Brevet FR3031583A1 — publié le 20160715

Plaque pour échangeur de chaleur, procédé de fabrication d'une telle plaque et échangeur de chaleur comprenant une telle plaque La présente invention concerne une plaque pour un échangeur de chaleur. L'invention concerne également un échangeur de chaleur comprenant une telle plaque, ainsi qu'un procédé de fabrication de cette plaque. Dans le domaine des échangeurs de chaleur, il est connu d'équiper un échangeur de chaleur avec un jeu de plaques. Chaque plaque est pourvue de deux surfaces opposées. Les surfaces sont ondulées selon un schéma précis, par exemple un profil avec chevrons. De plus, chaque plaque a également un bord ondulé. Les plaques sont disposées l'une contre l'autre, de façon à ce que les surfaces ondulées de deux plaques adjacentes définissent ensemble des canaux pour la circulation turbulente d'un fluide caloporteur. Afin d'éviter des fuites du fluide, il est connu d'équiper le bord des plaques avec un joint. Lors de la réalisation d'un échangeur de chaleur à plaques avec joint, il est d'une importance fondamentale d'aligner les plaques entre elles. Pour ce faire, l'échangeur de chaleur à plaques est pourvu d'une barre de guidage inférieure et d'une barre de guidage supérieure. Toutefois, spécialement dans le cas des plaques étroites et très longues, les deux barres de guidage ne sont pas suffisantes pour assurer un alignement parfait entre les plaques. A ce sujet, il est connu, par exemple de WO-A-2010/064975, de réaliser, sur les quatre coins de chaque plaque, plusieurs encoches, de manière à ce que, lorsque les plaques sont disposées l'une contre l'autre, les encoches forment des moyens de blocage en correspondance des quatre coins des plaques. Un inconvénient de cette approche reste cependant que les encoches positionnées sur les coins des plaques n'empêchent pas des mouvements relatifs entre les plaques, tels que des glissements ou des déplacements transversaux, au niveau de leurs bords longitudinaux. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une nouvelle plaque pour un échangeur de chaleur, laquelle est configurée pour créer des encastrements dans un jeu de plaques qui empêchent définitivement les mouvements de glissement et de déplacement entre les plaques, notamment au niveau de leurs bords longitudinaux. Dans cet esprit, l'invention concerne une plaque d'échangeur à plaques, cette plaque comprenant deux surfaces principales pourvues de nervures destinées à définir des canaux de circulation d'un fluide caloporteur et des bords entourant les surfaces principales dont l'un au moins présente des ondulations définissant chacune un fond. 3031583 2 Conformément à l'invention, le fond d'au moins une première ondulation est pourvu d'un logement en creux, du côté d'une première surface principale et le fond d'au moins une deuxième ondulation est pourvu d'un organe en saillie du côté de la deuxième surface principale, l'organe de saillie étant adapté pour être bloqué, selon une direction 5 perpendiculaire au bord qui présente des ondulations et perpendiculaire à un axe central de la plaque, lui-même perpendiculaire à ses surfaces principale, dans un logement en creux d'une plaque identique. Grâce à l'invention, l'encastrement entre les plaques est localisé sur les bords longs des plaques, de manière à assurer un alignement optimal, quelle que soit la 10 longueur des plaques. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle plaque comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible : - L'organe en saillie est de forme complémentaire du logement en creux. 15 - Le logement en creux et l'organe en saillie sont respectivement réalisés sous la forme d'une empreinte et d'une nervure parallèles au bord sur lequel elles sont ménagées. - La première ondulation et la deuxième ondulation sont contigües le long du bord. 20 - Plusieurs couples de logement en creux et d'organes en saillie sont ménagés sur la longueur d'un bord de la plaque. - Les logements en creux et les organes en saillie sont ménagés avec symétrie centrale par rapport à l'axe central. - Les logements en creux et les organes en saillie ont une section en demi-cercle 25 ou en V ou qui résulte d'une combinaison entre un demi-cercle et un V, suivant un plan perpendiculaire aux surfaces principales de la plaque. - La plaque est globalement rectangulaire et les bords pourvus des logements en creux et des organes en saillie sont longitudinaux. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une plaque telle que 30 mentionnée ci-dessus, ce procédé comportant au moins les étapes suivantes : a) la réalisation de nervures sur les surfaces principales de la plaque, b) la réalisation des ondulations sur les bords de la plaque, et c) la réalisation des logements en creux et des organes en saillie sur au moins un bord de la plaque, 35 les étapes a) à c) étant réalisées en même temps. 3031583 3 L'invention concerne également un échangeur de chaleur à plaques et joint comprenant un premier et un deuxième plateau, le deuxième plateau étant mobile en translation par rapport au premier plateau à l'aide des tiges filetées. L'échangeur comprend également un jeu de plaques comportant au moins cinq plaques, deux barres 5 de guidage des plaques et des canalisations d'un fluide chaud et d'un fluide froid. Conformément à l'invention, les plaques sont telles que mentionnées ci-dessus. Selon un mode particulier de réalisation, l'échangeur est tel que les plaques sont tournées de 180° par rapport à l'axe central de laplaque et appuyées l'une sur l'autre, de manière à ce que les organes en saillie d'une plaque sont reçus dans les logements en 10 creux d'une autre plaque adjacente. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'une plaque et d'un échangeur de chaleur, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 15 - la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur équipé d'un jeu de plaques ; - la figure 2 est une vue en perspective et selon un autre angle de l'échangeur à la figure 1 en cours de montage, équipé de deux plaques conformes à l'invention ; - la figure 3 est une vue en élévation suivant la flèche III à la figure 2 ; 20 - la figure 4 est une vue en perspective de trois plaques de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 2, lorsqu'elles sont l'une en appui sur l'autre ; - la figure 5 est une vue à plus grande échelle de l'encadré V à la figure 4 ; - la figure 6 est une vue à plus grande échelle de l'encadré VI à la figure 5 ; et - la figure 7 est une coupe partielle suivant le plan VII à la figure 6. 25 L'échangeur de chaleur 1 représenté sur les figures 1 à 3, comprend un premier plateau 2, un deuxième plateau 3, huit tiges filetées 10, dont une seule est représentée à la figure 1, deux barres de guidage 12, quatre tuyaux de canalisation 14, une colonne de support 16 et un jeu 18 de plaques. Les plateaux 2 et 3 sont de forme globalement rectangulaire et parallèles entre 30 eux. On note X1 un axe central de l'échangeur de chaleur 1 et perpendiculaire aux plateaux 2 et 3. Le premier plateau 2 comporte deux bords longitudinaux parallèles 21 et deux bords transversaux parallèles 22. Sur chaque bord long 21, le plateau 2 comporte quatre alésages 24. Les alésages 24 sont débouchants sur les bords longitudinaux 21 et sont 35 disposés à une distance D l'un de l'autre, selon une direction parallèle aux bords 21. La 3031583 4 distance D varie en fonction du modèle d'échangeur de chaleur considéré. Chaque alésage 24 est configuré pour recevoir une tige filetée 10 correspondante. Le plateau 2 comporte également, sur chaque bord court 22, un alésage 26, configuré pour loger la barre de guidage 12 correspondante. Les barres de guidage 12 sont configurées pour 5 maintenir les plateaux 2 et 3 et le jeu de plaques 18 alignés lors de la fabrication de l'échangeur 1. Les alésages 26 ne sont pas débouchant sur les bords courts 22 et sont disposés à égale distance L entre les deux bords longs 21. La distance L varie en fonction du modèle d'échangeur de chaleur considéré. Le plateau 2 comporte, en outre, quatre alésages 28 disposés aux coins du 10 plateau, chacun configuré pour recevoir un tuyau de canalisation 14. Les tuyaux 14 sont destinés à l'écoulement d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau à haute température. De façon analogue au premier plateau 2, le deuxième plateau 3 comporte deux bords longs parallèles 31 et deux bords courts parallèles 32. Sur chaque bord long 31, le plateau 3 comporte quatre alésages 34. Les alésages 34 sont débouchants sur les bords 15 longs 31 et sont disposés à la distance D l'un de l'autre, selon une direction parallèle aux bords 31. Chaque alésage 34 est destiné à recevoir une tige filetée 10 correspondante. Le plateau 3 comporte également, sur chaque bord court 32, un alésage 36 configuré pour loger la barre de guidage 12 correspondante. Les alésages 36 ne sont pas débouchant sur les bords courts 32 et sont disposés à égale distance L entre les deux 20 bords longs 31. Le deuxième plateau 3 est mobile par rapport au premier plateau 2 en translation selon l'axe X1, à l'aide des huit tiges filetées 10. En pratique, les plateaux 2 et 3 sont disposés à une distance préfixée H, de façon à loger le jeu de plaques 18. La distance H est une valeur calculée, qui dépend du modèle d'échangeur de chaleur et du nombre de plaques. 25 La colonne de support 16 est solidaire des deux barres de guidage 12 et est configurée pour stabiliser les barres 12 et le jeu de plaques 18. Le jeu de plaques 18 comporte une pluralité des plaques 4 identiques. En particulier, le jeu de plaques 18 comporte un nombre de plaques 4 qui varie en fonction du modèle d'échangeur de chaleur considéré. 30 On note X4 un axe central du jeu 18 et de chaque plaque 4 qui est perpendiculaire aux surfaces principales 40 des plaques. En configuration assemblée, l'axe X4 des plaques 4 est superposé à l'axe X1 de l'échangeur 1. Les plaques 4 sont disposées dans le jeu 18 en configuration tête bêche, comme visible sur les figures 4 à 6. En d'autres termes, chaque plaque 4 est tournée de 180° autour de l'axe X4 par rapport à la ou aux 35 plaque(s) 4 adjacente(s). 3031583 5 Chaque plaque 4 du jeu de plaques 18 est de forme globalement rectangulaire. En d'autres termes, chaque plaque 4 comporte deux surfaces principales 40A et 40B, deux bords longitudinaux 41 et deux bords transversaux 42 entourant les surfaces 40. Les surfaces 40A des plaques 4 sont visibles aux figures 2 et 6, alors que les surfaces 40B y 5 sont masquées. Chaque plaque 4 comporte également quatre coins arrondis 43. Au voisinage de chaque coin arrondi 43, la plaque 4 est pourvue d'un alésage 44 configuré pour recevoir le tuyau de canalisation 14. Les alésages 44 présentent des ondulations. Sur chaque bord court 42, la plaque 4 comporte une encoche 45 destinée à recevoir en appui une des deux barres de guidage 12. 10 Les surfaces principales 40A et 40B de la plaque 4 sont pourvues des nervures 46. Les nervures 46 sont ménagées en fonction d'un profil particulier, par exemple un profil à chevrons, et sont destinées à définir des canaux de circulation du fluide caloporteur. De façon connue en soi, les canaux déterminent une circulation turbulente de tel fluide. 15 Les bords longitudinaux 41 et les bords transversaux 42, présentent, sur toute leur longueur et à exception des logements 45, des ondulations 47 définissant chacune un fond 48 plan. Comme visible aux figures 5 à 7, le fond 48 de certaines ondulations 47 est pourvu d'une empreinte 50 qui forme un logement en creux vu du côté de la surface 40A. On 20 note 47A une ondulation dont le fond 48 est pourvu d'un logement 50. Le fond 48 d'une ondulation 47B contigüe à une ondulation 47A est pourvu d'une nervure 52 qui forme un organe en saillie vu du côté de la surface 40B. On note D1 une direction perpendiculaire au bord 41 qui présente des ondulations 47 et perpendiculaire à l'axe central X4. Chaque nervure ou organe en saillie 52 est 25 adapté pour être bloqué, selon la direction D1, dans une empreinte ou logement en creux 50 d'une plaque 4 identique. L'empreinte ou logement en creux 50 d'une ondulation 47A, et l'organe en saillie 52 d'une ondulation 47B contigüe, forment un couple 54 de reliefs complémentaires. La plaque 4 présente le long de ses bords longitudinaux 41 huit couples 54, c'est-à-dire 30 quatre couples 54 sur chaque bord 41. En pratique, les reliefs 50 et 52, qui sont complémentaires car la forme extérieure de la nervure 52 est ajustée à la forme intérieure de l'empreinte 50, sont réalisés par estampage localisé des bords 41, avec une direction longitudinale parallèle au bord 41 sur lequel ils sont ménagés. 3031583 6 Les couples 54 de reliefs 50 et 52 sont ménagés sur les bords longitudinaux 41 avec symétrie centrale par rapport à l'axe X4. Suivant un plan perpendiculaire aux surfaces principales 40A et 40B de la plaque 4, les logements en creux 50 et les organes en saillie 52 ont une section en demi-cercle, 5 comme visible à la figure 7. En variante, suivant le plan perpendiculaire aux surfaces principales 40A et 40B de la plaque 4, les logements en creux 50 et les organes en saillie 52 ont une section en V. Selon une autre variante, la section transversale des logements en creux 50 et 10 organes en saillie 52 a une autre forme qui permet également un blocage selon la direction D1. Par exemple, les logements 50 et les organes 52 ont une section qui résulte d'une combinaison entre un demi-cercle et un V. Lorsque les plaques 4 sont disposées en configuration tête bêche pour former le jeu 18, les bords 41 et 42 définissent des figures 56 polygonales, en forme d'hexagone, 15 décalées en quinconce le long des bords 41 et 42. Ce décalage est dû à la configuration tête bêche avec laquelle les plaques 4 sont disposées. Dans cette configuration, les organes en saillie 52 de chaque plaque sont reçus dans les logements en creux 50 correspondants de la plaque 4 adjacente. En particulier, en prenant en considération trois plaques 4 adjacentes du jeu 18 telles que représentées 20 aux figures 4 à 7, dont une plaque dite centrale et des plaques adjacentes dites deuxième plaque et troisième plaque respectivement représentées au-dessus et au-dessous de la plaque centrale sur ces figures, le logement en creux 50 de la plaque centrale 4 accueille un organe en saillie 52 de la deuxième plaque 4, lorsque l'organe en saillie 52 de la plaque centrale 4 est agencé dans un logement en creux 50 de la troisième plaque 4. 25 En d'autres termes, le couple de reliefs 54 de la plaque centrale définit un encastrement avec les couples de reliefs 54 correspondants des deuxième et troisième plaques 4. Au total, entre deux plaques 4 adjacentes sont présents huit encastrements. Des encastrements permettent aux plaques 4 du jeu 18 de rester alignées lors de l'assemblage. En effet, dans la mesure où les organes en saillie 52 sont bloqués dans les 30 logements en creux 50 selon une direction perpendiculaire aux bords 41 et à l'axe X4, donc perpendiculaire aux bords 42, un déplacement relatif entre deux ou plusieurs plaques 4 selon cette direction est empêché. En configuration assemblé du jeu 18 des plaques 4, grâce au positionnement tête bêche des plaques 4, les nervures 46 de deux surfaces 40 de deux plaques 4 adjacentes 35 définissent les canaux de circulation du fluide caloporteur. 3031583 7 Selon une variante non représentée aux figures, les bords transversaux 42 des plaques 4 sont également pourvus des couples 54 de reliefs 50 et 52. Un procédé de fabrication d'une plaque 4 selon l'invention va être à présent décrit. Le procédé de fabrication de la plaque 4 comporte une étape a) de réalisation des 5 nervures 46 sur les surfaces principales 40 de la plaque 4. Le procédé comporte également une étape b) de réalisation des ondulations 47 sur les bords 41 et 42 de la plaque 4, et enfin une étape c) de réalisation des logements en creux 50 et des organes en saillie 52 sur les bords 41 et 42 de la plaque 4, au niveau des ondulations 47A et 47B. Les étapes a) à c) sont réalisées en même temps. 10 Une fois les étapes a) à c) réalisées sur toutes les plaques, celles-ci sont montées tête bêche pour former le jeu de plaques 18, en insérant chaque organe en saillie 52 dans un logement 50. Puis, les canalisations 14 sont mises en place. Ensuite, le jeu de plaques 18 est comprimé entre les plateaux 2 et 3, grâce aux vis 10. 15 REVENDICATIONS1.- Plaque (4) d'échangeur (1) à plaques, cette plaque comprenant : - deux surfaces (40A, 40B) principales pourvues de nervures (46) destinées à définir des canaux de circulation d'un fluide caloporteur, et - des bords (41, 42) entourant les surfaces principales dont l'un au moins présente des ondulations (47) définissant chacune un fond (48), la plaque étant caractérisée en ce que le fond (48) d'au moins une première ondulation (47A) est pourvu d'un logement (50) en creux, du côté d'une première surface principale (40A) et le fond d'au moins une deuxième ondulation (47B) est pourvu d'un organe (52) en saillie du côté de la deuxième surface principale (40B), l'organe de saillie étant adapté pour être bloqué, selon une direction (D1) perpendiculaire au bord (41) qui présente des ondulations et perpendiculaire à un axe central (X4) de la plaque, lui-même perpendiculaire à ses surfaces principales (40A, 40B), dans un logement en creux (50) d'une plaque identique. 2.- Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe en saillie (52) est de forme complémentaire du logement en creux (50). 3.- Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le logement en creux et l'organe en saillie sont respectivement réalisés sous la forme d'une empreinte (50) et d'une nervure (52) parallèles au bord (41) sur lequel elles sont ménagées. 4.- Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première ondulation (47A) et la deuxième ondulation (47B) sont contigües le long du bord (41). 5.- Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que plusieurs couples (54) de logement en creux (50) et d'organes en saillie (52) sont ménagés sur la longueur d'un bord (41) de la plaque (4). 6.- Plaque selon la revendication 5, caractérisée en ce que les logements en creux (50) et les organes en saillie (52) sont ménagés avec symétrie centrale par rapport à l'axe central (X4). 3031583 9 7.- Plaque selon la revendication 6, caractérisée en ce que les logements en creux (50) et les organes en saillie (52) ont une section en demi-cercle ou en V ou qui résulte d'une combinaison entre un demi-cercle et un V, suivant un plan perpendiculaire aux 5 surfaces principales (40) de la plaque (4). 8.- Plaque selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est globalement rectangulaire et en ce que les bords (41) pourvus des logements en creux (50) et des organes en saillie (52) sont longitudinaux. 10 9.- Procédé de fabrication d'une plaque selon les revendications 1 à 8, ce procédé comportant au moins les étapes suivantes : a) la réalisation de nervures (46) sur les surfaces principales (40) de la plaque (4), b) la réalisation des ondulations (47) sur les bords (41, 42) de la plaque, et 15 c) la réalisation des logements en creux (50) et des organes en saillie (52) sur au moins un bord (41) de la plaque les étapes a) à c) étant réalisées en même temps. 10.- Echangeur de chaleur (1) à plaques et joint comprenant : 20 un premier et un deuxième plateau (2, 3), le deuxième plateau étant mobile en translation par rapport au premier plateau à l'aide des tiges filetées (10), un jeu (18) de plaques comportant au moins cinq plaques (4), deux barres (12) de guidage des plaques, et des canalisations (14) d'un fluide chaud et d'un fluide froid, 25 caractérisé en ce que les plaques sont selon l'une des revendications 1 à 8. 11.- Echangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les plaques (4) sont tournées de 180° par rapport à l'axe central (X4) de la plaque et appuyées l'une sur l'autre, de manière à ce que les organes en saillie (52) d'une plaque sont reçus dans les 30 logements en creux (50) d'une autre plaque adjacente.