CH622091A5 - - Google Patents

Description

La présente invention est relative à un échangeur de chaleur à plaques, comportant und pluralité de compartiments plats parallèles, délimités chacun entre deux plaques voisines, ces compartiments étant séparés par des espaces étroits parcourus, en fonctionnement normal, par un fluide à haute pression échangeant la chaleur à travers les plaques avec un autre fluide à basse pression traversant ces compartiments, ces deux fluides étant par la suite désignés respectivement par fluide HP et fluide BP.

On connaît déjà de nombreuses réalisations d'échangeurs à plaques du genre ci-dessus, notamment dans lesquels les compartiments sont réunis en parallèle à des collecteurs, respectivement d'admission et d'évacuation du fluide traversant ces compartiments, ceux-ci étant logés à l'intérieur d'une enveloppe externe elle-même réunie à un conduit d'entrée et à un conduit de sortie de l'autre fluide, circulant dans les espaces entre les compartiments. De préférence, les plaques constituant les compartiments comportent sur leur périphérie des rebords coudés, agencés de telle sorte que l'assemblage de ces plaques deux par deux forme chacun des compartiments, ces plaques présentant chacune par ailleurs au moins deux orifices séparés, prolongés par un embout extérieur constitué par un épanouissement de la plaque correspondante et s'étendant perpendiculairement au plan de cette plaque. Ces compartiments formés par soudage bord à bord des plaques sont ainsi alimentés à travers le collecteur formé par ces embouts convenablement disposés d'ime plaque à la suivante dans le prolongement les uns des autres. Une telle réalisation a notamment été décrite et revendiquée dans le brevet français 2 131 791 du 23 février 1971, au nom de la Société BABCOCK ATLANTIQUE.

La présente invention à pour but d'apporter un perfectionnement aux dispositions rappelées ci-dessus, notamment en ce qui concerne la mise en œuvre de moyens permettant d'optimiser l'écartement des compartiments entre eux dans les espaces parcourus par le fluide HP indépendamment de la largeur de ces compartiments, et d'assurer une liaison plus sûre des plaques formant ces compartiments.

A cet effet, l'invention se caractérise en ce que l'écartement entre deux compartiments adjacents est réalisé par une bague intercalaire à section en T, la jambe du T étant dirigée vers l'extérieur de la bague, tandis que ses bras latéraux sont soudés sur les bords d'orifices en regard prévus dans deux plaques parallèles.appartenant à deux compartiments voisins, la jambe du T étant disposé entre ces plaques, l'intérieur de ces bagues servant de collecteur pour le fluide à basse pression traversant les compartiments, tandis que l'écartement entre les plaques dans l'espace séparant les deux compartiments est assuré par des entretoises prévues dans cet espace, un support tubulaire traversant l'ensemble des bagues intercalaires pour servir d'appui interne à ces bagues.

De préférence et selon une forme d'exécution, le support tubulaire est constitué par un tube cylindrique perforé pour le passage du fluide à basse pression dans et hors des compartiments, l'appui des bagues sur le tube étant réalisé par des barrettes longitudinales parallèles à l'axe du tube, contre lesquelles portent des doigts radiaux solidaires du tube, les barrettes et doigts étant régulièrement répartis autour de l'axe du tube.

Selon une forme d'exécution, les entretoises montées dans l'espace séparant deux compartiments voisins sont constituées par des déformations en cônes, embouties dans chacune des plaques et venant en contact avec la plaque parallèle en regard. En variante, ces entretoises sont constituées par des pions rapportés sur la surface extérieure des plaques.

Selon une autre forme d'exécution, l'écartement des deux plaques parallèles délimitant chaque compartiment est de même réalisé par des cônes entretoises, ménagés dans chacune s

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des plaques vers l'intérieur du compartiment et coopérant avec une empreinte en creux prévue dans l'autre plaque.

Les caractéristiques d'un échangeur de chaleur établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

- la fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un échangeur de chaleur à plaques selon l'invention;

- les fig. la et lb sont des vues à plus faible échelle et en coupe partielle selon la ligne I-I de la fig. 1 illustrant deux variantes de réalisation;

- la fig. 2 est une vue de face à plus grande échelle d'une des plaques de l'échangeur selon la fig. 1;

- la fig. 3 est une vue de détail en coupe transversale et à encore plus grande échelle d'une partie des compartiments de l'échangeur, illustrant notamment les bagues de liaison et les moyens d'entretoisement prévus entre compartiments voisins d'une part et entre les plaques d'un même compartiment d'autre part.

- la fig. 4 est une vue en coupe à plus grande échelle illustrant le support tubulaire des bagues de liaison.

Dans l'exemple de réalisation illustré sur la fig. 1, l'échangeur de chaleur considéré comporte principalement une enveloppe externe 1 formée d'une virole latérale cylindrique 2 fermée à ses extrémités respectivement supérieure et inférieure par deux fonds hémisphériques 3 et 4, le fond supérieur 3 étant réuni à l'extrémité de la virole par des brides 2a et 3a, tandis que le fond inférieur 4 est soudé sur la virole en 4a.

Dans chacun de ces fonds, débouche l'extrémité d'un conduit, respectivement 5 et 6, permettant, selon le sens de circulation schématisé par exemple par les flèches 7, au fluide HP de traverser l'enveloppe 1 pour réaliser à l'intérieur de celle-ci l'échange de calories avec le fluide BP. A cet effet, l'échangeur comporte, monté à l'intérieur de l'enveloppe externe 1, un ensemble 8 de compartiments adjacents 9, séparés les uns des autres par des espaces 10. Ces compartiments dont le détail de réalisation sera explicité plus loin, sont constitués chacun au moyen de deux plaques planes parallèles l'une à l'autre et soudées ensemble par leur périphérie. Ces plaques de forme générale rectangulaire mais dont le profil pourrait être différent, par exemple en losange ou autre, comportent des orifices 11, convenablement disposés, en particulier au voisinage de leurs petits côtés (fig. 2), l'entretoisement des compartiments dans les espaces 10 étant réalisé au moyen de bagues 12 (fig. 3) présentant un profil en T et soudées en 11 sur les plaques de ces compartiments en regard des bords d'orifices de dimensions correspondantes prévus dans ces plaques. De cette manière, les bagues 12 réalisent de proche en proche deux conduits, respectivement 13 et 14, formant collecteurs d'entrée et de sortie pour le fluide BP apte à échanger des calories avec le fluide HP à travers la surface des plaques des compartiments. Ce collecteur ou conduit d'entrée 13 est alimenté en fluide BP par une tuyauterie 16 traversant l'un des fonds de la virole et raccordé au collecteur après avoir présenté un serpentin ou une lyre de dilatation 16a lui conférant une souplesse convenable, notamment vis-à-vis des effets de dilatation thermique lors des mises en route et arrêts de l'échangeur. Le fluide BP circule alors selon le sens des flèches 17 par l'intérieur des compartiments 9, à contre sens du fluide HP circulant à l'extérieur de ces mêmes compartiments. Ce fluide BP se recuielle à la sortie du collecteur 14 par une partie coudée 14a dans une autre tuyauterie 18 par laquelle il sort de l'échangeur vers un circuit d'utilisation (non représenté).

De façon avantageuse, les compartiments 9 sont groupés à l'intérieur d'une jupe 19 de section rectangulaire, ouverte à

son extrémité supérieure et présentant à son extrémité inférieure un rebord plan 20 reposant sur une collerette interne 21 prévue dans la virole 2, en ménageant avec la paroi de celle-ci un faible jeu destiné à assurer une étanchéité relative. La jupe 19 est limitée en hauteur de façon à n'entourer les compartiments 9 que sur leur région centrale en laissant libres les extrémités de ces compartiments de telle sorte que le fluide HP à l'entrée ou à la sortie de la jupe puisse avoir un accès ou un échappement convenables, sans que les vitesses d'écoulement soient en ces zones trop importantes. De préférence également, les parois latérales de la jupe 19 s'étendant parallèlement aux compartiments 9 ont une épaisseur suffisante pour leur permettre d'assurer une tenue mécanique satisfaisante de ces compartiments lors des opérations de transport ou de manutention. Selon la première variante de réalisation illustrée sur la fig. la, cette jupe peut comporter des perforations 19 a et être doublée dans sa surface dirigée vers les compartiments par des feuilles souples 19b. Selon la deuxième variante de réalisation illustrée sur la fig. lb, cette jupe peut être formée de parois pleines assemblées latéralement par deux feuilles élastiques ondulées 19c reliant les côtés opposés de la jupe de part et d'autre du faisceau 8 des compartiments.

En se référant plus spécialement aux fig. 2 et 3, on voit comment peut être réalisé le détail de chacun des compartiments 9 de l'échangeur. Chaque compartiment est notamment formé de deux plaques planes parallèles, respectivement 9a et 9b, présentant à leur périphérie un rebord coudé 9c. Chaque plaque 9a ou 9b est dans un premier temps soudée en 11 sur la bague en T 12 le long d'un des côtés latéraux 12a ou 12b respectivement de celle-ci, qui s'engage dans l'orifice 9d prévu en ragard de la plaque et dont la dimension diamétrale correspond à celle du bord extérieur du côté 12a ou 12b correspondant. La partie centrale ou jambe 12c de chaque bague est ainsi disposée entre deux plaques 9 a et 9b appartenant à deux compartiments 9 successifs, la soudure 9e des plaques 9a et 9b le long des rebords 9c pour chacun des compartiments étant finalement réalisée afin d'assurer la continuité du montage. A noter que la forme particulière adoptée pour les bagues 12 permet d'effectuer facilement la réalisation et le contrôle des soudures 11, le profil des bagues assurant en outre grâce à l'appui des plaques sur un côté latéral et sur la jambe du T, une fixation efficace et parfaitement fiable.

Les bagues 12 d'entretoisement des compartiments adjacents constituent ainsi de proche en proche les conduits 13 et 14 d'entrée et de sortie du fluide sous basse pression BP qui parcourt l'intérieur de ces compartiments. Toutefois, en raison même de leur indépendance, on conçoit aisément que les différents compartiments 9 réunis seulement entre eux par deux bagues 12, respectivement au niveau des collecteurs 13 et 14, puissent subir en fonctionnement des déformations relatives, par suite de la circulation des fluides, des différences de températures, des chocs thermiques ou mécaniques de l'effet de la pesanteur, etc De ce fait, afin de réaliser un support convenable des bagues 12 indépendantes et d'améliorer la rigidité du montage pris dans son ensemble, on prévoit de disposer à l'intérieur des collecteurs 13 et 14 au travers des bagues 12, un tube cylindrique 25 percé de trous 26 pour le passage du fluide basse pression, ce tube étant raccordé selon le cas aux conduits 16 ou 18 d'admission d'évacuation. Les bagues 12 sont par ailleurs associées à des barrettes transversales 27, parallèles à l'axe du tube 25, en appui contre ces bagues, ces barrettes coopérant avec des doigts 28 montés radialement dans la surface du tube. Les barrettes et les doigts sont régulièrement répartis autour de l'axe du tube, notamment à 120° les uns des autres. Par ailleurs, les doigts 28 peuvent être constitués sous la forme d'éléments partiellement filetés en 29 coopérant avec des trous taraudés ménagés dans

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le tube et permettant d'ajuster leur distance vers les varrettes, avec une extrémité 30 sphérique portant sur ces dernières.

L'entretoisement des compartiments dans les espaces 10 les séparant est par ailleurs réalisé en ménageant dans les plaques 9a et 9b en des endroits prédéterminés, des bossages ou cônes entretoises en relief 22, dirigés dans les espaces 10, ces cônes venant chacun s'appuyer contre la plaque en regard du compartiment voisin. Le nombre des cônes 22 est choisi en fonction des prévisions relatives aux régimes de fonctionnement transitoires de l'échangeur, ces régimes pouvant amener irne inversion plus ou moins importante de la différence de pression entre les deux fluides. En régime de fonctionnement normal, les cônes 22 d'une plaque restent en contact avec la plaque en regard puisque l'ensemble des plaques est entouré par le fluide HP à sa pression d'entrée, donc à une pression légèrement supérieure, en raison des pertes de charge, à la pression régnant dans les espaces 10 entre compartiments. La différence de pression correspondante est transmise de proche en proche aux différents compartiments grâce à la souplesse de la jupe 19, cette souplesse étant obtenue en mettant en œuvre l'une ou l'autre des variantes de réalisation illustrées sur les fig. la et lb. L'entretoisement convenable de la région interne des compartiments 9 est par ailleurs réalisé en ménageant dans chacune des plaques 9a et 9b d'autres bossages 23, dirigés vers l'intérieur de ces compartiments, ces bossages 23 venant coopérer avec des pré-empreintes 24 prévues dans les plaques parallèles en regard. La présence de ces empreintes recevant les cônes-entretoises de la plaque parallèle contribue sensiblement à améliorer la rigidité d'ensemble des compartiments en assurant une surface de contact suffisante pour une meilleure répartition des contraintes.

L'invention permet donc au montage d'ajuster à volonté la s largeur des espaces parcourus par le fluide HP entre les compartiments voisins indépendamment de la largeur de ces compartiments, ce qui facilite la fabrication en série et permet d'assurer une meilleure optimisation de l'échangeur en fonction de son utilisation.

io L'invention permet également, grâce à la conception particulière de la jupe 19, d'assurer une bonne tenue mécanique de l'ensemble des compartiments, soit en régime de fonctionnement de l'échangeur, soit au cours du transport ou de la manutention de celui-ci.

îs Les dispositions de l'invention ne préjugent nullement du montage relativ particulier des compartiments entre eux et de la disposition relative des collecteurs lorsque ces compartiments sont assemblés par groupes de la façon décrite dans le brevet suisse 600 280.

20 La forme des bagues intercalaires pourrait être modifiée, notamment en présentant une forme de T plus accentuée que celle illustrée sur les dessins, pour assurer entre les compartiments un appui plus important de la liaison au niveau des orifices d'entrée ou de sortie du fluide BP. Par ailleurs, les 25 cônes entretoises assurant l'espacement des plaques des compartiments dans les espaces parcourus par le fluide HP pourraient être remplacés par des pions ou analogues rapportés sur la surface externe de ces plaques.

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3 feuilles dessins

Claims (10)

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1. Echangeur de chaleur à plaques, comportant une pluralité de compartiments plats parallèles, délimitant chacun entre deux plaques voisines, ces compartiments étant séparés par des espaces parcourus en fonctionnement normal, par un fluide à haute pression échangeant la chaleur à travers les plaques avec un autre fluide à basse pression traversant les compartiments, caractérisé en ce que l'écartement entre deux compartiments adjacents est réalisé par une bague intercalaire à section en T, la jambe du T étant dirigée vers l'extérieur de la bague, tandis que ses bras latéraux sont soudés sur les bords d'orifices en regard prévus dans deux plaques parallèles appartenant à deux compartiments voisins, la jambe du T étant disposée entre ces plaques, l'intérieur de ces bagues servant de collecteur pour le fluide à basse pression traversant les compartiments, tandis que l'écartement entre les plaques dans l'espace séparant les deux compartiments est assuré par des entretoises prévues dans cet espace, un support tubulaire traversant l'ensemble des bagues intercalaires pour servir d'appui interne à ces bagues.

2. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support tubulaire est constitué par un tube cylindrique perforé pour le passage du fluide à basse pression dans et hors des compartiments, l'appui des bagues sur le tube étant réalisé par des barrettes longitudinales parallèles à l'axe du tube contre lesquelles portent des doigts radiaux solidaires du tube, les barrettes et les doigts étant régulièrement répartis autour de l'axe du tube.

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REVENDICATIONS

3. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que les doigts radiaux comportent une partie filetée permettant d'ajuster leur longueur par vissage dans des trous taraudés prévus dans le tube.

4. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que les doigts comportent une extrémité sphérique d'appui sur les barrettes longitudinales.

5. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les compartiments sont entourés par une jupe de section générale rectangulaire ouverte à son extrémité supérieure et comportant à son extrémité inférieure un rebord plan reposant sur une collerette interne prévue dans la surface d'une enveloppe externe traversée par le fluide à haute pression.

6. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 5, caractérisé en ce que la jupe entourant les compartiments comporte deux parois parallèles à ces compartiments, perforées et est doublée dans ses surfaces dirigées vers ces compartiments par des feuilles souples.

7. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 5, caractérisé en ce que la jupe entourant les compartiments comporte deux parois pleines parallèles à ces compartiments, réunies entre elles par deux feuilles élastiques ondulées.

8. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises montées dans l'espace séparant deux compartiments voisins sont constituées par des déformations en cônes, embouties dans chacune des plaques et venant en contact avec la plaque parallèle en regard.

9. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises sont constituées par des pions rapportés sur la surface extérieure des plaques.

10. Echangeur de chaleur à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écartement des deux plaques parallèles délimitant chaque compartiment est réalisé par des cônes-entretoises, ménagés dans chacune des plaques vers l'intérieur du compartiment et coopérant avec une empreinte en creux prévue dans l'autre plaque.