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EP2021720B1 - Echangeur de chaleur a plaques d'echange soudees - Google Patents

Echangeur de chaleur a plaques d'echange soudees Download PDF

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Publication number
EP2021720B1
EP2021720B1 EP07731433A EP07731433A EP2021720B1 EP 2021720 B1 EP2021720 B1 EP 2021720B1 EP 07731433 A EP07731433 A EP 07731433A EP 07731433 A EP07731433 A EP 07731433A EP 2021720 B1 EP2021720 B1 EP 2021720B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
plates
heat
weld
welded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP07731433A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2021720A1 (fr
Inventor
Jean-Noël FERNANDEZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique SAS
Original Assignee
Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique SAS filed Critical Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique SAS
Priority to PL07731433T priority Critical patent/PL2021720T3/pl
Publication of EP2021720A1 publication Critical patent/EP2021720A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2021720B1 publication Critical patent/EP2021720B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger with welded exchange plates, for carrying out a heat exchange between a first fluid and a second fluid.
  • the European patent N ° EP 0639258 B1 offers a solution that eliminates the differential expansion constraints, between the exchange block consisting of all the stacked plates, on the one hand, and the frame on the other hand, this thanks to "angle gutters" which are integral with the aforementioned connecting walls, and which partially surround the amounts of the frame, with the possibility of relative sliding.
  • the heat exchanger according to European Patent No. EP 0639258 B1 has advantageous characteristics, in terms of temperature behavior, with respect to prior art constructions also known of welded plate heat exchangers, such as those described in the European patent applications EP 0165179 A and EP 0186592 A .
  • the exchange plates tend to expand along their length, in a direction perpendicular to the connecting walls at their ends.
  • the corresponding expansion stress is calculated by the F / S ratio, where F is the expansion force and S is the section of the weld supporting this stress.
  • the present invention therefore aims to provide improvements to the heat exchanger plate welded, as described in European Patent No. EP 0639258 B1 , in order to improve its temperature behavior, and in particular to avoid the risk of rupture under the effect of expansion stresses.
  • the subject of the invention is essentially a heat exchanger with welded exchange plates, of the kind previously considered, that is to say comprising metal plates that have been previously stamped, assembled two by two by welding on two sides. opposed to form stacked modular elements defining two independent circuits respectively for a first fluid and a second fluid, the ends of the plates being welded by docking on the edge of lights arranged in opposite connecting walls, perpendicular to said plates, to form a exchange block generally parallelepipedic, which is assembled to four posts or corner uprights belonging to the frame of the heat exchanger, this exchanger being characterized in that, on their sides to assemble, the two stamped metal plates constituting each modular element are on each side applied flat one cont re the other on a predefined width, are joined to one another by a first weld made in this width and ensuring the mechanical strength of the assembly, and are also joined to each other along their outer edges, by a second weld ensuring sealing.
  • the invention replaces the usual "edge-to-edge” assembly of the two stamped plates by a particular configuration, consisting of “jogging" of one or both plates, so that the two plates are juxtaposed on a predefined width, preferably at least equal to fifteen millimeters, allowing the realization of a double weld.
  • the first weld which is a spot weld or a laser weld or a weld at the wheel, ensures the mechanical strength of the assembly, that is to say its resistance to pressure.
  • the second weld which is advantageously a "TIG” or “plasma” type of welding, simply ensures the seal. The total weld section is thus greatly increased, making the assembly of the plates much more resistant.
  • each post or corner post of the welded plate heat exchanger frame has a chamfered inner edge, the adjacent connecting wall connecting to the post or corner post in the region of this chamfered edge.
  • the exchange plates tend to expand, they can carry with them the connecting walls which then comprise a possibility of additional deformation, bending in the space released by the chamfered edges of posts or corner posts.
  • the expansion stress is absorbed largely by the bending, now made possible, of the connecting wall.
  • each connecting wall comprises, in its two lateral zones, bellows conformations for its connection to the post or corner post, in the region of the chamfered edge.
  • the bellows conformations which may each consist simply of two inverted folds together forming a kind of sinusoidal wave, facilitate, if necessary, an expansion along an axis perpendicular to the direction of the longitudinal expansion of the exchange plates.
  • the chamfered edges of the columns or uprights provide a free space used here not only for the bending of the connecting walls, but also for the housing and the deformation of the bellows conformations.
  • a heat exchanger with welded exchange plates comprises a series of modular elements 2 of generally square or rectangular shape, which are stacked and all assembled between two opposite connecting walls 3, of rectangular shape, perpendicular to the modular elements 2 .
  • These modular elements 2 have a very elongated section, and their ends are welded, by docking, on the edges of parallel lights 4 arranged in the connecting walls 3.
  • connecting walls 3 are themselves assembled, along their longitudinal edges (here vertical), posts or corner posts 5, four in number.
  • the lower and upper ends of the posts or corner posts 5 are assembled, respectively, to a lower base and an upper base, not shown on the figure 1 , to constitute a complete frame, of parallelepipedic general shape.
  • each modular element 2 results from the assembly, on two opposite sides, of two metal plates 6 and 7 previously stamped, for at least one of them.
  • the figure 2 illustrates the current mode of assembly of the two plates 6 and 7, on one side (the other side being made symmetrically).
  • the two plates 6 and 7 are each folded at 45 °, one in the direction of the other, and a single longitudinal weld 8, type "TIG", joins these two plates 6 and 7 along their edges, brought against each other.
  • the welded connection of the end thereof to the connecting wall is, in the illustrated example (for plates with a thickness of 1.5 mm ), on a section of 2 x 2.8 mm x 1.5 mm, or 8.4 mm 2 , and this welded assembly has a peak stress concentration at the longitudinal weld 8.
  • the figure 3 illustrates the solution proposed here by the present invention.
  • One of the plates 6 remains here plane in the region of the side of the modular element 2, while the other plate 7 is made with a "soyage" that is to say it has a first fold 9 , for example at 45 °, followed by a second fold 10 for example at 45 ° but in the opposite direction of the preceding one, leading to the formation of a lateral strip 11 of width L, parallel to the main plane of the plate 7 considered .
  • the plate 7 is applied flat against the lateral region of the plate 6.
  • the two plates 6 and 7 are then joined to one another, in the width L, by a first welding 12 which may be a spot weld or a laser weld or a weld at the wheel, ensuring the mechanical strength of the assembly.
  • the two plates 6 and 7 are also joined to each other, along their outer edges, by a second weld 13 which is in particular a type of "TIG” welding, by which ensures simply sealing.
  • the two plates 6 and 7 are thus juxtaposed in the lateral region of the modular element 2, over a width L equal to at least fifteen millimeters.
  • the figure 4 represents, in horizontal section, one of the corner zones of a heat exchanger, showing a modular element portion 2 assembled to a connecting wall 3, and a post or corner post 5 belonging to the frame of the exchanger. More particularly, this figure 4 illustrates the current mode of connection between the connecting wall 3 and the post or corner post 5, the latter having a usual square section.
  • the connection has a rigidity at the two points P1 and P2, rigidity which opposes the free longitudinal expansion of the exchange plates, according to the arrow F.
  • the figure 5 illustrates the solution proposed here by the present invention. This consists in chamfering the inner edge of the post or corner post 5. More particularly, a 45 ° cut is made of the two adjacent faces 14 and 15 of the post or post 5, with a width of at least ten millimeters, so as to form a chamfer 16 which itself gives off a free space 17 of triangular section.
  • the connecting wall 3 is connected to the post or corner post 5, in each zone lateral, by a bellows conformation, resulting from two inverted folds 18 and 19, giving locally to this wall 3 (seen in horizontal section) a sinusoidal wave pattern.
  • This bellows conformation introduces a zone of additional flexibility, facilitating, if necessary, expansion of the exchange block along an axis perpendicular to the direction of the arrow F.
  • each connecting wall 3 has, at its base, a portion 21 devoid of lights 4 and folded horizontally above the lower base 20, on which it is fixed. On the portion 21 is formed a longitudinal fold 22 which absorbs the expansion at this location.
  • a longitudinal fold 22 which absorbs the expansion at this location.
  • the heat exchanger can be made with stamped plates provided with an array of bosses or bowls, or with stamped plates having parallel ribs or grooves, or with smooth plates provided with studs reported, according to all configurations known per se.
  • These exchange plates may consist of simple sheets, for example stainless steel.
  • it may also be so-called “sandwich” sheets, made on one side by a stainless steel support layer, of sufficient thickness to ensure the term pressure, and on the other side by a metal layer or noble alloy, thin, especially based on nickel, tantalum or zirconium.
  • the provisions of the present invention are particularly suitable for assembling such "sandwich" sheets together.
  • Heat exchangers with welded exchange plates made in accordance with the invention can find industrial applications in various fields: chemical and pharmaceutical industry, food industry, heating installations, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées, pour la réalisation d'un échange de chaleur entre un premier fluide et un second fluide.
  • On connaît déjà, notamment par le brevet européen N° EP 0639258 B1 du même inventeur, un échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées, de structure compacte, désigné par la dénomination commerciale « HEATEX » (marque enregistrée), comprenant des plaques métalliques préalablement embouties, assemblées deux à deux par soudure sur deux côtés opposés, et formant ainsi des éléments modulaires empilés définissant deux circuits indépendants respectivement pour un premier fluide et pour un second fluide. L'ensemble des plaques, ainsi réunies, forme un bloc d'échange de section horizontale rectangulaire, donc globalement parallélépipédique, qui est assemblé à quatre poteaux ou montants d'angle appartenant au bâti de l'échangeur de chaleur. Les extrémités ouvertes des éléments modulaires empilés sont soudées par accostage sur le bord de lumières aménagées dans les parois de liaison verticales opposées du bloc d'échange. L'échangeur thermique est fermé par quatre portes latérales vissées sur les montants du bâti, et facilement démontables pour la maintenance.
  • En particulier, le brevet européen N° EP 0639258 B1 offre une solution qui supprime les contraintes de dilatation différentielle, entre le bloc d'échange constitué par l'ensemble des plaques empilées, d'une part, et le bâti d'autre part, ceci grâce à des « gouttières d'angle » qui sont solidaires des parois de liaison précitées, et qui entourent partiellement les montants du bâti, avec possibilité de coulissement relatif.
  • Grâce à ces dispositions, l'échangeur de chaleur selon le brevet européen N° EP 0639258 B1 possède des caractéristiques avantageuses, en termes de comportement en température, par rapport à des réalisations antérieures également connues d'échangeurs à plaques soudées, telles que celles décrites dans les demandes de brevets européens EP 0165179 A et EP 0186592 A .
  • Cependant, l'échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon le brevet européen N° EP 0639258 B1 pose encore certains problèmes, et reste donc perfectible, pour des utilisations sous des contraintes thermomécaniques importantes.
  • En particulier, lors de la mise en température du bloc d'échange, compte tenu du gradient de température existant en service, les plaques d'échange tendent à se dilater sur leur longueur, selon une direction perpendiculaire aux parois de liaison situées à leurs extrémités. La contrainte de dilatation correspondante se calcule par le rapport F/S, F étant la force de dilatation et S la section de la soudure supportant cette contrainte.
  • Lorsque la dilatation est importante, la contrainte l'est aussi et il peut en résulter une rupture des soudures liant les deux plaques associées en un élément modulaire, rupture qui se produit notamment au droit de la zone d'accostage entre les plaques d'échange et la paroi de liaison adjacente.
  • Il convient donc de réduire à cet endroit le niveau des contraintes, pour l'amener à une valeur inférieure au seuil de rupture, ceci par une diminution de la force de dilatation et / ou par une augmentation de la section de soudure.
  • La présente invention a donc pour but d'apporter des perfectionnements à l'échangeur de chaleur à plaques soudées, tel que décrit dans le brevet européen N° EP 0639258 B1 , en vue d'améliorer son comportement en température, et notamment d'éviter le risque de rupture sous l'effet des contraintes de dilatation.
  • A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées, du genre précédemment considéré, c'est-à-dire comprenant des plaques métalliques préalablement embouties, assemblées deux à deux par soudure sur deux côtés opposés pour former des éléments modulaires empilés définissant deux circuits indépendants respectivement pour un premier fluide et pour un second fluide, les extrémités des plaques étant soudées par accostage sur le bord de lumières aménagées dans des parois de liaison opposées, perpendiculaires auxdites plaques, pour former un bloc d'échange globalement parallélépipédique, qui est assemblé à quatre poteaux ou montants d'angle appartenant au bâti de l'échangeur de chaleur, cet échangeur étant caractérisé par le fait que, sur leurs côtés à assembler, les deux plaques métalliques embouties constitutives de chaque élément modulaire sont de chaque côté appliquées à plat l'une contre l'autre sur une largeur prédéfinie, sont réunies l'une à l'autre par une première soudure réalisée dans cette largeur et assurant la tenue mécanique de l'assemblage, et sont aussi réunies l'une à l'autre, le long de leurs bords extérieurs, par une deuxième soudure assurant l'étanchéité.
  • Ainsi, l'invention remplace l'assemblage habituel « bord à bord » des deux plaques embouties par une configuration particulière, consistant à effectuer un « soyage » de l'une des plaques voire des deux plaques, afin que les deux plaques se juxtaposent sur une largeur prédéfinie, de préférence au moins égale à quinze millimètres, permettant la réalisation d'une double soudure.
  • La première soudure, qui est une soudure par points ou une soudure laser ou une soudure à la molette, assure la tenue mécanique de l'assemblage, c'est-à-dire sa tenue à la pression. La deuxième soudure, qui est avantageusement une soudure de type « TIG » ou « plasma », assure quant à elle simplement l'étanchéité. La section totale de soudure est ainsi fortement augmentée, rendant l'assemblage des plaques beaucoup plus résistant.
  • Selon un autre aspect de la présente invention; chaque poteau ou montant d'angle du bâti de l'échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées possède une arête intérieure chanfreinée, la paroi de liaison adjacente se raccordant au poteau ou montant d'angle dans la région de cette arête chanfreinée.
  • Ainsi, lorsque les plaques d'échange tendant à se dilater, elles peuvent entraîner avec elles les parois de liaison qui comportent alors une possibilité de déformation supplémentaire, en fléchissant dans l'espace libéré par les arêtes chanfreinées des poteaux ou montants d'angle. La contrainte de dilatation est donc absorbée en grande partie par la flexion, désormais rendue possible, de la paroi de liaison.
  • Selon une disposition complémentaire avantageuse, chaque paroi de liaison comporte, dans ses deux zones latérales, des conformations en soufflet pour son raccordement au poteau ou montant d'angle, dans la région de l'arête chanfreinée. Les conformations en soufflet, qui peuvent consister chacune simplement en deux plis inversés formant ensemble une sorte d'onde sinusoïdale, facilitent le cas échéant une dilatation selon un axe perpendiculaire à la direction de la dilatation longitudinale des plaques d'échange. Comme on le comprend aisément, les arêtes chanfreinées des poteaux ou montants offrent un espace libre exploité ici non seulement pour la flexion des parois de liaison, mais aussi pour le logement et la déformation des conformations en soufflet.
  • De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées.
    • Figure 1 est une vue partielle et très schématique, en perspective éclatée, montrant le principe général d'assemblage d'un échangeur de chaleur du type concerné par la présente invention ;
    • Figure 2 est une vue en coupe transversale illustrant le mode actuel d'assemblage des plaques d'un tel échangeur, sur l'un de leurs côtés ;
    • Figure 3 est une vue en coupe similaire à la figure 2, mais illustrant le mode d'assemblage conforme à la présente invention ;
    • Figure 4 est une vue en coupe passant par l'une des zones d'angle d'un tel échangeur, et illustrant le mode de raccordement actuel entre une paroi de liaison et un poteau ou montant d'angle ;
    • Figure 5 est une vue en coupe similaire à la figure 4, mais illustrant le mode de raccordement conforme à la présente invention ;
    • Figure 6 est une vue en coupe horizontale d'un échangeur de chaleur conforme à la présente invention ;
    • Figure 7 est une vue en perspective montrant un détail de la partie inférieure de l'échangeur de la figure 6.
  • En se référant à la figure 1, un échangeur de chaleur à plaques d'échange soudées comprend une série d'éléments modulaires 2, de forme générale carrée ou rectangulaire, qui sont empilés et tous assemblés entre deux parois de liaison 3 opposées, de forme rectangulaire, perpendiculaires aux éléments modulaires 2.
  • Ces éléments modulaires 2 possèdent une section très allongée, et leurs extrémités sont soudées, par accostage, sur les bords de lumières parallèles 4 aménagées dans les parois de liaison 3.
  • Ces parois de liaison 3 sont elles-mêmes assemblées, le long de leurs bords longitudinaux (ici verticaux), à des poteaux ou montants d'angle 5, au nombre de quatre. Les extrémités inférieures et supérieures des poteaux ou montants d'angle 5 sont assemblées, respectivement, à un socle inférieur et un socle supérieur, non représentés sur la figure 1, pour constituer un bâti complet, de forme générale parallélépipédique.
  • A l'intérieur de ce bâti, qui est fermé sur ses faces latérales par des portes non représentées, l'ensemble des éléments modulaires 2 forme un bloc d'échange, lui-même de forme générale parallélépipédique, qui définit deux circuits de fluide indépendants, à savoir un premier circuit de fluide constitué par les éléments modulaires 2, et un second circuit de fluide résultant des espaces libres situés entre ces éléments modulaires 2. Des tubulures d'entrée et de sortie, pour les deux circuits de fluide ainsi constitués, sont également prévues.
  • Pour une description plus détaillée de ce type d'échangeur de chaleur, il est fait référence au brevet européen précité N° EP 0 639 258 B1 .
  • En se référant aux figures 2 et 3, chaque élément modulaire 2 résulte de l'assemblage, sur deux côtés opposés, de deux plaques métalliques 6 et 7 préalablement embouties, pour l'une au moins d'entre elles.
  • Plus particulièrement, la figure 2 illustre le mode actuel d'assemblage des deux plaques 6 et 7, sur l'un des côtés (l'autre côté étant réalisé de manière symétrique). Les deux plaques 6 et 7 sont ici pliées chacune à 45°, l'une en direction de l'autre, et une unique soudure longitudinale 8, de type « TIG », réunit ces deux plaques 6 et 7 le long de leurs bords, amenés l'un contre l'autre.
  • En considérant toujours un côté de l'élément modulaire 2, l'assemblage soudé de l'extrémité de celui-ci à la paroi de liaison se fait, dans l'exemple illustré (pour des plaques d'une épaisseur de 1,5 mm), sur une section de 2 x 2,8 mm x 1,5 mm, soit 8,4 mm2, et cet assemblage soudé présente une concentration de contraintes en pointe, au droit de la soudure longitudinale 8.
  • La figure 3 illustre la solution ici proposée par la présente invention. L'une des plaques 6 reste ici plane dans la région du côté de l'élément modulaire 2, tandis que l'autre plaque 7 est réalisée avec un « soyage » c'est-à-dire qu'elle présente un premier pli 9, par exemple à 45°, suivi d'un second pli 10 par exemple à 45° mais dans le sens inverse du précédent, conduisant à la formation d'une bande latérale 11 de largeur L, parallèle au plan principal de la plaque 7 considérée.
  • Par cette bande latérale 11 de largeur L, la plaque 7 est appliquée à plat contre la région latérale de la plaque 6. Les deux plaques 6 et 7 sont alors réunies l'une à l'autre, dans la largeur L, par une première soudure 12 qui peut être une soudure par points ou une soudure laser ou une soudure à la molette, assurant la tenue mécanique de l'assemblage.
  • Les deux plaques 6 et 7 sont aussi réunies l'une à l'autre, le long de leurs bords extérieurs, par une deuxième soudure 13 qui est notamment une soudure de type « TIG », par laquelle assure ici simplement l'étanchéité.
  • Avantageusement, les deux plaques 6 et 7 sont ainsi juxtaposées dans la région latérale de l'élément modulaire 2, sur une largeur L égale au moins à quinze millimètres.
  • En supposant que cette largeur L soit strictement égale à 15 mm, et toutes choses restant égales par ailleurs, la réalisation selon l'invention procure au niveau de l'assemblage de l'extrémité de l'élément modulaire 2 à la paroi de liaison, une section de soudure égale à :
    • [(2x15) + 5,6 + 4] x 1,5 soit 59,4 mm2, au lieu des 8,4 mm2 obtenus avec le mode actuel d'assemblage. La section de soudure mécaniquement résistante se trouve ainsi multipliée par plus de sept, autrement dit augmentée de plus de 600 %.
  • La figure 4 représente, en coupe horizontale, l'une des zones d'angle d'un échangeur de chaleur, faisant apparaître une portion d'élément modulaire 2 assemblée à une paroi de liaison 3, et un poteau ou montant d'angle 5 appartenant au bâti de l'échangeur. Plus particulièrement, cette figure 4 illustre le mode actuel de raccordement entre la paroi de liaison 3 et le poteau ou montant d'angle 5, ce dernier possédant une section habituelle carrée. Dans ce cas, le raccordement présente une rigidité aux deux points P1 et P2, rigidité qui s'oppose à la libre dilatation longitudinale des plaques d'échange, selon la flèche F.
  • La figure 5 illustre la solution ici proposée par la présente invention. Celle-ci consiste à chanfreiner l'arête intérieure du poteau ou montant d'angle 5. Plus particulièrement, il est réalisé une coupe à 45° des deux faces adjacentes 14 et 15 du poteau ou montant 5, sur une largeur d'au moins dix millimètres, de manière à former un chanfrein 16 qui, lui-même dégage un espace libre 17 de section triangulaire.
  • Ainsi, lorsque l'élément modulaire 2 tend à se dilater, selon la flèche F, il peut entraîner avec lui la paroi de liaison adjacente 3, laquelle pourra fléchir en pénétrant dans l'espace libre 17, le premier point de rigidité P1 étant supprimé. La contrainte de dilatation est ainsi absorbée en grande partie par la flexion de la paroi de liaison 3.
  • En complément, comme le montre aussi la figure 5, la paroi de liaison 3 est raccordée au poteau ou montant d'angle 5, dans chaque zone latérale, par une conformation en soufflet, résultant de deux plis inversés 18 et 19, donnant localement à cette paroi 3 (vue en section horizontale) une allure d'onde sinusoïdale. Cette conformation en soufflet introduit une zone de souplesse supplémentaire, facilitant le cas échéant une dilatation du bloc d'échange selon un axe perpendiculaire à la direction de la flèche F.
  • La figure 6, et la figure 7 qui en représente un détail, illustrent en outre des dispositions complémentaires prévues à la base et au sommet de l'échangeur de chaleur, pour permettre sur deux côtés opposés la dilatation du bloc d'échange. Le socle inférieur du bâti étant ici repéré en 20, chaque paroi de liaison 3 présente, à sa base, une partie 21 dépourvue de lumières 4 et repliée à l'horizontale au-dessus du socle inférieur 20, sur lequel elle est fixée. Sur la partie 21 est formé un pli longitudinal 22 qui permet d'absorber la dilatation à cet endroit. Bien entendu, des dispositions similaires sont prévues dans la partie supérieure de l'échangeur de chaleur.
  • Il est à noter que l'échangeur de chaleur, précédemment décrit, peut être réalisé indifféremment avec des plaques embouties pourvues d'un réseau de bossages, ou de cuvettes, ou avec des plaques embouties présentant des nervures ou rainures parallèles, ou encore avec des plaques lisses pourvues de plots rapportés, selon toutes configurations connues en soi. Ces plaques d'échange peuvent être constituées par de simples tôles, par exemple en acier inoxydable. Dans des applications particulières, il peut s'agir aussi de tôles dites « sandwich », réalisées sur une face par une couche de support en acier inoxydable, d'épaisseur suffisante pour assurer le terme en pression, et sur l'autre face par une couche en métal ou alliage noble, de faible épaisseur, notamment à base de nickel, tantale ou zirconium. On notera que les dispositions de la présente invention sont particulièrement adaptées pour l'assemblage de telles tôles « sandwich » entre elles. En effet, avec la technique usuelle, lors de la soudure bord à bord de telles tôles, il existe un risque certain de remontée de ferrite dans le noyau métallique fondu, par effet de migration. Le risque de corrosion est alors important, la soudure réalisée n'ayant pas les caractéristiques du métal noble. Au contraire, en appliquant ici la technique de la présente invention, telle qu'illustrée par la figure 3, avec utilisation de tôles 6 et 7 de type « sandwich » la couche de métal noble déborde de la couche de support en acier inoxydable, et il est possible de réaliser d'une part la soudure par points 12 assurant la tenue de l'ensemble, et d'autre part la soudure d'étanchéité 13 de type « TIG » seulement par recouvrement entre les deux couches de métal ou alliage noble qui débordent des couches de support respectives en acier inoxydable.
  • Des échangeurs de chaleur à plaques d'échange soudées, réalisés conformément à l'invention, peuvent trouver des applications industrielles dans des domaines variés : industrie chimique et pharmaceutique, industrie agro-alimentaire, installations de chauffage, etc.
  • Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution d'échangeur de chaleur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant les mêmes principes. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention :
    • en réalisant les plaques d'échange en toutes formes et dimensions, en particulier avec des formes générales carrées ou rectangulaires, et en tous matériaux soudables ;
    • en réalisant les soudures de ces plaques par mise en oeuvre de tous procédés appropriés, qu'il s'agisse de la première soudure ou de la deuxième soudure, par exemple en réalisant la deuxième soudure par un procédé « plasma » ;
    • en modifiant le raccordement des parois de liaison avec les montants ou poteaux du bâti, les parois de liaison n'étant pas nécessairement soudées sur le bâti, mais pouvant aussi l'être sur des pièces intermédiaires, elles-mêmes appliquées autour d'un poteau, qui passent notamment sur l'arête chanfreinée et les faces adjacentes au chanfrein et qui peuvent déborder sur les faces suivantes ;
    • en utilisant l'échangeur de chaleur non pas en position verticale, mais en position horizontale, selon l'application envisagée, les termes « montant » et « poteau » ayant ici une signification purement structurelle mais n'impliquant pas une orientation verticale.

Claims (9)

  1. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées, comprenant des plaques métalliques (6, 7) préalablement embouties, assemblées deux par deux par soudure sur deux côtés opposés pour former des éléments modulaires (2) empilés définissant deux circuits indépendants respectivement pour un premier fluide et pour un second fluide, les extrémités des plaques d'échange (6, 7) étant soudées par accostage sur le bord de lumières (4) aménagées dans des parois de liaison (3) opposées, perpendiculaires auxdites plaques, pour former un bloc d'échange globalement parallélépipédique, qui est assemblé à quatre poteaux ou montants d'angle (5) appartenant au bâti de l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce que les plaques métalliques embouties (6, 7) constitutives de chaque élément modulaire (2) sont appliquées à plat d'une contre l'autre sur une largeur prédéfinie (L), sont réunies l'une à l'autre par une première soudure (12) réalisée dans cette largeur (L) et assurant la tenue mécanique de l'assemblage, et sont aussi réunies l'une à l'autre, le long de leurs bords extérieurs, par une deuxième soudure (13) assurant l'étanchéité.
  2. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaques (6, 7) sont juxtaposées sur une largeur prédéfinie (L) au moins égale à quinze millimètres.
  3. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première soudure (12) est une soudure par points ou une soudure laser ou une soudure à la molette.
  4. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième soudure (13) est une soudure de type « TIG » ou « plasma ».
  5. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque poteau ou montant d'angle (5) de son bâti possède une arête intérieure chanfreinée (16), la paroi de liaison (3) adjacente se raccordant au poteau ou montant d'angle (5) dans la région de cette arête chanfreinée (16).
  6. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chanfrein (16) de chaque poteau ou montant d'angle (5) est réalisé par une coupe à 45° des deux faces adjacentes (14,15), sur une largeur d'au moins dix millimètres.
  7. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque paroi de liaison (3) comporte, dans ses deux zones latérales, des conformations en soufflet (18, 19) pour son raccordement au poteau ou montant d'angle (5), dans la région de l'arête chanfreinée (16).
  8. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon la revendication 7, caractérisé en ce que les conformations en soufflet des parois de liaison (3) consistent chacune en deux plis inversés (18, 19) formant ensemble une sorte d'onde sinusoïdale.
  9. Echangeur de chaleur à plaques d'échange soudées selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaques d'échange (6, 7) sont constituées par des tôles « sandwich », réalisées sur une face par une couche de support en acier inoxydable et sur l'autre face par une couche en métal ou alliage noble, de faible épaisseur, la soudure d'étanchéité (13) étant réalisée seulement par recouvrement entre les deux couches de métal ou alliage noble qui débordent des couches de support respectives en acier inoxydable.
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