Brevet FR2690986A1 — publié le 19931112

La présente invention a trait à un nouveau type d'échangeurs à plaques mais concerne également les plaques permettant leurs réalisations. L'industrie a maintenant depuis plusieurs années tiré nombreux avantages des échangeurs à plaques notamment en termes de performances, encombrement et prix. Si l'on peut distinguer les échangeurs à plaques et joints d'une part et les échangeurs à plaques soudées d'autre part, ces derniers peuvent aussi se classer en deux familles : Une première famille où la surface d'échange est réalisée comme pour les échangeurs à plaques et joints à partir de plaques nervurées ou chevronnées et où la multitude de points de contact d'une plaque empilée en sens inverse sur l'autre assure la tenue mécanique de l'ensemble. Une deuxième famille où un circuit est réalisé par l'assemblage de deux plaques, préalablement embouties, par soudure, le deuxième circuit étant obtenu par l'assemblage de deux éléments définissant le premier circuit.Quoiqu'apportant chacune de nombreux avantages, elles souffrent toutes deux des inconvénients suivants: * taux d'écrouissage important dans les plaques donc altération des propriétés mécaniques et chimiques du métal de base * contraintes thermiques de dilatation mal évacuées * impossibilité d'utiliser des fluides chargés (pour la première famille) * réalisation de boites de distribution ou calandre en fortes épaisseurs génant la dilatation et générant des coûts importants (pour la deuxième famille) Or, les échangeurs objet de l'invention présentent les avantages des différents types d'échangeurs à plaques par rapport à la solution classique "tube-calandre" mais offrent plus de garantie en terme de corrosion-fatigue (les taux d'écrouissage sont inférieurs à 15 %) en terme de fiabilité (toutes les soudures sont visibles et contrôlables) en terme de souplesse (le bloc canaux-gouttières est homogène en épaisseur et se dilate vers le haut lorsque le socle supérieur est équipé d'un système de serrage à ressort compensateur) et en terme de maintenance (accès par les quatre côtés aux deux circuits dont un est entièrement libre de passage). Les échangeurs objet de l'invention se caractérisent par le fait que les blocs d'échange présentent des canaux superposés, l'un autorésistant à la pression, l'autre libre de passage, débouchant alternativement dans les chambres de distribution définies par les gouttières verticales et les plaques d'extrémité et assurant grâce à un jeu de chicanage la circulation des fluides dans le même sens ou le sens opposé. Selon une autre description, les échangeurs objet de l'invention se caractérisent donc en ce que l'ensemble "bloc d'échange - chambres de distribution" est homogène en épaisseur et ayant conservé toutes ses caractéristiques mécaniques et chimiques minimisant ainsi les contraintes de tension liées soit à la fabrication (emboutissage, soudage) soit à l'utilisation (dilatation différentielle, fatigue).En effet, l'échangeur objet de l'invention se caractérise en ce que les gouttières verticales sont fixées par soudure dans chaque angle du bloc d'échange parallélipédique dans lesquels, grâce à une prédécoupe avantageuse des plaques de base, un bord d'accrochage homogène et linéaire a pu être reconstitué sans pour autant altérer les propriétés du métal de base. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas connexés comme suit: - la figure 1 est une vue en plan d'une plaque élémentaire avant emboutissage, caractérisée par la découpe des angles et notamment les boutonnières (6) (7) (8) et (9), permettant de réaliser un échangeur conforme à l'invention. - la figure 2 est une vue en perspective montrant la structure de cette plaque après emboutissage et notamment les bossages en forme de cuvette à fond plat (5) et les plis (1) (2) (3) (4) - la figure 3 est une illustration d'un mode d'assemblage par soudure par résistance de deux plaques élémentaires - la figure 4 est une représentation en perspective de l'élément modulaire P de base constituant le circuit autorésistant à la pression. - la figure 5 est un plan de la tôle de départ permettant la réalisation d'une tôle d'extrémité - la figure 6 est une vue en coupe montrant la fixation des dits éléments P aux gouttières verticales par cordon de soudure (43) recouvrant en partie les montants verticaux recevant par vissage les portes d'accès. - les figures 7 8 et 9 sont respectivement les vues en élévation, en coupe selon l'axe AA' et selon l'axe BB' d'un échangeur réalisé selon l'invention. Si l'on se reporte aux schémas annexés, l'échangeur conforme à l'invention est, d'une manière générale, à circuits indépendants, du type constitué d'éléments modulaires P réalisés de façon à éviter le gonflement à la pression. En effet, ces éléments P sont réalisés à partir de l'assemblage par soudure par résistance (fig.3) de deux plaques (fig. 2) empilées en opposition. Ces plaques sont caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par emboutissage d'une tôle avantageusement prédécoupée (fig 1) et comportant des plis réalisés alternativement en sens inverse de 900 (1) (2) (3) (4), et des bossages en forme de cuvette à fond plat (5). La prédécoupe de la tôle de départ est caractérisée par la réalisation d'une boutonnière (6) (7) (8) et (9) dans l'angle intérieur des quatre coins de la tôle (10) (11) (12) et (13).Ces boutonnières permettent en effet la réalisation des quatre plis en respectant les rayons de pliage conseillés par les règles de l'art tout en ramenant les bords voisins des plis (14) (15), (16) (17), (18) (19) et (20) (21) dans une même génératrice (22). Les plaques sont réalisées à partir de tous métaux emboutissables et soudables. Le programme thermique à accomplir définit le nombre d'éléments P à empiler réalisant ainsi un bloc parallélipédique d'échange B offrant quatre bords verticaux d'accrochage. Les gouttières (23) (24) (25) et (26) recouvrant en partie les montants verticaux (27) (28) (29) et (30) sont alors soudées sur ces quatre bords d'accrochage (22). Le bloc d'échange B est terminé par deux plaques d'extrémité (31) (32) (fig. 6) qui soudées aux gouttières en parties hautes et basses définissent les chambres de distribution des fluides (33) (34) (35) et (36). La fermeture des deux circuits peut être réalisée par exemple au moyen de portes (37) (38) (39) et (40) vissées sur les montants verticaux (27) (28) (29) et (30). Par rapport aux échangeurs à plaques et /ou aux échangeurs modulaires antérieurs l'échangeur conforme à l'invention présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer notamment: * un circuit est autorésistant à la pression ce qui permet la maintenance de l'autre circuit sans pour autant l'isoler de l'installation ainsi qu'un bon comportement au pompage des installations. * un deuxième circuit est libre de passage,d'espacement modulable et pourra aisément recevoir des fluides très chargés ou imposant un nettoyage mécanique. * les blocs d'échange réalisés à partir d'élément modulaire standard permettent des encombrements au sol réduit. * la fermeture des chambres de distribution par portes permet une maintenance rapide et un accès à toutes les soudures. * la réalisation des plaques de base se faisant sans altérer les caractéristiques mécaniques et chimiques du métal de base il est possible d'envisager l'utilisation en milieu chloruré en toute sécurité. * il existe une homogénéité d'épaisseur entre le bloc d'échange et les chambres de distribution réduisant ainsi les problèmes de dilatation différentielle. Les échangeurs peuvent être utilisés aussi bien verticalement qu'horizontalement et peuvent recevoir des gaz ou des liquides et trouver des applications dans de nombreux domaines (chimie, chauffage des habitats, agro-alimentaire, papeterie...) et tout particulièrement où le procès imposera un nettoyage mécanique ou l'utilisation de fluides chargés (par exemple jus de diffusion en sucrerie, liqueurs noires en papeterie, mout de fermentation en brasserie ou distillerie...) Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit que ce soit dans la technique de réalisation des plaques, la configuration de la surface d'échange proprement dite ou dans la forme des chambres de distribution par exemple. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à circuits de fluide indépendants, constitué d'éléments modulaires P empilés et formant un bloc d'échange B présentant des canaux superposés débouchant alternativement dans les chambres de distribution caractérisé par le fait que les éléments modulaires P sont réalisés à partir de plaques avantageusement prédécoupées puis embouties de manière à réaliser des bossages en forme de cuvette à fond plat (5) et des plis alternativement en sens inverse de 900 (1) (2) (3) et (4) tout en reconstituant un bord d'accrochage (22) où sont soudées des gouttières verticales (24) (25) (26) (27) définissant avec les plaques d'extrémité (31) (32) des chambres de distribution des fluides. 2. Echangeur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la prédécoupe des plaques permet la réalisation des plis d'accrochage (1) (2) (3) (4) en respectant en tout point les taux d'écrouissage autorisés par les codes de construction et permettent un accrochage fiable des gouttières (24) (25) (26) (27). 3. Echangeur selon les revendications 1 et 2 caractérise par le fait que l'assemblage de deux plaques de base (fig. 2) permet la réalisation d'un élément modulaire P (lg. 3 et 4) définissant un circuit autorésistant à la pression. 4. Echangeur selon les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que l'assemblage de deux éléments P définit un deuxième circuit libre de passage.