Brevet FR2806469A1 — publié le 20010921

La présente invention concerne un procédé d'assemblage des plaques d'un faisceau de plaques pour un échangeur thermique et un faisceau de plaques réalisé par un tel procédé. Généralement, les faisceaux de plaques pour échangeur thermi- que comprennent un empilement de plaques parallèles les unes aux autres. Les plaques constituées de tôle fine, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment utile, comportent des bords à surface lisse et une partie centrale d'échange thermique qui est le plus souvent munie d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et o10 par lesquelles elles délimitent des circuits de circulation d'au moins deux fluides indépendants. La circulation des fluides entre les plaques peut être du type co- courant, à contre-courant ou à courants croisés et chaque circuit est relié à des collecteurs d'admission et de retour des fluides. Le plus souvent, les plaques sont assemblées deux par deux au moyen de languettes de liaison soudées sur les bords à surface lisse pour former des couples de plaques et ces couples de plaques sont superposés et assemblés entre eux de façon à former le faisceau de plaques. Les languettes de liaison sont disposées à des emplacements 2 0 déterminés pour délimiter des zones d'entrée et de sortie permettant la circulation desdits fluides entre les plaques. Jusqu'à présent, I'assemblage des plaques de chaque couple de plaques est réalisé de la façon suivante. Tout d'abord, on positionne à des emplacements déterminés au moins une languette sur la face inférieure des bords de la plaque supérieure, puis on relie par soudure ladite languette à ladite plaque pour former un premier sous- ensemble. Ensuite, on positionne à des emplacements déterminés au moins une languette sur la face supérieure des bords de la plaque inférieure, puis on relie par soudure ladite languette à ladite plaque pour former un second sous- ensemble. Chaque cordon de soudure est réalisé en bout, c'est à dire qu'il recouvre des extrémités libres de la plaque correspondante et des languettes. Ensuite, les deux sous-ensembles sont superposés et maintenus plaqués l'un sur l'autre par exemple au moyen d'une presse. Ces deux sous- ensembles sont reliés entre eux par un troisième cordon de soudure réalisé en bout, c'est à dire qu'il recouvre les deux précédents cordons de soudure reliant la plaque et les languettes de chaque sous-ensemble. Les couples de plaques ainsi réalisés sont superposés et une couche de soudure est déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau de plaques pour former un mur de soudure étanche. Mais, ce procédé d'assemblage présente des inconvénients. En effet, il demande un outillage spécifique et de nombreuses étapes pour réaliser l'assemblage de toutes les plaques. De plus, au moment de la superposition des couples de plaques, il peut se produire des défauts d'alignement qui créent des interstices constituant des sites privilégiés de corrosion. Pour éviter ces défauts, un autre procédé consiste à former sur le bord à relier de chaque plaque avec la plaque adjacente un rebord plié à 90 C par rapport à la partie centrale de la plaque correspondante, à superposer les plaques en appliquant les extrémités libres des rebords les unes sur les autres et à réaliser un cordon de soudure au niveau de chaque plan de joint avec ou sans métal d'apport. Mais, ce procédé d'assemblage présente aussi des inconvé- nients dont le principal réside dans le fait que l'accostage des différentes plaques entre elles est délicat étant donné la faible épaisseur de ces plaques si bien que l'opération de soudage est également difficile à réaliser. De plus, le cordon de soudure peut présenter des défauts pou- vant nuire à l'étanchéité du faisceau de plaques compte tenu des pressions ré- gnant à l'intérieur des circuits. L'invention a donc pour objet un procédé d'assemblage des pla- ques d'un faisceau de plaques pour un échangeur thermique formé par un empi- lement de plaques délimitant entres elles au moins deux circuits de circulation de fluides indépendants et comportant chacune une partie centrale d'échange thermique et des bords à surface lisse, caractérisé en ce que: - on effectue une découpe sur les coins de chaque plaque, - on réalise sur le bord à relier de chaque plaque avec la plaque adjacente un pli pour former un premier rebord, - on réalise sur ce premier rebord un pli pour former un second rebord s'étendant parallèlement à la partie centrale de la plaque correspondante et dirigé vers l'extérieur de ladite plaque, - on superpose et on maintient les plaques en appliquant le se- lo cond rebord de chaque plaque sur le second rebord de la plaque adjacente, et - on réalise un cordon de soudure continu et étanche par fusion des seconds rebords superposés des plaques adjacentes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le second rebord forme avec le premier rebord un angle égal ou différent à l'angle formé entre le premier rebord et la partie centrale de la plaque correspondante et chaque angle est par exemple compris entre 75 et 105 . L'invention a également pour objet un faisceau de plaques pour un échangeur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques superpo- sées et assemblées par le procédé précédemment mentionné. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque plaque à la forme d'un quadrilatère comportant une partie centrale d'échange thermique et quatre bords à surface lisse munis chacun d'un rebord replié, les quatre rebords repliés étant dirigés alternativement vers le haut et vers le bas. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une plaque d'un faisceau de plaques, - les Figs. 2 à 6 sont des vues schématiques en perspective montrant les différentes étapes du procédé d'assemblage conforme à l'invention. - les Figs. 7 et 8 sont des vues schématiques en coupe transver- sale montrant des exemples de circulation des fluides dans un faisceau de pla- ques assemblé par le procédé conforme à l'invention. Le procédé d'assemblage selon l'invention est applicable d'une manière générale aux faisceaux de plaques formés par un empilement de pla- ques délimitant entre elles au moins deux circuits de circulation de fluides du type à courants croisés, à contre-courant ou co-courant. De manière classique, un faisceau de plaques d'échangeur ther- mique se compose d'un empilement de plaques 1 parallèles les unes aux autres lo et qui sont constituées chacune d'une tôle fine, le plus souvent en acier inoxyda- ble ou tout autre matériau suffisamment ductile. Ainsi que représenté à la Fig. 1, chaque plaque 1 a initialement la forme d'un quadrilatère par exemple rectangulaire ou carré comportant respecti- vement des bords longitudinaux 2 et transversaux 3 à surface lisse et une partie centrale 4 d'échange thermique munie d'ondulations 5 par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles délimitent des circuits de circulation d'au moins deux fluides indépendants. D'une manière générale, le procédé d'assemblage des plaques 1 pour constituer un faisceau de plaques consiste: - à effectuer une découpe sur les coins de chaque plaque, - à réaliser sur le bord à relier de chaque plaque avec la plaque adjacente un pli pour former un premier rebord, - à réaliser sur ce premier rebord un pli pour former un second rebord, - à superposer et à maintenir les plaques en appliquant le second rebord de chaque plaque sur le second rebord de la plaque adjacente, et - à réaliser, avec ou sans métal d'apport, un cordon de soudure continu et étanche par fusion des seconds rebords superposés des plaques ad- jacentes. Le procédé d'assemblage consiste tout d'abord à réaliser sur les coins de chaque plaque 1 une découpe la, comme représenté à la Fig. 1. Ensuite, un pli 6 est réalisé sur chaque bord longitudinal 2 pour former un premier rebord 7 et la même opération est effectuée sur chaque bord transversal 3 pour réaliser un pli 8 afin de former un premier rebord 9. Les quatre premiers rebords 7 et 9 sont dirigés alternativement vers le haut et vers le bas, comme représenté sur la Fig. 2. Ensuite, sur le premier rebord 7 de chaque bord longitudinal 2, un pli 10 est réalisé pour former un second rebord 11 s'étendant parallèlement à la partie centrale 4 de la plaque 1. Ce second rebord 11 est dirigé vers l'extérieur de ladite plaque 1. _o De même, sur le premier rebord 9 de chaque bord transversal 3, est réalisé un pli 12 pour former un second rebord 13 s'étendant parallèlement à la partie centrale 4 de la plaque 1. Ce second rebord 13 est également dirigé vers l'extérieur de la- dite plaque 1, comme représenté à la Fig. 3. Les premiers et seconds rebords respectivement 7; 9 et 11; 13 sont effectués à l'aide d'une presse plieuse conventionnelle. Après avoir formé successivement les premiers et seconds re- bords 7; 9 et 11; 13 sur chaque plaque 1, ces plaques 1 sont superposées les unes sur les autres, comme représentées à la Fig. 4, en appliquant les seconds rebords 11 et 13 de chaque plaque 1 sur les seconds rebords 11 et 13 de la pla- que adjacente. Ensuite, les plaques 1 ainsi superposées sont maintenues par des moyens appropriés, non représentés. La solidarisation des plaques 1 entre elles est réalisée en effec- tuant un cordon de soudure 15 continu et étanche, avec ou sans métal d'apport, et par fusion des seconds rebords 11 et 13 superposés des plaques 1 adjacen- tes, ainsi que représenté à la Fig. 5. Chaque cordon de soudure 15 est obtenu par exemple par le procédé TIG. Les seconds rebords 11 et 13 de chaque plaque 1 forment avec les premiers rebords 7 et 9 un angle égal ou différent à l'angle formé entre le premier rebord 7 et 9 et la partie centrale 4 de ladite plaque 1. Chaque angle est de préférence compris entre 75 et 105 et, dans l'exemple de réalisation, cet angle est égal à 90 . Ensuite, une plaque de fermeture 20 est placée respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure du faisceau et chaque plaque de fer- meture 20 est reliée au rebord de la plaque I adjacente par un cordon de sou- dure continu et étanche 15a, ainsi que représenté à la Fig. 5. Dans le mode de réalisation représenté sur cette figure, I'un des fluides circule longitudinalement dans le faisceau de plaques et l'autre fluide cir- cule transversalement permettant ainsi d'obtenir un faisceau de plaques du type lo à courants croisés. Les zones d'entrée et de sortie des fluides peuvent être coif- fées chacune par un collecteur. Selon une variante représentée à la Fig. 6, les faces latérales du faisceau de plaques sont partiellement fermées par une plaque de recouvrement 21. Chaque plaque de recouvrement 21 est en appui sur les cordons de soudure is 15 reliant les premiers rebords 7 des plaques 1 et également sur le bord longitu- dinal de chaque plaque de fermeture 20. De plus, chaque plaque de recouvrement 21 est fixée sur chaque plaque de fermeture 20 au moyen d'un cordon de soudure 22 continu et étanche. Ainsi, selon le positionnement de chaque plaque de recouvre- ment 21, une zone d'entrée A est ménagée sur chaque face latérale du faisceau de plaques et une zone de sortie B est ménagée sur chacune desdits faces laté- rales à l'opposée des zones d'entrée. Cette disposition représentée à la Fig. 7 permet d'obtenir une circulation à contre-courant des deux fluides dans le faisceau de plaques. Selon une variante représentée à la Fig. 8, une plaque de recou- vrement 21 est placée de façon à ménager une zone d'entrée A d'un fluide sur une face latérale du faisceau de plaques et l'autre plaque de recouvrement 21 est placée de façon à ménager une zone de sortie B dudit fluide, à l'opposée de la- dite zone d'entrée A. Avec ces différentes dispositions des plaques de recouvrement 21, il est également possible d'obtenir une circulation cocourante des fluides, en ménageant les zones d'entrée des fluides au niveau de la même extrémité du faisceau de plaques. Les zones d'entrée et de sortie des fluides peuvent également être coiffées d'un collecteur. Le soudage avec ou sans métal d'apport et par fusion des se- conds rebords 11 et 13 permet alors d'obtenir une surface interne exempte d'in- terstices et exempte de sites privilégiés de corrosion. Le procédé d'assemblage selon l'invention présente également comme avantage, grâce à la réalisation d'un double pli, de faciliter les opérations io d'accostage des plaques 1 les unes sur les autres et d'adopter des tolérances de fabrication plus larges qu'avec les procédés d'assemblage utilisés jusqu'à pré- sent. De plus, le procédé d'assemblage selon l'invention permet d'ob- tenir une meilleure étanchéité des circuits de circulation des fluides ainsi qu'une liaison mécanique parfaitement résistante, pouvant accepter des pressions diffé- rentielles relativement élevées ce qui élargit le domaine d'utilisation d 'un tel fais- ceau de plaques. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage des plaques d'un faisceau de plaques pour un échangeur thermique formé par un empilement de plaques (1) délimitant entre elles au moins deux circuits de circulation de deux fluides indépendants et comportant chacune une partie centrale (4) d'échange thermique et des bords (2; 3) à surface lisse, caractérisé en ce que: - on effectue une découpe (la) sur les coins de chaque plaque (1), - on réalise sur le bord (2; 3) à relier de chaque plaque (1) avec lo la plaque (1) adjacente un pli (6; 8) pour former un premier rebord (7; 9), - on réalise sur ce premier rebord (7; 9), un pli (10; 12) pour former un second rebord (11; 13) s'étendant parallèlement à la partie centrale (4) de la plaque (1) correspondante et dirigé vers l'extérieur de ladite plaque (1), - on superpose et on maintient les plaques (1) en appliquant le second rebord (11; 13) de chaque plaque (1) sur le second rebord (11; 13) de la plaque (1) adjacente, et - on réalise un cordon de soudure (15) continu et étanche par fusion des seconds rebords (11; 13) superposés des plaques (1) adjacentes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le se- cond rebord (11; 13) forme avec le premier rebord (7; 9) un angle égal ou diffé- rent à l'angle formé entre le premier rebord (7; 9) et la partie centrale (4) de la plaque correspondante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que cha- que angle est compris entre 75 et 105 . 4. Faisceau de plaques pour un échangeur thermique, caractéri- sé en ce qu'il comporte des plaques (1) superposées et assemblées par le pro- cédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Faisceau de plaques selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque plaque (1) a la forme d'un quadrilatère comportant une partie centrale (4) d'échange thermique et quatre bords (2; 3) à surface lisse munis chacun d'un rebord replié, les quatres rebords repliés étant dirigés alternative- ment vers le haut et vers le bas.