Brevet FR2719369A1 — publié le 19951103

La présente invention a pour objet un échangeur thermique à plaques. On connaît des échangeurs thermiques à plaques qui comprennent une enceinte étanche et un faisceau de plaques disposé dans cette enceinte. Le faisceau de plaques comprend un empilement de plaques parallèles les unes aux autres. Les plaques constituées d'une tôle fine, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment ductile, comporte des bords à surface lisse, une partie centrale munie d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles délimitent un double circuit de circula- tion de deux fluides indépendants d'une extrémité à l'autre du faisceau de plaques. Chaque circuit est relié à des collecteurs d'admission et de sortie des fluides. Les plaques sont assemblées par soudure deux par deux au niveau de leurs bords longitudinaux pour former des couples de plaques et ces couples de plaques sont superposés et assemblés entre eux par des barrettes de liaison s'étendant sur toute la longueur des bords longitudinaux desdites plaques de façon à réaliser de chaque côté du faisceau une surface verticale plane et uniforme. Une couche de soudure est déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau pour former un mur de soudure étanche. Cet ensemble de plaques est placé entre une tôle supérieure et une tôle inférieure s'étendant sur toute la surface des plaques. Du fait de la pression interne exercée par la circulation des fluides entre les plaques, le faisceau de plaques est placé dans une enceinte étanche qui est pressurisée à une pression supérieure ou égale à la plus grande pression régnant à l'intérieur du faisceau de plaques. Cette pressurisation est généralement réalisée en alimentant l'intérieur de l'enceinte par un fluide à une pression déterminée. Mais, en cas de défaillance de l'alimentation en fluide de pressurisation de l'enceinte, la tenue mécanique du faisceau n'est plus réalisée du fait de la pression différentielle négative entre l'intérieur de l'enceinte et l'intérieur du faisceau de plaques. L'invention a pour but de proposer un échangeur thermique à plaques qui évite, par des moyens simples, ce type d'inconvénients. L'invention a pour objet un échangeur thermique à plaques, du type comprenant une enceinte étanche pressurisée et un faisceau de plaques disposé dans cette enceinte et comportant un empilement de plaques métalliques, parallèles les unes aux autres pour former un double circuit de circulation de deux fluides indépendants, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments intercalaires montés entre l'enceinte et les côtés du faisceau de plaques et répartis sur toute la longueur de ce faisceau de plaques pour transmettre la pression interne dudit faisceau de plaques à ladite enceinte. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - les éléments intercalaires sont formés par des plaques de renfort parallèles les unes aux autres et perpendiculaires à l'axe longitudinal du faisceau, les bords desdites plaques de renfort situés en vis à vis de la surface interne de l'enceinte possédant un profil correspondant à celui de ladite enceinte, - plusieurs plaques de renfort sont fixées à des intervalles réguliers et perpendiculairement sur des semelles pour former des modules indépendants, - les plaques de renfort de plusieurs modules mis bout à bout de chaque côté du faisceau sont reliées entre elles par au moins un tirant parallèle à l'axe longitudinal du faisceau, - les plaques de renfort ont chacune la forme d'une demi-lune. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un échangeur thermique à plaques selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue schématique en perspective des éléments intercalaires montés entre l'enceinte et la face supérieure ou inférieure du faisceau de plaques, - la Fig. 4 est une vue schématique en perspective des éléments intercalaires montés entre l'enceinte et les faces latérales du faisceau de plaques. Sur les Figs. 1 et 2, on a représenté schématiquement un échangeur de chaleur à plaques désigné dans son ensemble par la référence 1 et destiné par exemple à la liquéfaction d'un gaz naturel ou synthétique à bas point d'ébullition. Cet échangeur thermique 1 comprend, d'une part, une enceinte 2 étanche et pressurisée et, d'autre part, un faisceau de plaques 3 disposé dans ladite enceinte 2. Comme représenté à la Fig. 2, le faisceau de plaques 3 se compose d'une empilement de plaques 4 parallèles les unes aux autres. Chaque plaque 4 est constituée d'une tôle fine, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment ductile et comporte des bords longitudinaux et transversaux à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations, non représentées sur les figures. Les plaques 4 déterminent entre elles un double circuit, respectivement A et B, de circulation de deux fluides indépendants. Les fluides d'échange thermique circulent longitudinalement d'une extrémité à l'autre du faisceau de plaques 3. A cet effet, et comme représenté à la figure 1, le faisceau de plaques 3 comporte à chacune de ses extrémités un collecteur, respectivement 5 et 6. Le collecteur 5 est divisé en deux compar- timents 5a et 5b par une cloison 7 et le collecteur 6 est également divisé en deux compartiments 6a et 6b par une cloison 8. Une conduite 9 d'arrivée d'un premier fluide, comme par exemple un gaz sous pression à liquéfier, débouche dans le compartiment 5a du collecteur 5 et communique par le circuit A avec le compartiment 6a du collecteur 6, dans lequel débouche une conduite 10 de sortie du premier fluide refroidi, comme par exemple le gaz liquéfié, après son passage dans le faisceau de plaques 3. D'autre part, une conduite 11 d'arrivée d'un second fluide, comme par exemple un fluide de refroidis- sement, débouche dans le compartiment 5b du collecteur et communique par le circuit B avec le compartiment 6b du collecteur 6 dans lequel débouche une conduite 12 de sortie du liquide de refroidissement après son passage dans le faisceau de plaques 1. Les plaques 4 sont assemblées les unes avec les autres au niveau de leurs bords longitudinaux, par exemple par des barrettes de liaison, non représentées, et par une couche de soudure 13 déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau de plaques 3 pour former un mur de soudure étanche (Fig. 2). L'empilement de plaques 4 est placé entre une tôle supérieure 14 et une tôle inférieure 15 s'étendant sur toute la surface des plaques 4 et dont les pourtours sont reliés aux bords desdites plaques 4 par la couche de soudure 13. Du fait de la pression interne exercée par la circulation des fluides dans les circuits A et B entre les plaques 4, l'enceinte étanche 2 est pressurisée à une pression supérieure ou égale à la plus grande pression régnant à l'intérieur du faisceau de plaques 3. A cet effet, comme représenté à la Fig. 1, l'enceinte 2 est raccordée à une conduite 16 d'alimen- tation en fluide sous pression. Mais, en cas de défaillance de l'alimenta- tion en fluide de pressurisation de l'enceinte 2, l'échangeur thermique à plaques 1 selon l'invention comprend des éléments intercalaires 20 montés entre l'enceinte 2 et les côtés du faisceau de plaques 3 pour transmettre la pression interne dudit faisceau de plaques 3 à ladite enceinte 2 et assurer la tenue mécanique de ce faisceau à plaques 3. Comme représenté à la Fig. 2, ces éléments intercalaires sont montés sur les quatre faces du faisceau de plaques 3 et s'étendent sur toute la longueur de ce faisceau de plaques 3. Comme représenté sur les Fig. 3 et 4, les éléments intercalaires 20 sont formés par des plaques de renfort 21 parallèles les unes aux autres et perpendi- culaires à l'axe longitudinal du faisceau de plaques 3. Les bords des plaques de renfort 21 situés en vis à vis de la surface interne de l'enceinte 2 possède un profil correspondant à celui de ladite enceinte 2. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, l'enceinte 2 est cylindrique et les plaques de renfort 21 ont chacune la forme d'une demi-lune. Les bords des plaques de renfort 21 ménagent avec la surface interne de l'enceinte 2 un jeu mécanique 32 (Fig. 2) pour permettre une déformation contrôlée du faisceau de plaques 3. Plusieurs plaques de renfort 21 sont fixées à des intervalles réguliers et perpendiculairement sur des semelles pour former des modules indépendants. Comme représenté à la Fig. 3, les plaques de renfort 21 destinées à être placées entre la surface interne de l'enceinte 2 et la face supérieure et infé- rieure du faisceau de plaques 3 sont fixées, par exemple par soudage, à des intervalles réguliers et perpendicu- lairement sur des semelles 22 planes pour former des modules 23 indépendants. Les modules 23 sont placés bout à bout et les plaques de renfort 21 de ces modules sont reliées entre elles par au moins un tirant 24 parallèle à l'axe longitudinal du faisceau de plaques 3. Les plaques de renfort 21 destinées à être placées entre l'enceinte 2 et les faces latérales du faisceau de plaques 3 sont fixées, pai exemple par soudage, à des intervalles réguliers et perpendiculaire- ment sur des semelles 25 en forme de U pour former des modules 26 indépendants. Les modules 26 sont placés bout à bout et les plaques de renfort 21 de ces modules 26 sont reliées entre elles par au moins un tirant 27 parallèle à l'axe longitudinal du faisceau de plaques 3. En cas de défaillance de l'alimentation en fluide de pressurisation de l'enceinte 2, la tenue mécanique du faisceau de plaques 3 est assurée par les plaques de renfort 21 qui transmettent la pression interne du faisceau 3 à ladite enceinte 2 ce qui permet d'éviter le gonflement de ce faisceau de plaques 3. L'échangeur thermique selon l'invention permet, par des moyens simples et fiables, de garantir la tenue mécanique du faisceau de plaques dans toutes les conditions de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique à plaques, du type comprenant une enceinte (2) étanche, pressurisée et un faisceau de plaques (3) disposé dans cette enceinte (2) et comportant un empilement de plaques (4) métalliques, parallèles les unes aux autres pour former un double circuit de circulation de deux fluides indépendants, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments intercalai- res (20) montés entre l'enceinte (2) et les côtés du faisceau de plaques (3) et répartis sur toute la longueur de ce faisceau de plaques (3) pour transmettre la pression interne dudit faisceau de plaques à ladite enceinte. 2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments intercalaires (20) sont formés par des plaques de renfort (21) parallèles les unes aux autres et perpendiculaires à l'axe longitu- dinal du faisceau (3), les bords desdites plaques de renfort (21) situés en vis à vis de la surface interne de l'enceinte (2) possédant un profil correspondant à celui de ladite enceinte (2). 3. Echangeur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs plaques de renfort (21) sont fixées à des intervalles réguliers et perpendi- culairement sur des semelles (22, 25) pour former des modules indépendants (23, 26). 4. Echangeur thermiques selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques de renfort (21) de plusieurs modules (23, 26) mis bout à bout de chaque côté du faisceau de plaques (3) sont reliées entre elles par au moins un tirant (24, 27) parallèle à l'axe longitudinal du faisceau de plaques (3). 5. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques de renfort (21) ont chacune la forme d'une demi- lune.