Brevet FR2965200A1 — publié le 20120330

Procédé de fabrication d'un échangeur à plaques La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur à plaques. Un échangeur de chaleur à plaques comporte de manière classique une pluralité de plaques disposées parallèlement les unes par rapport aux autres, et comportant, entre les plaques de chaque paire de plaques adjacentes, au moins un canal de circulation de fluides. Un tel échangeur de chaleur est par exemple destiné à être utilisé dans un circuit de refroidissement d'une centrale nucléaire. On connaît déjà dans l'état de la technique un procédé de fabrication d'un échangeur à plaques, du type comportant une étape de réalisation d'au moins un canal entre deux plaques adjacentes de l'échangeur. Le canal est généralement réalisé par usinage d'au moins une des deux plaques adjacentes. Une telle étape de réalisation du canal est difficile à mettre en ceuvre, notamment dans le cas où les plaques sont relativement minces. En effet, une plaque mince risque d'être déformée ou détériorée lorsqu'on lui applique un usinage pour la réalisation du canal. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un procédé de fabrication d'un échangeur à plaques, simple et économique à mettre en ceuvre, et qui n'induit pas de risque de déformation ou de détérioration des plaques. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur à plaques, du type comportant une étape de réalisation d'au moins un canal entre deux plaques adjacentes de l'échangeur, dites plaques inférieure et supérieure (14), caractérisé en ce que le canal est réalisé par dépôt de matériau sur la plaque inférieure, de sorte que ce canal soit délimité par le matériau déposé et les plaques. La réalisation d'un canal par dépôt de matériau sur une plaque n'impose pas d'usinage appliqué à cette plaque, et ne risque donc pas d'entraîner une déformation ou une détérioration de cette plaque. Un procédé de fabrication selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. - Le dépôt de matériau est réalisé par fusion de matériau par laser, et par application du matériau fondu sur la plaque inférieure, par exemple sous forme de cordons de matériau, de façon à former les parois du canal. - Le procédé de fabrication comporte une étape de soudage de la plaque supérieure avec le matériau déposé. - L'étape de soudage est une étape de soudage laser par transparence. - Le procédé de fabrication comporte une étape d'arasage du matériau déposé, préalable à l'étape de soudage, de sorte que le matériau déposé présente un sommet sensiblement plan destiné à coopérer avec la plaque supérieure. - Le procédé est utilisé pour la fabrication d'un échangeur à plaques comportant une pluralité de plaques intermédiaires, agencées parallèlement les unes au dessus des autres entre une première plaque et une dernière plaque, dans lequel chaque plaque intermédiaire forme à la fois une plaque inférieure et une plaque supérieure relativement aux plaques adjacentes, la première plaque forme une plaque inférieure relativement à la plaque intermédiaire adjacente, et la dernière plaque forme une plaque supérieure relativement à la plaque intermédiaire adjacente. - L'épaisseur de la première plaque est supérieure à l'épaisseur de chaque plaque intermédiaire. - Le matériau déposé sur chaque plaque inférieure s'étend notamment sur deux bords latéraux de cette plaque inférieure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées dans lesquelles les Figures 1 à 4 représentent schématiquement et partiellement un échangeur à plaques au cours de quatre étapes successives du procédé de fabrication selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. On a représenté partiellement sur les figures un échangeur à plaques 10, au cours d'un procédé de fabrication selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Un tel échangeur à plaques 10 comporte une pluralité de plaques agencées parallèlement les unes par rapport aux autres, dont on a représenté une première plaque 12 en tôle, formant un support de l'échangeur 10, et une plaque intermédiaire 14 adjacente à la première plaque 12. De préférence, afin d'assurer la robustesse de l'échangeur 10, la première plaque 12 présente une épaisseur supérieure à celle de chaque plaque intermédiaire 14. L'épaisseur de chaque plaque intermédiaire 14 est par exemple d'environ 2mm. Dans ce qui suit, la première plaque 12 sera désignée comme une plaque inférieure relativement à la plaque intermédiaire 14, et la plaque intermédiaire 14 sera désignée comme une plaque supérieure relativement à la première plaque 12. Par ailleurs, la plaque intermédiaire 14 sera également désignée comme une plaque inférieure relativement à une autre plaque adjacente (non représentée) disposée parallèlement au-dessus de cette plaque intermédiaire 14. Des canaux 16 sont ménagés entre les plaques de chaque paire de plaques adjacentes de l'échangeur 10, notamment entre la première plaque 12 et la plaque intermédiaire 14. Chaque canal 16 est délimité par ces plaques adjacentes et par des cordons de matériau 18, formant entretoise entre les deux plaques. Les plaques et le matériau 18 sont réalisés dans des matériaux conducteurs thermiques, par exemple des matériaux métalliques, tels que l'acier, l'inox, le titane, ou tout autre matériau que l'homme du métier jugera adapté. Le procédé de fabrication d'un tel échangeur à plaques 10 sera décrit ci-dessous. On a représenté sur la Figure 1 une étape de réalisation des canaux 16. Ces canaux 16 sont réalisés par dépôt de matériau 18 sur la plaque inférieure 12 de sorte que chaque cordon de matériau 18 forme une paroi latérale d'au moins un canal 16. Les cordons de matériau 18 sont déposés sur la plaque inférieure 12 de manière à former tout profilé désiré. Par exemple, ces cordons de matériau 18 pourraient définir un unique canal 16 s'étendant en boustrophédon sur la plaque inférieure 12. Les cordons de matériau 18 peuvent être déposés sur la plaque inférieure 12 par tout moyen envisageable. Par exemple, le dépôt de matériau 18 peut être réalisé par fusion par laser de matériau, notamment en poudre ou sous forme de fils, et par application du matériau ainsi fondu sur la plaque inférieure 12, sous forme de cordon de matériau 18, de façon à former les parois latérales du canal 16. A cet effet, on peut prévoir une buse coaxiale d'application de matériau, telle que celle définie dans EP 0 574 580. Une telle buse coaxiale comporte une buse d'apport de matériau en poudre entourant coaxialement un conduit de passage d'un faisceau laser, de sorte que la matériau apporté en sortie de la buse d'apport de matériau est fondu par le laser de façon à être appliqué directement sous forme fondue sur la plaque et former ainsi, de manière précise, un cordon de matériau 18. De préférence, le matériau est apporté dans la buse sous forme de poudre métallique, par exemple de poudre d'acier, d'inox, de titane, ou de tout autre matériau approprié. Une telle buse permet de réaliser un dépôt de matériau 18 très précis, selon tout profilé désiré, en formant par exemple des cordons de matériau continus, discontinus, rectilignes ou curvilignes. En particulier, les dimensions des cordons de matériau 18 sont faciles à maîtriser. De préférence, on réalise des cordons de matériau de largeur inférieure à 2mm. Par exemple, les cordons de matériau 18 sont rectilignes, et agencés parallèlement les uns par rapport aux autres, deux cordons adjacents délimitant latéralement un canal 16. Comme cela est représenté sur la Figure 1, il est possible de déposer le matériau en plusieurs couches (3 couches étant représentées à titre d'exemple sur la Figure 1) afin d'augmenter la hauteur des canaux 16. On a représenté sur la Figure 2 une étape optionnelle d'arasage du matériau déposé 18, au cours de laquelle on aplanit un sommet 20 de chaque cordon de matériau 18. En effet, la plaque supérieure 14 étant plane, il est préférable que les sommets 20 soient aplanis afin de coopérer de manière optimale avec cette plaque supérieure 14, en particulier de façon à assurer un contact entre des sommets 20 et la plaque supérieure 14 sur toute la longueur et sur toute la largeur des cordons de matériau 18. On a représenté sur la Figure 3 une étape de soudage de la plaque supérieure 14 avec le matériau déposé 18. De préférence, cette étape de soudage est réalisée par soudage laser par transparence. On rappelle qu'un soudage laser par transparence consiste à appliquer un faisceau laser 22 sur la plaque supérieure 14, au niveau du matériau déposé 18. La puissance du laser 22 est choisie pour que ce laser 22 traverse la plaque supérieure 14 et pénètre partiellement le matériau déposé 18. La laser génère alors, sur les zones de jonction entre la plaque supérieure 14 et le matériau déposé 18 pénétrée par ce laser, une chaleur suffisante pour que ces zones de jonction atteignent une température de fusion. On assure ainsi le soudage de la plaque supérieure 14 avec le matériau déposé 18. On notera qu'un soudage laser par transparence est particulièrement simple et efficace à mettre en ceuvre. En particulier, un tel soudage n'entraîne pas de déformation ni de détérioration de la plaque supérieure 14 ou du matériau déposé 18, et forme une soudure particulièrement résistante. Ce soudage laser par transparence est réalisé sur toute la longueur des cordons de matériau 18, afin de réaliser un assemblage optimal de la plaque supérieure 14 avec le matériau 18 déposé. On notera, comme cela est représenté sur la Figure 3, que les cordons de matériau déposé 18 forment alors des entretoises entre la plaque inférieure 12 et la plaque supérieure 14. De préférence, le matériau 18 déposé sur la plaque inférieure 12 s'étend notamment sur au moins deux bords latéraux de cette plaque inférieure 12, la plaque supérieure 14 étant alors soudée à ses bords latéraux sur ces cordon latéraux. L'assemblage des plaques à leurs bords latéraux permet d'améliorer la robustesse de l'échangeur 10. De préférence, les cordons de matériau latéraux s'étendent chacun sur une largeur supérieure à la largeur des cordons intérieurs délimitant les canaux 16. On a représenté sur la Figure 4 une nouvelle étape de dépôt de cordon de matériau 18' sur la plaque intermédiaire 14, qui forme une plaque dite inférieure dans cette nouvelle étape. Les cordons de matériau 18' sont réalisés parallèlement aux cordons de matériau 18 précédemment réalisés. Toutefois, de manière optionnelle, les cordons de matériau 18' pourraient être agencés perpendiculairement aux cordons de matériau 18. Cette étape est identique à celle décrite en référence à la Figure 1, et sera suivie par des étapes similaires à celles décrites en référence aux Figures 2 et 3. Ces étapes sont reproduites autant de fois que nécessaire jusqu'à obtenir un échangeur comportant un nombre de plaques désiré. Au terme de cette répétition d'étapes, l'échangeur 10 comporte une pluralité de plaques intermédiaires, agencées parallèlement les unes au dessus des autres entre la première plaque 12 et une dernière plaque (non représentée). Chaque plaque intermédiaire forme alors à la fois une plaque inférieure et une plaque supérieure relativement aux plaques adjacentes, la dernière plaque formant une plaque supérieure relativement à la plaque intermédiaire adjacente. De préférence, la dernière plaque présente une épaisseur sensiblement égale à celle de la première plaque, supérieure à l'épaisseur de chaque plaque intermédiaire. De manière optionnelle, le procédé selon l'invention comporte, entre chaque étape de soudage et chaque étape de dépôt de matériau, une étape de contrôle, permettant de vérifier la bonne réalisation des étapes précédentes, en particulier vérifier la régularité et la géométrie des canaux 16. Cette étape de contrôle peut être réalisée visuellement, ou par une méthode classique de contrôle par courants de Foucault. On notera que le procédé selon l'invention peut être entièrement automatisé. En particulier, il est possible de programmer le passage de la buse sur les plaques inférieures de façon à former les parois de matériau déposé. Cette buse est alors pilotée par un logiciel, par exemple de type logiciel de FAO (acronyme pour Fabrication Assistée par Ordinateur). Un tel pilotage par logiciel est particulièrement précis, et permet de garantir les dimensions des parois de matériau déposé au centième de millimètre près. Il est également possible d'automatiser la pose d'une plaque supérieure sur ces parois de matériau déposé, et de programmer le passage du laser pour le soudage par transparence, en pilotant le laser par un logiciel, par exemple de type logiciel de FAO. En plus de son efficacité, le procédé selon l'invention est particulièrement peu coûteux et rapide à mettre en ceuvre. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un échangeur à plaques (10), du type comportant une étape de réalisation d'au moins un canal (16) entre deux plaques adjacentes (12, 14) de l'échangeur, dites plaques inférieure (12) et supérieure (14), caractérisé en ce que le canal est réalisé par dépôt de matériau (18) sur la plaque inférieure (12), de sorte que ce canal (16) soit délimité par le matériau déposé (18) et les plaques (12, 14). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le dépôt de matériau (18) est réalisé par fusion de matériau par laser, et par application du matériau fondu sur la plaque inférieure (12), par exemple sous forme de cordons de matériau (18), de façon à former les parois du canal (16). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, comportant une étape de soudage de la plaque supérieure (14) avec le matériau déposé (18). 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel l'étape de soudage est une étape de soudage laser par transparence. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 3 ou 4, comportant une étape d'arasage du matériau déposé (18), préalable à l'étape de soudage, de sorte que le matériau déposé (18) présente un sommet (20) sensiblement plan destiné à coopérer avec la plaque supérieure (14). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, de fabrication d'un échangeur à plaques (10) comportant une pluralité de plaques intermédiaires, agencées parallèlement les unes au dessus des autres entre une première plaque (12) et une dernière plaque, dans lequel : - chaque plaque intermédiaire (14) forme à la fois une plaque inférieure et une plaque supérieure relativement aux plaques adjacentes, - la première plaque (12) forme une plaque inférieure relativement à la plaque intermédiaire adjacente, et - la dernière plaque forme une plaque supérieure relativement à la plaque intermédiaire adjacente. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel l'épaisseur de la première plaque (12) est supérieure à l'épaisseur de chaque plaque intermédiaire (14). 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau (18) déposé sur chaque plaque inférieure s'étend notamment sur deux bords latéraux de cette plaque inférieure.