Brevet FR2716960A1 — publié le 19950908

La présente invention a pour objet un faisceau de plaques pour un échangeur thermique. Généralement les faisceaux de plaques pour échangeurs thermiques comprennent un empilement de plaques parallèles les unes aux autres. Les plaques constituées de tôles fines, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment ductile, comportent des bords à surface lisse et 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 circulation de deux fluides indépendants et à contrecourant d'une extrémité à l'autre du faisceau de plaques. Chaque circuit est relié à des collecteurs d'admission et de retour 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 Chaque tôle est reliée par son pourtour aux plaques du faisceau au moyen d'une soudure. Du fait de la pression interne exercée par la circulation des fluides entre les plaques, la tenue mécanique des plaques entre elles pose des problèmes. En effet, il est nécessaire de reprendre les efforts qui se produisent selon trois axes, l'axe longitudinal, l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques. Les efforts selon l'axe longitudinal sont le plus souvent repris par les collecteurs d'alimentation et de retour des fluides. Pour reprendre les efforts selon l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques, le faisceau de plaques est placé dans une enceinte de façon à créer autour dudit faisceau de plaques une équipression. L'invention a pour but de proposer un faisceau de plaques qui évite le montage d'une enceinte de résistance de pression autour de ce faisceau. L'invention a donc pour objet un faisceau de plaques pour un échangeur thermique, du type comprenant un empilement de plaques métalliques, parallèles les unes aux autres et comportant chacune des bords à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations pour former avec les plaques associées un double circuit de circulation de deux fluides indépendants et à contrecourant, les plaques étant reliées les unes aux autres au niveau de leurs bords longitudinaux par une couche de soudure déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau et l'empilement de plaques étant placé entre une tôle supérieure et une tôle inférieure s'étendant sur toute la surface des plaques et dont les pourtours sont reliés par soudure aux bords desdites plaques, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques et des moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques comprennent deux organes d'appui disposés respectivement au-dessus de la tôle supérieure et au-dessous de la tôle inférieure et reliés entre eux par des tirants, - chaque organe d'appui est formé par des profilés disposés parallèlement les uns aux autres, - chaque organe d'appui est formé par une plaque épaisse, - les moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure sont formés par au moins une onde de liaison disposée entre chaque bord longitudinal des tôles et chaque bord longitudinal de la plaque adjacente, ladite onde de liaison étant reliée auxdits bords par un cordon de soudure s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaques. 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 transversale d'un faisceau de plaques selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique de dessus du faisceau de plaques, - la Fig. 3 est une vue schématique à plus grande échelle et en coupe des moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure, - la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 3. Comme représenté à la Fig. 1, le faisceau de plaques, désigné dans son ensemble par la référence 1, se compose d'un empilement de plaques 2 parallèles les unes aux autres. Chaque plaque 2 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 représentée sur les figures. Les plaques 2 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 1 et à contre-courant. A cet effet, et comme représenté à la Fig. 2, le faisceau de plaques 1 comporte à chacune de ses extrémités un collecteur, respectivement 3 et 4. Le collecteur 3 est divisé en deux compartiments 3a et 3b par une cloison 5 et le collecteur 4 est également divisé en deux compartiments 4a et 4b par une cloison 6. Une tubulure 7a d'admission d'un fluide chaud débouche dans le compartiment 3a du collecteur 3 et communique par le circuit A avec le compartiment 4a du collecteur 4, dans lequel débouche une tubulure 8a de sortie du fluide refroidi après son passage dans le faisceau de plaques 1. D'autre part, une tubulure 8b d'admission d'un fluide froid débouche dans le compartiment 4b du collecteur 4 et communique par le circuit B avec le compartiment 3b du collecteur 3 dans lequel débouche une tubulure 7b de sortie du fluide réchauffé après son passage dans le faisceau de plaques 1. Les plaques 2 sont assemblées les unes avec les autres au niveau de leurs bords longitudinaux par des barrettes de liaison 10 s'étendant sur toute la longueur des bords longitudinaux desdites plaques 2 et par une couche de soudure 11 déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau pour former un mur de soudure étanche. L'empilement de plaques 2 est placé entre une tôle supérieure 12 et une tôle inférieure 13 s'étendant sur toute la surface des plaques 2 et dont les pourtours sont reliés aux bords desdites plaques 2 par la couche de soudure 11. Du fait de la pression interne produite par la circulation des fluides entre les plaques 2, il est nécessaire de reprendre les efforts qui se produisent selon trois axes, l'axe longitudinal, l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques 2. Les efforts selon l'axe 'longitudinal des plaques sont repris par les collecteurs 3 et 4 et les efforts selon l'axe latéral des plaques 2, c'est à dire les efforts exercés sur les couches de soudure 11, sont équilibrés par la raideur desdites plaques 2. Le faisceau de plaques 1 selon l'invention comprend des moyens 20 de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques 2 et des moyens 30 de reprise des contraintes entre les tôles 12 et 13 et les plaques 2, c'est à dire entre lesdites tôles 12 et 13 et les couches de soudure 11. Les moyens 20 de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques 2 comprennent un premier organe d'appui 21 disposé au-dessus de la tôle supérieure 12 et un second organe d'appui 22 disposé au-dessous de la tôle inférieure 13. Les organes d'appui, respectivement 21 et 22, sont reliés entre eux par des tirants 23 disposés de part et d'autre des plaques 2. Selon un mode de réalisation préférentiel représenté à la Fig. 2, chaque organe d'appui 21 et 22 est formé par des profilés disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, les profilés supérieurs étant reliés aux profilés inférieurs par les tirants 23. Selon une variante, chaque organe d'appui 21 et 22 peut être formé par une plaque épaisse. Les moyens 30 de reprise des contraintes entre les tôles 12 et 13 et les couches de soudure 11 sont formés par au moins une onde de liaison 31 disposée entre chaque bord longitudinal des tôles 12 et 13 et chaque bord longitudinal de la plaque 2 adjacente. Ainsi que représenté sur les Figs. 3 et 4, chaque onde de liaison 31 est reliée aux bords longitudinaux des tôles 12 et 13 par un cordon de soudure 32 et aux bords longitudinaux de la plaque 2 adjacente par un cordon de soudure 33. Chaque onde 31 s'étend sensiblement sur toute la longueur des plaques 2. Du fait du déplacement des couches de soudure 11 suivant l'axe latéral des plaques 2, il se crée à la jonction de ces couches de soudure 11 et des tôles 12 et 13, un effort tranchant dont la valeur dépend des paramètres géométriques du faisceau. Lorsque cet effort tranchant génère des contraintes trop élevées, les ondes de liaison 31 permettent d'apporter de la souplesse au raccordement entre les couches de soudure 11 et les tôles 12 et 13. Ces ondes de liaison 31 présentent de plus l'avantage de reprendre la dilatation différentielle entre les tirants 23 et les couches de soudure 11, ce qui permet d'éviter un surdimensionnement de ces tirants 23. La nuance du matériau composant les ondes 31 est choisie en fonction des contraintes admissibles et requises en température. L'ensemble du faisceau de plaques 1 peut être placé dans un calorifuge 15, comme représenté à la Fig. 1. Le faisceau de plaques selon l'invention présente toute les garanties de tenue mécanique ce qui évite d'avoir à placer ce faisceau de plaques dans une enceinte de résistance de pression. REVENDICATIONS 1. Faisceau de plaques pour un échangeur thermique, du type comprenant un empilement de plaques (2) métalliques, parallèles les unes aux autres et comportant chacune des bords à surface lisse et une patrie centrale munie d'ondulations pour former avec les plaques associées un double circuit de circulation de deux fluides indépendants et à contre-courant, les plaques (2) étant reliées les unes aux autres au niveau de leurs bords longitudinaux par une couche de soudure (11) déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau et l'empilement de plaques (2) étant placé entre une tôle supérieure (12) et une tôle inférieure (13) s'étendant sur toute la surface des plaques (2) et dont les pourtours sont reliés par soudure aux bords desdites plaques (2), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20) de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques (2) et des moyens (30) de reprise des contraintes entre les tôles (12, 13) et les couches de soudure (11). 2. Faisceau de plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques (2) comprennent deux organes d'appui (21, 22) disposés respectivement audessus de la tôle supérieure (12) et au-dessous de la tôle inférieure (13) et reliés entre eux par des tirants (23). 3. Faisceau de plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque organe d'appui (21, 22) est formé par des profilés disposés parallèlement les uns aux autres. 4. Faisceau de plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque organe d'appui (21, 22) est formé par une plaque épaisse. 5. Faisceau de plaques selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que les moyens (30) de reprise des contraintes entre les tôles (12, 13) et les couches de soudure (11) sont formés par au moins une onde de liaison (31) disposée entre chaque bord longitudinal des tôles (12, 13) et chaque bord longitudinal de la plaque (2) adjacente, ladite onde de liaison (31) étant reliée auxdits bords par un cordon de soudure (32, 33) et s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaques (2).