Brevet FR2702978A1 — publié le 19940930

PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE BRIDES OU ANALOGUES DE RACCORDEMENT SUR UN FAISCEAU D'ECHANGEUR ET ECHANGEUR EN FAISANT APPLICATION La présente invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur pour fluides divers et elle concerne, plus spécifiquement, le domaine technique des échangeurs dits à plaques. Les échangeurs du type ci-dessus peuvent être considérés comme connus depuis un certain temps déjà. La technologie de fabrication des plaques peut être considérée comme bien maîtrisée maintenant, même si des perfectionnements peuvent toujours être apportés. Par contre, des échangeurs de type ci-dessus connaissent parfois des désordres de structure dans la liaison entre les plaques et les brides ou analogues de raccordement, de tels désordres s'assimilant comme étant des fissures qui mettent en relation les deux circuits de circulation que, généralement, un échangeur délimite ou comporte. Pour mieux apprécier le problème que posent de tels échangeurs, il est fait référence aux Fig. 1 à 3 qui illustrent un échangeur représentatif de l'art antérieur. Un tel échangeur, du type à plaques, comprend un faisceau 1 qui est principalement constitué par une pluralité de chambres élémentaires 2a,... 2n qui sont toutes réalisées de façon identique. Chaque chambre 2 est formée par deux plaques 3 et 4 en un matériau conducteur, embouties pour comporter des alvéoles 5 et 6 qui sont réparties régulièrement selon une implantation géométrique de tout type approprié pouvant être en alignement ou en quiconce indifféremment. Les plaques 3 et 4 sont, également, embouties pour comporter le long de deux côtés parallèles dits longitudinaux des bords tombés 7 et 8 en opposition. Une chambre 2 est constituée en mettant face à face deux plaques 3 et 4 qui sont réunies entre elles par soudure par points dans les fonds des alvéoles 5 et 6, ainsi notamment que par des cordons de soudure 9 et 10 qui sont établis le long des côtés longitudinaux en retrait des bords tombés 7 et 8. Les plaques 3 et 4 sont, également, réunies le long des deux côtés opposés dits transversaux par un cordon de soudure 11 et 12 établi directement entre les rives des côtés ou encore par l'intermédiaire d'une bande de métal ou lanière L soudée. Chaque paire de plaques constitue ainsi une chambre ou un premier circuit Cl dont le volume intérieur, délimité par l'opposition des alvéoles 5, 6, communique avec l'extérieur par deux passages 13 et 14 qui s'ouvrent dans les bords tombés se faisant face 7 et 8 et qui résultent de conformations locales imposées aux plaques 3 et 4, lors de leur phase d'emboutissage. Un faisceau 1 est obtenu en juxtaposant une pluralité de chambres identiques 2 qui sont réunies entre elles par des cordons de soudure 15 et 16 établis le long des bords en opposition 7 et 8 se faisant de face. De cette manière, deux chambres 2 consécutives délimitent entre elles un passage C2 constituant un deuxième circuit indépendant du premier et s'ouvrant au droit des côtés transversaux du faisceau 1, ainsi constitué. La Fig. 2 fait apparaître qu'un faisceau 1 est constitué par un nombre donné de chambres 2 associées comme dit ci-dessus et complétées par l'adaptation de deux plaques extrêmes respectivement 4 et 3 liées par des cordons de soudure 15 et 16 et sur chacune desquelles est adaptée une plaque extrême latérale, plane et épaisse 17 rapportée par soudure et qui délimite, avec la plaque 4, 3 correspondante, une chambre d'extrémité 2. A partir du faisceau 1 décrit ci-dessus, l'échangeur est complété par l'adaptation, sur les bords tombés 7, 8 alignés des différentes chambres 2, de deux tubulures 18 et 19 permettant de raccorder les différents circuits internes des chambres avec un réseau de fourniture d'un fluide d'échange de tout type approprie, chargé d'apporter ou de prélever des calories. Le faisceau 1 est complété, également, comme cela ressort des Fig. 1 et 3, par l'adaptation, au droit des côtés transversaux, de deux brides ou, plus généralement, deux boîtes collectrices de raccordement 21 et 22 permettant de raccorder le second circuit interne constitué par la pluralité de passages C2 à un réseau de fourniture d'un fluide à contrôler thermiquement. Selon la technique antérieure, de telles brides ou boîtes sont placées bout à bout avec les côtés transversaux de l'échangeur 1 et sont liées à ce dernier par deux cordons de soudure périphériques intérieur et extérieur 23 et 24. Comme cela est rendu apparent par la Fig. 1, chaque cordon de soudure, pour chaque boîte ou bride de raccordement, ne fait intervenir que des épaisseurs de matière relativement faible avec une double liaison au droit de chaque côté transversal pour chaque boîte et, plus spécialement, au niveau du cordon 11 et des angle des bords tombés en opposition 7 et 8 et des éventuelles lanières L. I1 s'avère qu'un tel mode de liaison est générateur, aux endroits cidessus, de fissures qui proviennent d'une fatigue mécanique générée par les variations de température, ainsi que par les vibrations fonctionnelles et les sollicitations de montage et de fixation. L'objet de l'invention vise à supprimer ce problème spécifique aux échangeurs du type à plaques en proposant un nouveau procédé et une nouvelle structure d'un tel échangeur, faisant intervenir des moyens de liaison entre faisceau et boîtes ou brides de raccordement, de conception nouvelle favorisant une meilleure étanchéité entre les deux circuits du faisceau, ainsi qu'une liaison mécanique particulièrement résistante entre le faisceau et les brides ou boîtes. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le procédé d'assemblage de brides ou analogues de raccordement sur un faisceau d'un échangeur de chaleur, du type à plaques, est caractérisé en ce qu'il consiste à: - souder entre elles, pour chaque chambre, les parties des deux plaques correspondant aux côtés transversaux, - emboîter sur chaque extrémité une frette ou ceinture, - lier par soudure périphérique interne et externe chaque ceinture ou frette emboîtée sur chaque extrémité transversale, - utiliser la frette ou la ceinture en tant que bride ou analogue de raccordement. L'invention a pour objet, également, à titre de produit industriel nouveau un échangeur de chaleur du type à plaques, caractérisé en ce que: - les brides ou analogues de raccordement sont adaptées sur les extrémités du faisceau par des frettes ou ceintures emboîtées et soudées sur lesdites extrémités par deux cordons périphériques interne et externe. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est une perspective, en partie arrachée, illustrant un échangeur de chaleur du type à plaques conforme à l'art antérieur. La Fig. 2 est une coupe transversale partielle prise sensiblement selon le plan II-II de la Fig. 1. La Fig. 3 est une coupe-élévation montrant, à échelle différente, une caractéristique constructive d'un échangeur selon l'art antérieur. La Fig. 4 est une perspective, en partie arrachée, montrant, à plus grande échelle, les moyens selon l'invention. La Fig. 5 est une perspective partielle, en partie arrachée, montrant sous un autre angle l'objet de l'invention. La Fig. 6 est une coupe-élévation partielle mettant en évidence une des caractéristiques du procédé selon l'invention et de l'aspect structurel de l'échangeur ainsi obtenu. Les Fig. 7 et 8 sont deux perspectives partielles, en partie arrachée, montrant deux variantes d'application du procédé selon l'invention. Selon les Fig. 4, 5 et 6, qui se rapportent à l'objet de l'invention, le procédé mis en oeuvre consiste à réaliser, comme dit en référence de l'art antérieur, un faisceau 1 à partir de chambres 2 qui sont chacune constituées par deux plaques 3 et 4 conformées comme dit précédemment. Ainsi, les mêmes références désignent les mêmes éléments, parties ou organes constitutifs communs à l'art antérieur et à l'invention. La Fig. 4 montre une perspective partielle d'un faisceau d'échangeur pour lequel deux chambres 2a et 2b seulement sont représentées. Il doit, bien entendu, être retenu que le faisceau 1 pourrait être constitué par un nombre tout à fait indifférent de chambres 2 qui sont associées entre elles par la liaison des bords adjacents 7 et 8 au moyen des cordons de soudure 15 et 16 établis tout le long des côtés longitudinaux. Selon l'invention, toutefois, il est prévu de réaliser chaque chambre 2, 2l en faisant intervenir une soudure transversale 30 qui est établie pour chaque côté transversal, en retrait des parties ou rives 31 des deux plaques 3 et 4 ou 4 et 17. La soudure transversale 30 est établie sur toute la longueur ou la hauteur ou la largeur, c'est-à-dire la mesure séparant les côtés longitudinaux pris en eux-mêmes, considérés par les bords tombés 7, 8 ou encore par les soudures 9 et 10 qui unissent les plaques 3 et 4 ou 4 et 17 le long desdits côtés longitudinaux. La mesure de retrait de la soudure 30 par rapport aux parties ou rives 31 est au moins égale à la largeur de cette soudure, mais préférentiellement peut être aussi plus importante. L'essentiel est d'exécuter une telle soudure 30, de manière qu'une liaison intime soit établie périphériquement avec raccordement par rapport aux soudures 9 et 10. De préférence, la soudure 30 est établie à la molette, bien qu'il puisse être considéré que d'autres moyens adaptés peuvent être aussi mis en oeuvre. Selon une autre phase du procédé de constitution de chaque chambre 2, il est avantageusement prévu aussi, de façon supplémentaire, de réunir les plaques 3 et 4 et 4 et 17 au droit des côtés transversaux au moyen d'un cordon de soudure 32 qui unit les rives 31 des deux plaques. Le cordon de soudure 32 est établi de façon conventionnelle et vient doubler la soudure 30 pour établir une étanchéité certaine et une séparation physique réelle entre le premier circuit interne Cl de la chambre 2 et les passages adjacents C2 ménagés par l'association de deux chambres, telles 2a et 2b. Selon une autre disposition de l'invention, le cordon 32 est, de préférence, établi aussi pour former ou se raccorder à un cordon de rechargement 33 qui est exécuté entre le bord transversal des rives 31, au droit des bords tombés 7 et 8, et le long de ces bords jusqu'aux ouvertures 13 destinées à être placées en relation mutuelle pour celles d'un même côté avec la tubulure 18 ou 19 correspondante. Le cordon de rechargement 33 est ainsi établi sur une plage P qui est comprise entre le côté transversal du faisceau ainsi constitué et l'amorce des ouvertures 13. Selon une autre phase de réalisation du procédé, il peut être prévu de faire intervenir une phase de dressage ou de rectification de la plage P, de manière à égaliser les cordons de rechargement 33 pour disposer d'un état de surface présentant une planéité convenable, sinon rectifiée, sur chaque côté longitudinal du faisceau. Selon une autre disposition de l'invention, le faisceau 1 est ensuite constitué en adaptant sur chaque extrémité transversale une frette ou une ceinture 34 qui et emboîtée pour être adaptée sur ladite partie terminale, de manière à entourer totalement cette dernière, comme cela apparaît à la Fig. 5. La ceinture ou frette 34 est ensuite liée à la partie terminale correspondante du faisceau 1 par deux cordons de soudure 35 et 36 établis périphériquement de façon interne et externe respectivement, comme cela apparaît aux Fig. 5 et 6. La Fig. 7 montre que la frette ou ceinture 34 peut être constitutive d'une boîte de raccordement collectrice 21 ou 22 ou d'une bride 40 d'adaptation par tous moyens appropriés d'une boîte ou analogue, tel que cela est illustré par la Fig. 8. Dans le deux cas, le procédé et l'assemblage sont conduits comme dit précédemment de façon à procurer les avantages qui suivent. Tout d'abord, étant donné que la ceinture ou frette 34 est emboîtée extérieurement à l'extrémité ou à la partie terminale transversale du faisceau 1, il est possible de lui conférer une épaisseur de matière notablement plus importante que celle selon la méthode traditionnelle. Il en résulte une liaison mécanique plus résistante entre la bride ou analogue et le faisceau, ainsi qu'une déformation plus faible, voire sensiblement inexistante, lors de l'établissement des cordons de soudure 35 et 36. Ensuite, le cordon de soudure 35 est destiné à établir une liaison périphérique mais n'a pas pour vocation, comme dans l'art antérieur, à assurer supplémentairement l'étanchéité entre les deux circuits internes constitutifs du faisceau. En effet, l'étanchéité, entre le circuit interne Cl de chaque chambre 2 et les passages Cl ménagés par deux chambres adjacentes, est assurée de façon efficace par la ligne 30 et le cordon 32 pour chaque chambre, ainsi que par le suivi établi entre chaque cordon 32 et le cordon de rechargement 33. De cette manière, le cordon périphérique interne 35 peut être exécuté uniquement dans le but de joindre les bords 7 et 8 établis dans un même plan pour chaque côté longitudinal, ainsi que les plaques latérales 17. Par ailleurs, la liaison de chaque frette ou ceinture 34, par l'intermédiaire de deux cordons 35 et 36, permet l'établissement d'une liaison mécanique robuste qui se trouve établie également par la présence de la plage P qui permet de faire intervenir des emboîtements disposant d'un jeu de tolérance acceptable avec les conditions de fabrication, mais qui sont, dans tous les cas, avantageuses pour conduire à un emboîtement à même de procurer une résistance mécanique améliorée. Un autre avantage de la technique selon l'invention réside dans la possibilité de faire intervenir des brides ou analogues de raccordement de forte épaisseur et massives qui ne subissent que peu, voire pas, de déformation lors de l'exécution des cordons 35 et 36. n peut ainsi être prévu d'exécuter des brides ou des boîtes avec établissement préalable des plans d'appui rectifiés sans qu'une opération de reprise ne soit ensuite envisagée après la liaison par soudure avec le faisceau. I1 est ainsi possible d'envisager d'implanter, dans un atelier ou une usine, deux lignes de fabrication dont l'une est réservée à l'usinage des brides ou analogues de raccordement parallèlement à la fabrication des faisceaux sur ou le long de la seconde ligne, après quoi l'opération d'assemblage peut être exécutée sans donner lieu à reprise importante. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé d'assemblage de brides ou analogues de raccordement sur un faisceau d'un échangeur de chaleur, du type constitué par une pluralité de chambres individuelles, chacune formée par deux plaques conductrices bordées sur leurs côtés dits longitudinaux par des bords tombés en opposition et soudées entre elles pour délimiter un circuit interne s'ouvrant sur lesdits côtés longitudinaux, par deux ouvertures latérales débouchant dans deux tubulures de raccordement à une source de fourniture d'un fluide échangeur, lesdites chambres étant disposées côte à côte en étant réunies par soudure des bords tombés se faisant face pour délimiter entre elles, à chaque fois, un passage délimitant un second circuit interne indépendant du premier, s'ouvrant au droit des côtés dits transversaux et débouchant dans deux brides ou analogues rapportées en bout du faisceau pour le raccordement avec un réseau de circulation d'un fluide à refroidir ou à chauffer, caractérisé en ce qu'il consiste à: - souder entre elles, pour chaque chambre, les parties des deux plaques correspondant aux côtés transversaux, - emboîter sur chaque extrémité une frette ou ceinture, - lier par soudure périphérique interne et externe chaque ceinture ou frette emboîtée sur chaque extrémité transversale, - utiliser la frette ou la ceinture en tant que bride ou analogue de raccordement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soude les parties transversales des extrémités de chaque paire de plaques formant une chambre, en exécutant une soudure à la molette située parallèlement aux parties transversales et en retrait de ces dernières et sur toute l'étendue comprise entre les bords tombés. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on soude les parties transversales des extrémités de chaque paire de plaques formant une chambre en exécutant en plus une liaison directe des parties transversales par un cordon de soudure. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on exécute le cordon de soudure de liaison directe des parties transversales, de manière à le raccorder à des cordons de rechargement exécutés pour lier les côtés longitudinaux des plaques à partir des extrémités transversales et sur une plage correspondant à l'emboîtement des frettes ou ceintures. 5 - Procédé selon l'une des revendications là 4, caractérisé en ce qu'on dresse les extrémités transversales du faisceau emboîtées par les brides ou analogues. 6 - Echangeur de chaleur, du type comprenant un faisceau (1) constitué par une pluralité de chambres (2) formées chacune par deux plaques conductrices (3, 4 ou 17), bordées sur leurs côtés longitudinaux par des bords tombés en opposition (7, 8) et soudées entre elles pour délimiter un circuit interne (Cl) s'ouvrant sur lesdits côtés longitudinaux par des ouvertures (13) débouchant dans deux tubulures (18, 19), lesdites chambres étant disposées côte à côte en étant réunies par leurs bords tombés se faisant face pour délimiter un passage (C2) constituant un second circuit interne indépendant du premier et s'ouvrant au droit des extrémités transversales du faisceau, lesquelles sont équipées de deux brides ou analogues de raccordement (21, 22), caractérisé en ce que:: - les brides ou analogues de raccordement sont adaptées sur les extrémités du faisceau par des frettes ou ceintures (34) emboîtées et soudées sur lesdites extrémités par deux cordons périphériques interne (35) et externe (36). 7 - Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les frettes ou ceintures (34) sont partie intégrante des brides ou analogues. 8 - Echangeur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les frettes ou ceintures (34) sont emboîtées sur les extrémités transversales du faisceau (1), lesquelles présentent à cette fin chacune une plage dressée (P). 9 - Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques (3, 4, 17) sont réunies entre elles au droit de leurs côtés transversaux par une soudure (30) établie en retrait des rives ou parties transversales (31) desdits côtés et sur toute la longueur séparant les côtés longitudinaux des plaques. 10 - Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plaques sont réunies entre elles aussi au droit de chaque côté transversal par un cordon de soudure (32) établi le long des rives. 11 - Echangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cordon de soudure (32) établi le long des rives se raccorde à des cordons de rechargement (33) exécutés le long des côtés longitudinaux et sur la plage (P) correspondant à l'emboîtement des frettes ou ceintures.