur de ce type comportent sur deux côtés des boîtiers de distribution pour un premier fluide et sur les deux autres côtés d'autres boîtiers de distribution pour un second fluide. I1 est nécessaire dans les appareils connus de calculer exactement la hauteur de l'empilage de plaques et de barrettes de même que la dimension desdites p 1 a q u e s et desdites barrettes pour obtenir un échange calorifique déterminé entre les deux fluides et dans chaque cas il est nécessaire de prévoir des boîtiers distributeurs particuliers puisque notamment la hauteur de l'emballage varie. L'invention vise à simplifier la fabrication d'échangeur de caractéristiques très différentes au point de vue thermique en utilisant toujours les mêmes composants, c'està-dire les mêmes plaques et les mêmes organes intermédiaires aux plaques ainsi que les mêmes boîtiers distributeurs, ce qui permet une standardisation très complète des fabrications. De plus, l'invention, par sa mise en oeuvre, permet d'éliminer la nécessité de disposer des bottiers distributeurs sur les quatre faces de l'échangeur ou de disposer l'échangeur dans une enveloppe. I1 en résulte que la mise en oeuvre de l'invention rend possible la réalisation d'appareils particulièrement compacts et bon marché. Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur à plaques maintenues séparées les unes des autres par des barrettes, les plaques et les barrettes délimitant entre elles des conduits pour la circulation de deux fluides distincts, est caractérisé en ce que les barrettes disposées entre deux plaques sont reliées entre elles par des têtes délimitant, d'une part, un canal axial et, d'autre part, une encoche communiquant respectivement avec des lumières des plaques de sorte qi un fluide amené par une lumière d'une plaque est conduit vers la lumière correspondante d'une seconde plaque en passant par le canal axial d'une des têtes tandis que le fluide amené par une autre lumière d'une plaque est conduit dans l'espace séparant deux plaques successives en passant par l'encoche de la tête. Diverses autres caractéristiques 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 éclatée d'un échangeur à plaques réalisé conformément à l'invention. La fig. 2 est une perspective éclatée des éléments constitutifs de l'échangeur de la fig. 1 et illustrant des caractéristiques particulières. L'échangeur selon les fig. 1 et 2 du type dit à plaques est destiné à réaliser un échange thermique principalement entre deux fluides liquides, par exemple entre de l'eau et de l'huile. Cet échangeur est constitué par l'empilage d'éléments identiques. L'un des éléments est constitué par une plaque désignée dans son ensemble par 1, cette plaque étant de forme générale rectangulaire et présentant, près de ses petits côtés, des lumières 2, 3, 4 et 5. Toutes les plaques sont identiques. Les plaques 1 sont séparées par des cadres 6 comportant chacun deux têtes 7, 7a reliées entre elles par deux barrettes 8, 9. Comme le montre le dessin, les têtes 7, 7a sont identiques et présentent la forme générale du chiffre 6, c'est-à-dire qu'elles délimitent, d'une part, un canal axial 10 et, d'autre part, une encoche 11 ouvrant dans l'espace délimité par les deux barrettes 8, 9 d'un même cadre 6. Les extrémités des barrettes 8, 9 sont engagées dans des petites fentes 12 pratiquées dans des parties saillantes 13 dans les bords inférieur et supérieur des têtes 7, 7a. Les parties saillantes 13 constituent à l'intérieur des barrettes 9 des butées d'appui pour les extrémités de perturbateurs 14, 14a. Le dessin montre que l'épaisseur des barrettes 8,9 et des têtes 7, 7a est la même de sorte que les cadres qu'elles constituent peuvent être appliqués contre les plaques 1 et brasés , collés ou autrement fixés, par exemple boulonnés à ces dernières en même temps que les perturbateurs pour constituer un ensemble monobloc. Le dessin montre que les têtes 7, 7a de chaque cadre 6 sont disposées tête-bêche. Les plaques successives telles que 7, 7a sont, par ailleurs, elles-mêmes disposées tête-bêche, ce qui a pour effet de créer deux circuits indépendants, l'un pour-l'huile en considérant qu'il s'agit du premier fluide et l'autre pour l'eau en considérant qu'il s'agit du second fluide. Cela est illustré au dessin qui montre, par les flèches f, le trajet de l'huile qui entre par la lumière 4 de la plaque 1 et est distribuée entre les barrettes 8, 9 du premier cadre 6 par l'encoche 11 de la tête 7a, de sorte que l'huile parcourt les trajets délimités par le perturbateur 14a pour être ramenée ensuite à l'encoche 11 de la tête 7. Si l'échangeur comporte d'autres jeux de plaques et cadres, l'huile passe encore à partir de l'encoche 11 de la tête 7a par la lumière 4 de la seconde plaque 1 puis par le canal axial 10 de la tête 7 du second cadre 6a par la lumière 4 d'une plaque suivante pour être distribuée par une nouvelle encoche 11 de la tête 7a d'un seconbensemble de cadres. Par ailleurs, l'eau est amenée suivant la flèche f1 pour passer par la lumière 2 de la première plaque 1 par le canal axial 10 de la tête 7 du premier cadre 6 par la lumière 2 de la seconde plaque 1, lumière qui la fait déboucher dans l'encoche il de la tête 7a du second cadre 6a et, par conséquent, liteau est distribuée dans le perturbateur 14. Si d'autres plaques et cadres sont prévus, la circulation se poursuit de même manière, c'est-à-dire que l'eau circule à l'intérieur d'un cadre sur deux de même que l'huile, la circulation desdits deux fluides s'effec S nt à contre-courant, ce qui permet d'obtenir un très bon échange thermique. Dans le mode de réalisation décrit, la face avant de l'échangeur est recouverte par un bottier de distribution 15 et la dernière plaque 1, c'est-à-dire celle désignée par in dans l'exemple illustré est remplacée par une plaque pleine 16 identique à la plaque in mais ne présentant pas les lumières 2 à 5. Le boîtier de distribution 15 délimite intérieurement des compartiments 1521 153, 1541 155 qui communiquent respectivement avec les lumières 2, 3, 4 et 5 et avec des raccords 172 à 17 pour l'amenée, respectivement la sortie de l'un et l'autre des deux fluides. Si, pour une application particulière, le sens de circulation des deux fluides doit être modifié ou encore si l'on souhaite que l'un des fluides entre d'un côté et sorte sur l'autre côté de l'échangeur, la plaque pleine 16 peut être remplacée par un boîtier de distribution, par exemple à deux compartiments, et pouvant être similaire au boîtier 15, ce dernier comportant alors seulement deux compartiments. Dans une réalisation simplifiée, la boîte de distribution 15 peut être constituée par une simple plaque munie des raccords 172 à 175 ou même ces raccords peuvent être directement fixés sur la première plaque 1. La plaque 16 peut aussi être munie de raccords permettant ainsi une réalisation particulièrement compacte. Comme cela ressort de ce qui précède, l'échangeur ne comporte qu'un très petit nombre de pièces, à savoir essentiellement les plaques 1 et les cadres 6, d'une part, puis un boîtier de distribution 15 et une plaque pleine 16 ou deux boîtiers de distribution identiques l'un à l'autre, d'autre part. Pour que le trajet des deux fluides soit convenablement assuré, il importe qu'il ne puisse pas y avoir d'erreur dans la mise en place des cadres 6, 6a, etc., ce problème ne se posant pas pour les plaques 1 qui peuvent être montées indifféremment dans un sens ou dans l'autre. Comme le montre la fig. 2, pour assurer une mise en place convenable des cadres par rapport aux plaques, il est prévu dans les têtes 7, dans leur bord externe, des trous alignés 18, 18a, 18b qui sont équidistants. Par ailleurs, les plaques 1 présentent des bossettes 19, 19b dirigées dans le sens des flèches f2 et qui correspondent aux trous 18 et 18b des têtes 7, 7a ... des cadres 6 et des bossettes 19a dirigées dans le sens des flèches f qui correspondent aux trous 18a des têtes 7, 7a, etc. Ces trous et bossettes assurent, par conséquent, le centrage mutuel des plaques par rapport aux têtes des cadres et donc par rapport à ces derniers. De plus, les plaques 1 présentent des saillies 20, 21 dirigées respectivement dans le sens des flèches f3 et f4, ces saillies étant prévues pour correspondre à un point 22 des encoches 11 des têtes 7, 7a, etc... qui se trouve dans le prolongement du côté montant interne bordant le canal axial 10 des têtes 7, 7a, etc. Etant donné que les têtes 7, 7a d'un même cadre sont disposées tête-bêche et que deux cadres successifs doivent avoir leurs têtes alignées axialement également disposées tête-bêche, il s'ensuit que ces cadres ne peuvent être montés que dans une seule position car autrement l'une des saillies 20 viendraient en butée avec une partie pleine des têtes 7 et 7a et il apparaîtrait immédiatement qu'une plaque adjacente à un cadre ne serait pas appliquée contre les têtes et les barrettes de ce cadre. Pour assurer une sécurité complémentaire, il est avantageux que des encoches 23 soient prévues dans les parties pleines, des têtes 7, 7a en ouvrant vers l'extérieur. Ces encoches permettent un contrôle visuel après l'assemblage puisque, ainsi que l'illustre la fig. 2 une encoche doit apparaître seulement à partir d'une tête sur deux pour un même côté de l'échangeur. La réalisation décrite rend possible de construire des échangeurs utilisant les mêmes éléments constitutifs c'est-à-dire les mêmes plaques, les mêmes cadres, les mêmes perturbateurs et les mêmes boîtiers de distribution quelle que soit la quantité de chaleur à échanger entre deux fluides puisqu'il suffit de réaliser un empilage plus ou moins important. La fig. 2 montre que des tirants 24 peuvent être passés dans les trous 18, 18a, 18b des têtes 7 à la fois pour assurer le centrage des plaques et des cadres et leur maintien en pression. Dans ce cas, les bossages 19, 19a, 19b sont supprimés et remplacés également par des trous. Les tirants 24 peuvent eux-mêmes servir à la fixation du ou des boîtiers de distribution 15. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail-, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Echangeur de chaleur à plaques (1) maintenues séparées les unes des autres par des barrettes (8,9), les plaques et les barrettes délimitant entre elles des conduits pour la circulation de deux fluides distincts, caractérisé en ce que les barrettes (8,9) disposées entre deux plaques (1) sont reliées entre elles par des têtes (7, 7a, ...) délimitant, d'une part, un canal axial (10) et, d'autre part, une encoche (11) communiquant respectivement avec des lumières (2, 3, 4, 5) des plaques de sorte qu'un fluide amené par une lumière d'une plaque est conduit vers la lumière correspondante d'une seconde plaque en passant par le canal axial d'une des têtes tandis que le fluide amené par une autre lumière d'une plaque est conduit dans l'espace séparant deux plaques successives en passant par l'encoche (11) de la tête. 2 - Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les têtes (7, 7a) reliant les barrettes (8, 9) disposées entre deux plaques consécutives (1) sont disposées tête-bêche, les cadres consécutifs formés à chaque fois par deux têtes et deux barrettes étant eux-mêmes disposés tête-bêche. 3 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les têtes (7, 7a) de chaque cadre (6, 6a) présentent sensiblement la forme du chiffre 6 en délimitant d'un côté des parties saillantes (13) dans des encoches (12) desquelles sont engagées les barrettes (8, 9). 4 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties saillantes (13) délimitent des butées pour des perturbateurs (14, 14a). 5 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les perturbateurs (14, 14a) des plaques successives (6, 6a) sont de conformation adaptée aux fluides circulant dans chacun des cadres successifs. 6 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques (1, la ... 1n) présentent chacune quatre lumières (2, 3, 4,5) correspondant respectivement au canal axial (10) et à l'encoche (11) des têtes (7, 7a) d'une plaque contiguë. 7 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un empilage de plaques (1, la ... in) et de cadres (6, 6a ...) est recouvert à ses deux extrémités par des boîtiers de distribution. 8 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un des boîtiers de distribution (16) est constitué par une plaque pleine tandis que l'autre boîtier de distribution (15) comporte quatre compartiments correspondant aux quatre lumières de la plaque contiguë. 9 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaques et têtes des cadres présentent des parties complémentaires de centrage. 10 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les parties de centrage sont constituées par des bossettes (19, 19a, 19b) prévues dans les plaques et correspondant à des trous (18, 18a, 18b) prévus dans les têtes (7, 7a) des cadres (6, 6a). 11 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les bossettes de centrage des plaques sont dirigées alternativement dans un sens ou dans l'autre. 12 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les plaques présentent des saillies (20) dirigées dans le sens pour lequel lesdites saillies doivent nécessairement entrer dans une encoche (11) des têtes (7, 7a) des cadres (6,6a). 13 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les têtes (7, 7a) des cadres présentent sur un côté une encoche (23) ouvrant vers l'extérieur. 14 - Echangeur de chaleur à plaques suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les plaques et têtes des cadres présentent des trous alignés pour le passage de tirants (24).