Brevet FR2650382A1 — publié le 19910201

La présente invention est relative aux échangeurs à plaques séparées les unes des autres par des éléments délimitant des espaces de circulation pour les fluides entre lesquels un échange de chaleur doit être produit. L'invention concerne des perfectionnements aux échangeurs connus, ces perfectionnements visant à permet- tre la circulation de fluide sous des pressions pouvant être très différentes, que ces fluides soient liquides ou gazeux. La réalisation de l'échangeur suivant l'invention permet, en outre, de supprimer les plaques et bottes collectrices dont sont normalement munis tous les échan- geurs même ceux du type dit à plaques et barrettes ou à plaques et cadres de sorte que des différences de pres- sion très importantes peuvent exister tant entre les différents circuits de l'échangeur qu'entre ces circuits et l'atmosphère. L'invention vise, en outre, à augmenter la sécurité des échangeurs existants en faisant en sorte de rendre impossible qu'une communication, même infime, puisse exister entre deux circuits de circulation de deux fluides distincts. Il est apparu, en effet, que même des fuites extrêmement faibles pouvaient être à l'origine d'accidents graves. - Supplémentairement, la réalisation de l'invention rend possible de fabriquer des échangeurs pour la circu- lation de plus de deux fluides, et des échangeurs pou- vant, en outre, permettre le conditionnement de compo- sants fragiles devant être maintenus dans une fourchette de température étroite et pouvant devoir être protégés de l'atmosphère ambiante contre des facteurs extérieurs tels que des rayonnements ou radiations. Conformément à l'invention, l'échangeur du type à plaques est caractérisé en ce que des plaques intércalai- res et au moins une plaque de fond et/ou de tête présen- tent des jeux de trous correspondant respectivement à des jeux de trous et d'encoches prévus dans des cadres disposés entre les plaques intercalaires et les plaques de fond et de tête dont l'une au moins est munie d'em- bouts ou raccords, l'ensemble plaques intercalaires, cadres, plaques de fond et de tête au moins étant réuni par brasage pour former un ensemble monobloc avec les raccords. - Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, les plaques intercalaires sont réalisées de façon composite. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'inven- tion sont représentées, à titre d'exemples non limita- tifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une perspective éclatée d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. La fig. 2 est une élévation schématique d'un échangeur analogue à celui de la fig. 1 mais illustrant un autre mode de circulation. Les fig. 3 et 4 sont des perspectives des plaques intercalaires particulières selon deux modes de réalisa- tion et qui sont destinées aux échangeurs des figures précédentes. La fig. 1 illustre un échangeur dans une réalisa- tion simplifiée au point de vue du trajet de circulation de deux fluides entre lesquels un échange thermique doit être réalisé. L'échangeur comporte une plaque de fond I recou-- verte par un cadre 2. Le cadre 2 présente deux trous 3, 4 alignés avec deux encoches 5 et 6. Le cadre 2 est recouvert par une plaque interca- laire 7 dans laquelle sont pratiqués des trous 8, 9 et , 11 correspondant aux trous 3, 4, d'une part, et aux encoches 5, 6, d'autre part. La plaque intercalaire 7 est destinée à être recouverte par un cadre 2a analogue au cadre 2 et présentant des trous 3a, 4a correspondants et des encoches 5a, 6a mais inversées par rapport a la position des trous 3, 4 et des encoches 5, 6 du cadre 2. Le cadre 2a est recouvert par une plaque de tête 12 présentant dans la réalisation représentée des trous 8a, 9a, 10a et lla correspondant aux trous 8, 9 et 10, 11 de la plaque intercalaire 7. La plaque de tête 12 est munie d'embouts ou raccords 13 correspondant A chacun des trous 8a à lla. Dans la pratique, un échangeur comporte un plus grand nombre de cadres 2, 2a et de plaques intercalaires 7. De même, l'espace laissé libre A l'intérieur des cadres 2, 2a est utilisé de préférence et de façon connue pour le logement de perturbateurs améliorant l'échange thermique devant être réalisé à travers la plaque inter- calaire 7. L'ensemble décrit ci-dessus est réuni en une seule pièce par brasage pour former un tout unitaire. Les embouts ou raccords 13 sont eux-mêmes brasés. Il est avantageux de prévoir les plaques de fond 1 et de tête 12 plus épaisses que les plaques intercalai- res 7, ce qui'permet d'y rapporter, notamment au moment du brasage, des pattes ou autres organes destinés à relier l'échangeur à des supports. En fonctionnement dans la réalisation de la fig. 1, un premier fluide suit le trajet illustré par les flèches fl et un second fluide, le trajet illustré par les flèches f2 On voit au dessin que les deux fluides sont séparés par la plaque intercalaire 7 lorsqu'ils sont amenés à circuler respectivement dans le cadre 2a et dans le cadre 2. Les deux fluides en circulation peuvent être des fluides sous haute pression étant donné qu'ils circulent soit dans des trous de plaques soit dans des trous ou encoches des cadres dont la largeur des parties pleines peut être aussi importante qu'on le souhaite pour supporter la pression ou la différence de pression existant entre les deux fluides ou encore la différence de pression existant entre les fluides en circulation et la pression atmosphérique. L'utilisation des raccords brasés qui peuvent également être vissés si on le désire fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des plaques collectrices. La fig. 2 illustre une variante selon laquelle l'échangeur comporte toujours une plaque de fond 1, une plaque de tête 12 et des plaques intercalaires 7 empilées les unes sur les autres. Dans cette réalisation, la plaque de fond 1 comporte deux trous 81, 91 et la plaque de tête 2, deux trous 101, 111. Un premier fluide circule suivant les flèches f3 et un second fluide suivant les flèches f4 en passant respectivement par des raccords 13a, 13a1 en ce qui concerne le fluide en circulation suivant les flèches f3 et 13a, 13a en ce qui concerne le fluide circulant suivant les flèches f4 On voit par ce qui précède que la réalisation de l'échangeur à plaques et cadre permet soit de faire entrer les fluides sur un seul côté soit de les faire entrer et sortir sur chacun des deux côtés. La circulation dans chaque cadre peut être à passes multiples ou à une seule passe suivant que l'on dispose ou non des chicanes dans les cadres. Lorsque des chicanes sont prévues, elles peuvent évidemment être formées d'une pièce avec les cadres. De même, la circulation des deux fluides peut être réalisée à contrecourant ou dans le même sens ou encore en parallèle ou en série, la disposition des trous ou encoches permettant toutes les combinaisons. La fig. 3 illustre une plaque intercalaire composite 71 constituée par l'association de deux feuil- les 14, 15 brasées ou autrement réunies entre elles, par exemple forgées, pour faire en sorte d'éliminer tout risque de porosités, l'expérience montrant que le risque de coïncidence de deux criques est infime. 5. La fig. 4 illustre une autre variante selon laquelle 1es plaques intercalaires 72 sont constituées par deux feuilles 14, 15 séparées par des barrettes 16 et reliées entre elles par un élément conducteur de la chaleur 17 pouvant être constitué par une feuille inter- médiaire ondulée. On crée ainsi entre les feuilles 14, 15 des canaux de fuite 18. Dans les réalisations représentées, les plaques intercalaires présentent seulement un trou pour chaque fluide circulant dans un sens. Il va de soi que plusieurs trous peuvent être prévus pour chaque fluide, les trous pouvant aussi ne pas être circulaires mais se présenter sous la forme de lumières dont la forme est déterminée de manière à réduire dans toute la mesure du possible les pertes de charge du fluide en circulation. Il est avantageux aussi, ainsi que l'illustre la fig. 1, que les troustels que les trous 3 et 4 d'un cadre soient prévus dans des parties saillantes 19 servant au centrage des perturbateurs 20; on délimite ainsi en amont et en aval de chaque perturbateur un canal de répartition 21 correspondant aux encoches 5, 6. L'ensemble de l'échangeur peut être contenu dans une enceinte d'isolement telle que celle silhouettée en 22 à la fig. l, cette enceinte pouvant être en matière synthétique, en métal, en céramique ou autre matière appropriée à l'atmosphère dans laquelle l'échangeur doit se trouver de même que les organes, composants ou pro- duits qui peuvent devoir être isolés complètement de l'atmosphère ambiante pour être préservés de l'influence de facteurs divers tels que des rayonnements ou radia- tions. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diver- ses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, l'échangeur peut comporter des cadres d'épaisseurs variables dépendant pour certains de la nature des composants qu'ils peuvent devoir contenir et qui sont mis en lieu et place ou en même temps que les perturbateurs 20. De même, tant les cadres que les pièces intercalaires peuvent être prévus pour permettre la circulation de plus de deux fluides. Il suffit en effet de prévoir dans chaque plaque intercalaire et chaque cadre un plus grand nombre de trous et les encoches tels que 6, 6a correspondant à des trous relatifs à chaque fluide particulier. À ' 2650382 REVENDICATIONS 1 - Echangeur à plaques à circuits étanches, caractérisé en ce que des plaques intercalaires (7) et au moins une plaque de fond (1) et/ou de tête (12) présen- tent des jeux de trous (8, 9, 10, 11; 8a, 9a, 10a, lia) correspondant respectivement à des jeux de trous (3, 4; 3a, 4a) et d'encoches (5, 6; 5a, 6a) prévus dans des cadres (2, 2a...) disposés entre les plaques intercalai- res (7) et les plaques de fond (1) et de tête (12) dont l'une au moins est munie d'embouts ou raccords (13), l'ensemble plaques intercalaires (7) , cadres (2, 2a...), plaques de fond (l) et de tête (12) au moins étant réuni par brasage et formant un ensemble monobloc avec les raccords (13). 2 - Echangeur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les plaques intercalaires (7, 71 72) sont réalisées de façon composite. 3 - Echangeur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plaques intercalaires sont constituées par l'assemblage d'au moins deux feuilles brasées, forgées ou autrement réunies. 4 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques intercalaires (7, 71, 72) comportent deux feuilles (14, 15> réunies par des barrettes (16) et au moins un élément conducteur de la chaleur (17) délimitant des canaux de circulation (18). - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les trous (3, 4; 3a, 4a) des cadres (2, 21,...) sont pratiqués dans des parties saillantes pour le centrage de perturbateurs (20). 6 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques de fond (1) et de tête (12) au moins sont d'épaisseurs différentes de celles des plaques intercalaires (7, 71, 72) 7 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on prévoit les perturbateurs (20) disposés dans les cadres (2, 2a,...) en combinaison avec les parties saillantes (19) des cadres pour délimi- ter des canaux de répartition (21). 8 - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'espace délimité entre deux plaques intercalaires (7) par un cadre (2) contient des composants. 9 - Echangeur suivant l'une des revendications 1- à 8, caractérisé en ce que les jeux de trous (3, 4; 3a, 4a,...) et encoches (5, 6; 5a, 6a,...) sont déterminés pour assurer la circulation simultanée de plus de deux fluides distincts. - Echangeur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est disposé dans une en- ceinte d'isolement (22).