EP0597778B1 - Echangeur de chaleur à plaques - Google Patents

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EP0597778B1
EP0597778B1 EP19930420440 EP93420440A EP0597778B1 EP 0597778 B1 EP0597778 B1 EP 0597778B1 EP 19930420440 EP19930420440 EP 19930420440 EP 93420440 A EP93420440 A EP 93420440A EP 0597778 B1 EP0597778 B1 EP 0597778B1
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plate
perforation
heat exchanger
groove
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Jean-Michel Croiset
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Compagnie Industrielle dApplications Thermiques SA CIAT
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    • 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
    • F28D9/0043—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 plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—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 plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • 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
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • 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
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0248—Arrangements for sealing connectors to header boxes

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger as defined in the preamble of the single claim and known, for example, from document WO-A-86/05866.
  • Such heat exchangers consist of a stack of plates which are shaped and arranged so as to define, between two reinforcing plates, two separate circuits for the circulation of the heat transfer fluid and the fluid to be heated or cooled.
  • each connector is improved by having at the inner end thereof an axial extension of reduced thickness which, after introduction into the perforation of the end plate is turned over to form a rim similar to the open head of a rivet, the assembly obtained then being passed to the usual brazing operation.
  • each connection a cylindrical end piece which is provided with a thread allowing, after crossing the envisaged reinforcement plate, its screwing in a perforation of one or two end plate (s) (s) of stacking.
  • This nozzle has a groove into which the aforementioned thread opens and which receives the edge of the aforementioned perforation, which groove is then filled with a brazing bead during the brazing operation intended for the sealed assembly of the plates.
  • solder has the sole function of sealing the fastener, the retention in place of each fitting being ensured by screwing the threaded end piece into the terminal plate (s).
  • the exchanger shown is of the conventional type with regard to its general structure, in the sense that it consists of a stack of heat exchange plates 1 held between two reinforcing plates 2 and 3.
  • Each plate 1 is obtained by stamping of a stainless steel sheet, at least one of the faces of which is coated with a layer of solder 1 a ; the stamping tool is profiled so as to determine in each of the plates 1, in addition to a peripheral rim ensuring the guiding of the stack, four depressions or cuvettes (only two of which appear on the drawing) which open in pairs on one or the other of the two faces of the plate considered.
  • the bottom of each bowl is pierced in 1 b and it is understood that if care is taken to reverse the orientation of the successive plates 1 of the stack, there is obtained between the two plates 2 and 3 an assembly defining two independent circuits for the two fluids concerned.
  • One of the plates 2 and 3, namely the upper plate 2 in the example considered, must obviously be equipped with at least four connections for the connection of the two circuits with the installation to which the exchanger must be incorporated.
  • Each of these fittings, referenced 4, is profiled to receive the end of a junction pipe 5.
  • each connector 4 has a cylindrical end piece 4 which has a thread 4b which one end opens out inside an annular groove 4c. It will be observed that the length of each end piece 4 a and the axial positioning of the groove 4 c thereon vary depending on whether the connection 4 envisaged must be associated with a single plate 1 (case of the connection located on the right in the drawing) or to two superposed plates 1, so that in any event each connector 4 communicates well with the end of the circuit to which it corresponds.
  • each connector 4 is first introduced into a perforation 2 a of the upper plate 2, then into the perforation 1 b of the plate or plates 1 envisaged.
  • the diameter of the perforations 1 b is such that by rotation of each fitting, the end piece 4 a is screwed by its thread 4 b into the perforation (s) 1 b which correspond to it, until the edge of the latter come into the groove 4 c (see fig. 2).

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • La présente invention a trait à un échangeur de chaleur tel que défini dans le préambule de l'unique revendication et connu, par example, du document WO-A-86/05866. De tels échangeurs de chaleur sont constitués par un empilage de plaques qui sont conformées et disposées de manière à définir, entre deux plateaux de renfort, deux circuits séparés pour la circulation du fluide caloporteur et du fluide à réchauffer ou à refroidir.
  • Pour le raccordement de chacun des deux circuits de l'échangeur avec l'installation à laquelle celui-ci est incorporé, il est bien entendu nécessaire de prévoir au moins un raccord d'entrée et au moins un raccord de sortie, l'appareil étant ainsi équipé d'au moins quatre raccords de branchement. Or, la fixation de ces raccords sur la ou les plaques terminales de l'empilage et sur le plateau de renfort correspondant pose des problèmes plus sérieux qu'il pourrait paraître à première vue, au moins si l'on entend adopter un processus de fabrication automatisé à cadence de production élevée.
  • En pratique, on se contente le plus souvent d'engager chaque raccord dans une perforation pratiquée dans la ou les plaques terminales, la retenue axiale étant assurée par le brasage opéré pour l'assemblage mutuel des plaques empilées de l'échangeur. Si une telle solution a le mérite de la simplicité de mise en oeuvre, elle se révèle fréquemment insuffisante pour assurer une fixation efficace, apte à résister aux efforts qui s'exercent sur l'appareil au cours de son utilisation industrielle.
  • Suivant le document WO-A-86/05866 (TORELL AB), la retenue en place de chaque raccord est améliorée en faisant comporter à l'extrémité intérieure de celui-ci un prolongement axial à épaisseur réduite qui, après introduction dans la perforation de la plaque terminale, est retourné pour former un rebord analogue à la tête épanouie d'un rivet, l'ensemble obtenu étant ensuite passé à l'opération de brasage usuelle.
  • On conçoit toutefois que le retournement de l'extrémité dépassante du prolongement axial précité complique considérablement la construction dont le coût est ainsi augmenté.
  • C'est à cet inconvénient qu'entend remédier la présente invention, laquelle a pour objet l'échangeur de chaleur qui est défini à l'unique revendication.
  • Ainsi, selon l'invention, on fait notamment comporter à chaque raccord un embout cylindrique qui est pourvu d'un filetage permettant, après traversée du plateau de renfort envisagé, son vissage dans une perforation d'une ou de deux plaque(s) terminale(s) de l'empilage. Cet embout comporte une gorge dans laquelle débouche le filetage susvisé et qui reçoit le bord de la perforation précitée, laquelle gorge est ensuite emplie d'un cordon de brasure lors de l'opération de brasage destinée à l'assemblage étanche des plaques.
  • On comprend que dans un tel processus, la brasure a pour unique fonction l'étanchéité de la fixation, la retenue en place de chaque raccord étant assurée par le vissage de l'embout fileté dans la ou les plaques terminales.
  • Le dessin annexé, donné a titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention et les avantages qu'elle est susceptible de procurer :
    • Fig. 1 est une coupe verticale faisant apparaître l'agencement général des éléments qui constituent un échangeur de chaleur établi conformément à l'invention.
    • Fig. 2 reproduit fig. 1 après mise en place des raccords par vissage.
    • Fig. 3 montre de la même manière l'échangeur obtenu après brasage de l'ensemble.
  • L'échangeur représenté est de type classique en ce qui concerne sa structure générale, en ce sens qu'il est constitué par un empilage de plaques d'échange thermique 1 maintenues entre deux plateaux de renfort 2 et 3. Chaque plaque 1 est obtenue par emboutissage d'une feuille en acier inoxydable dont l'une au moins des faces est revêtue d'une couche de brasure 1a ; l'outil d'emboutissage est profilé de façon à déterminer dans chacune des plaques 1, outre un rebord périphérique assurant le guidage de l'empilage, quatre dépressions ou cuvettes (dont deux seulement apparaissent sur le dessin) qui s'ouvrent deux par deux sur l'une ou l'autre des deux faces de la plaque considérée. Le fond de chaque cuvette est percé en 1b et l'on comprend que si l'on prend soin d'inverser l'orientation des plaques successives 1 de l'empilage, on obtient entre les deux plateaux 2 et 3 un ensemble définissant deux circuits indépendants pour les deux fluides concernés.
  • L'un des plateaux 2 et 3, à savoir le plateau supérieur 2 dans l'exemple considéré, doit évidemment être équipé d'au moins quatre raccords pour le raccordement des deux circuits avec l'installation à laquelle l'échangeur doit être incorporé. Chacun de ces raccords, référencés 4, est profilé pour recevoir l'extrémité d'une canalisation de jonction 5.
  • Conformément à la présente invention, on a fait comporter à chaque raccord 4 un embout cylindrique 4a qui comporte un filetage 4b dont une extrémité débouche à l'intérieur d'une gorge annulaire 4c. On observera que la longueur de chaque embout 4a et le positionnement axial de la gorge 4c sur celui-ci varient suivant que le raccord 4 envisagé doit être associé à une plaque 1 unique (cas du raccord situé à droite sur le dessin) ou à deux plaques 1 superposées, afin qu'en tout état de cause chaque raccord 4 communique bien avec l'extrémité du circuit à laquelle il correspond.
  • Comme illustré, l'embout 4a de chaque raccord 4 est introduit tout d'abord dans une perforation 2a du plateau supérieur 2, puis dans la perforation 1b de la ou des plaques 1 envisagées. Le diamètre des perforations 1b est tel que moyennant rotation de chaque raccord, l'embout 4a se visse par son filetage 4b dans la ou les perforations 1b qui lui correspondent, et ce jusqu'à ce que le bord de ces dernières vienne s'engager dans la gorge 4c (cf. fig. 2).
  • Bien évidemment, la pénétration du bord précité dans la gorge 4c laisse subsister un espace annulaire libre x au niveau du fond de ladite gorge. On conçoit cependant que cet espace x se trouve rempli de brasure (joint ou cordon annulaire y de fig. 3) une fois que l'opération de brasage destinée à l'assemblage étanche des plaques 1 empilées aura été effectuée.
  • Dans ces conditions, la fixation en place des raccords 4 résulte de la partie de l'embout qui comporte le filetage 4b en ce qui concerne la résistance aux efforts axiaux d'arrachage, du joint ou cordon y en ce qui concerne l'étanchéité du raccordement. Les essais ont démontré que cette dualité de fonctions s'opposait à tout risque de désolidarisation intempestive des raccords 4 au cours de l'utilisation de l'échangeur de chaleur.

Claims (1)

  1. Echangeur de chaleur constitué par un empilage de plaques (1) qui sont maintenues entre deux plateaux de renfort (2, 3) et qui sont profilées et disposées de façon à définir deux circuits indépendants dont les entrées et sorties sont aptes à être reliées à une installation générale au moyen de raccords (4) prévus au niveau de l'un (2) des plateaux de renfort susvisés, caractérisé en ce que chaque raccord (4) comporte un embout cylindrique (4a) pourvu d'un filetage (4b) permettant, après traversée du plateau de renfort (2) envisagé, son vissage dans une perforation (1b) d'une ou deux plaque(s) terminale(s) (1) de l'empilage, cet embout (4a) comportant une gorge (4c) dans laquelle débouche ledit filetage (4b), ladite gorge (4c) recevant le bord de la perforation (1b) précitée et étant emplie d'un cordon de brasure (y) lors de l'opération de brasage destinée à l'assemblage étanche des plaques (1).
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