Brevet FR2692666A1 — publié le 19931224

ECHANGEUR DE CHALEUR A PLAOUES ET NOUVEAU TYPE DE PLAOUES PERMETTANT L'OBTENTION D'UN TEL ECHANGEUR. La présente invention a trait à un nouveau type d'échangeur à plaques; elle concerne également les plaques permettant de réaliser un tel échangeur. Les échangeurs de chaleur développés à ce jour peuvent être classés dans deux grandes catégories, à savoir les échangeurs tubulaires et les échangeurs à plaques. D'une manière générale, les échangeurs à plaques et joints sont constitués par empilement d'un nombre déterminé de plaques nervurées, du même type, qui sont serrées entre deux fonds au moyen de tirants. Les plaques possèdent en leurs angles des ouvertures qui délimitent dans l'empilement des passages d'entrée et de sortie pour les deux fluides. L'alternance des fluides dans les espaces successifs compris entre les plaques, est obtenue grâce à des joints de forme appropriée. De tels échangeurs présentent de très bonnes - performances thermiques pour un faible encombrement. Il ressort du FR-A-2 454 075 que pour certaines applications, il est impératif qu'il n'y ait aucun risque de contact accidentel entre le liquide caloporteur et celui à réchauffer. Pour résoudre ce problème, ainsi que cela ressort du document précité, une solution simple consiste à doubler les parois de chacune des plaques, le doublage étant réalisé de telle sorte qu'il subsiste entre les deux plaques adjacentes un espace qui, bien qu'ayant une section extrêmement réduite, permet d'assurer l'écoulement des liquides de fuites pouvant provenir par exemple de perforations affectant l'un ou l'autre des circuits de fluide. Un tel doublage des parois de chaque plaque présente cependant un inconvénient majeur, qui est celui d'entraîner un mauvais échange thermique compte tenu de la couche d'air présente entre les plaques élémentaires, le coefficient d'échange étant approximativement réduit dans un rapport de huit par rapport à un échangeur similaire constitué d'une paroi unique. Pour résoudre ce problème, une solution, décrite dans ce document consiste, ainsi que cela ressort de la figure 3, à interposer entre les deux plaques élémentaires un grillage métallique à mailles serrées, voire même à souder les deux plaques élémentaires l'une à l'autre par point. Une telle manière de procéder qui est non seulement complexe et délicate à mettre en oeuvre, ne permet cependant pas de résoudre ce problème de l'échange thermique de manière satisfaisante. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un perfectionnement apporté aux échangeurs de chaleur à plaques du type faisant l'objet du brevet français précité, qui permet de résoudre un tel problème d'échange thermique, tout en conservant les caractéristiques de sécurité, permettant non seulement d'éliminer tout contact accidentel entre les deux liquides traversant l'échangeur, mais également de détecter immédiatement toute fuite susceptible de se produire dans l'un ou l'autre des circuits. D'une manière générale, l'invention concerne donc un perfectionnement aux échangeurs à plaques, constitué par l'empilement d'un nombre déterminé de plaques nervurées de mêmes dimensions, du même type, serrées les unes contre les autres entre deux fonds au moyen de tirants, lesdites plaques possédant dans leurs angles des ouvertures délimitant dans l'empilement, des passages d'entrée et de sortie pour les fluides et l'alternance des fluides entre les espaces successifs compris entre les plaques, étant obtenue par l'intermédiaire de joints de forme appropriée, disposés à l'intérieur d'une nervure périphérique. L'échangeur selon l'invention se caractérise en ce que chaque plaque nervurée est obtenue par emboutissage d'un complexe constitué de deux feuillards métalliques (acier inoxydable ou de tout autre matériau emboutissable), emprisonnant entre eux une feuille d'un matériau bon conducteur de la chaleur, présentant des caractéristiques d'étirabilité (ou ductilité) supérieures à celles des feuillards externes, ladite feuille intermédiaire étant positionnée entre les feuillards externes et ayant des dimensions et une forme telles qu'elle soit disposée, après emboutissage, uniquement dans la zone d'échange sans déborder dans les zones où doit être disposé le joint périphérique. Comme feuille intercalaire présentant les caractéristiques précitées, on peut citer par exemple des feuilles d'aluminium, de cuivre. L'épaisseur du matériau entrant dans la réalisation d'un complexe permettant la réalisation de telles plaques, sera fonction du type d'échangeur à réaliser. A titre illustratif, les feuillards en acier inoxydable ayant une épaisseur de 0,4 à 0,5 mm et une feuille d'aluminium pour constituer la couche intermédiaire ayant une épaisseur de 0,1 mm, conviennent parfaitement. L'opération d'emboutissage est de préférence réalisée à froid. 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 annexés dans lesquels: - la figure I est une vue de dessus d'une plaque d'un échangeur réalisé conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie, schématique, de la zone cerclée de la figure 1, montrant plus en détail la structure de la paroi d'une plaque d'un échangeur réalisé conformément à l'invention. D'une manière générale, l'échangeur conforme à l'invention et dont une plaque est représentée à la figure 1, a une structure générale similaire à celle faisant l'objet du FR-A-2 618 889 au nom du Demandeur, et est constitué par empilement d'un nombre prédéterminé de plaques nervurées, désignées par la référence générale (1) et qui sont serrées entre deux fonds au moyen de tirants. Ces plaques (1) sont toutes de dimensions identiques et possèdent en leurs angles des ouvertures (2,3,4,5) qui délimitent dans l'empilement des passages d'entrée et de sortie pour les deux fluides.L'alternance des fluides dans les espaces successifs compris entre les plaques, est obtenue grâce à des joints (6), de forme appropriée, et qui sont disposés à l'intérieur d'une gorge continue, dont la forme est telle qu'elle permet d'obtenir, à partir d'un seul et même type de plaque, les deux circuits indépendants de circulation de fluide. Afin d'obtenir un échange thermique optimal, tout en évitant tous risques accidentels de contact entre les deux fluides, par suite par exemple de la perforation d'une paroi, chaque plaque élémentaire (1), dont les dimensions et la forme sont fonction du type d'échangeur à réaliser, a une structure telle qu'illustrée à la figure 2 et est obtenue par emboutissage, à froid, d'un matériau complexe préalablement formé et qui est constitué de deux feuillards métalliques (7a,7b), en acier inoxydable par exemple, ou à base de tout autre matériau couramment utilisé pour la fabrication de tels échangeurs, feuillards qui emprisonnent entre eux une couche intermédiaire (8) à base d'un matériau très bon conducteur de la chaleur et présentant des propriétés d'étirabilité supérieures à celles des feuillards externes, et constitué par exemple par une feuille d'aluminium ou de cuivre. I1 convient de noter que dans le complexe ainsi formé, il est impératif, conformément à l'invention, que les différentes couches soient simplement accolées les unes aux autres, et non pas solidarisées entre elles. La couche intermédiaire (8) a, par ailleurs, des dimensions inférieures aux feuillards externes (7a,7b) et est, avant emboutissage, positionnée entre ces éléments de telle sorte qu'elle soit, lorsque l'opération d'emboutissage est réalisée, disposée au niveau de la zone (9) où doit être positionné le joint périphérique (6), et ce sans déborder à l'intérieur de cette zone. I1 a été constaté que les échangeurs réalisés conformément à l'invention présentaient non seulement une sécurité totale d'utilisation, éliminant tous risques de contact accidentels entre les deux fluides, par exemple en cas de la perforation d'une paroi, mais que, par ailleurs, l'échange thermique était également nettement amélioré par rapport aux échangeurs à plaques à double paroi antérieures, tels que ceux décrits dans le FR-A2 454 075, la perte de coefficient d'échange étant de tordre de 1,5 alors qu'elle est de l'ordre de 2 à 4 pour les solutions antérieures, mais que, malgré la présence de la couche intermédiaire (8) emprisonnée entre les deux feuillards (7a,7b), il était toujours possible de détecter immédiatement une fuite accidentelle, car le liquide ne peut s'écouler que vers l'extérieur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui précède mais elle concerne également toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, il peut y avoir des plaques avec des dessins différents dans la zone d'échange dans un même échangeur, et ce pour ajuster les performances. De même, il peut y avoir des plaques avec un ou plusieurs coins (2,3,4,5) fermés pour réaliser une circulation dite "multipasse". REVENDICATIONS 1/ Echangeur de chaleur à plaques, constitué par l'empilement d'un nombre déterminé de plaques nervurées (1) de mêmes dimensions, serrées les unes contre les autres entre deux fonds au moyen de tirants, lesdites plaques (1) possédant dans leurs angles des ouvertures (2,3,4,5) délimitant dans l'empilement, des passages d'entrée et de sortie pour les fluides, et l'alternance des fluides entre les espaces successifs compris entre les plaques (1) étant obtenue par l'intermédiaire de joints (6) de forme appropriée, disposés à l'intérieur d'une nervure périphérique, caractérisé en ce que chaque plaque nervurée (1) est obtenue par l'emboutissage d'un complexe constitué de deux feuillards métalliques (7a,7b), emprisonnant entre eux une feuille (8) d'un matériau bon conducteur de la chaleur, présentant des caractéristiques d'étirabilité supérieures à celles des feuillards externes (7a,7b), ladite feuille intermédiaire (8) étant positionnée entre les feuillards externes (7a,7b) et ayant des dimensions et une forme telles qu'elle soit disposée, après emboutissage, uniquement dans la zone d'échange sans déborder dans la zone (9) où doit être disposé le joint périphérique (6). 2/ Plaque permettant l'obtention d'un échangeur selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par emboutissage à froid d'un complexe constitué de deux feuillards métalliques (7a,7b) bon conducteurs de la chaleur, emprisonnant entre eux une feuille d'un matériau bon conducteur de la chaleur présentant des caractéristiques d'étirabilité supérieures à celles desdits feuillards externes (7a,7b). 3/ Plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que les feuillards externes (7a,7b) sont constitués d'acier inoxydable ou de tout autre matériau emboutissable, la feuille intermédiaire (8) étant une feuille d'aluminium ou de cuivre.