EP1019665A1 - Plaques d'un faisceau de plaques d'echange thermique - Google Patents

Plaques d'un faisceau de plaques d'echange thermique

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Publication number
EP1019665A1
EP1019665A1 EP98946508A EP98946508A EP1019665A1 EP 1019665 A1 EP1019665 A1 EP 1019665A1 EP 98946508 A EP98946508 A EP 98946508A EP 98946508 A EP98946508 A EP 98946508A EP 1019665 A1 EP1019665 A1 EP 1019665A1
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EP
European Patent Office
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plate
plates
joint plane
corrugations
bundle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98946508A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
William Levy
Régis Huguet
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.)
Alfa Laval Packinox SAS
Original Assignee
Packinox SA
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 Packinox SA filed Critical Packinox SA
Publication of EP1019665A1 publication Critical patent/EP1019665A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/087—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from nickel or nickel alloys
    • 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
    • F28D9/0062—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 spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0068—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 spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/14—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by endowing the walls of conduits with zones of different degrees of conduction of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/04—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes comprising shape memory alloys or bimetallic elements

Definitions

  • the present invention relates to a plate of a bundle of heat exchange plates.
  • the present invention also relates to methods of manufacturing such a plate and a bundle of heat exchange plates.
  • the number of tube bundles is often from four to six and sometimes more.
  • the chemical composition of fluids can vary during heat exchange taking into account temperature variations and it is necessary to adapt the materials of the tubes of the tube bundles according to these changes in order to avoid phenomena of corrosion can occur both at low temperatures and at high temperatures.
  • the so-called "cold" tubular bundles comprise tubes for example made of carbon steel and the tubular bundles operating at high temperatures of the order of 400 to 500 ° C. comprise tubes for example stainless steel.
  • This type of heat exchanger generally comprises bundles of plates formed by a stack of plates parallel to each other and delimiting between them a double circulation circuit of two independent fluids.
  • Each plate is made of a single material which is determined according to the most severe conditions of use so as to be able to withstand high temperatures.
  • the plates of the plate bundles are generally made of stainless steel, which penalizes the use of such plate bundles in certain fields of application, given the cost of this material.
  • plate heat exchangers are more expensive than tube bundle heat exchangers so that their economic interest is only justified if all the bundles of tubes are replaced by a single plate heat exchanger.
  • the invention aims to avoid these drawbacks.
  • the subject of the invention is therefore a plate of a bundle of heat exchange plates, of the type comprising a central part provided with corrugations and edges with a smooth surface, characterized in that it is formed by at least two portions of metal plate of different metallurgical compositions, placed edge to edge to form at least one joint plane and connected together by a continuous and sealed weld bead extending over the entire length of said joint plane.
  • the portions of metal plates have at their joint plane a smooth surface edge on which is fixed at least one insert covering said joint plane and comprising corrugations arranged in the extension of the corrugations of said plate portions to form continuous passages , the joint plane extends over the entire width of said plate or over the entire length of this plate,
  • the weld bead is of the through type and is produced by means of a high energy density beam or by the TIG process with or without filler metal or by the MIG or MAG process,
  • metal plate is made of stainless steel, the chromium content of which is greater than 13%, - at least one portion of metal plate is made of alloyed or unalloyed steel,
  • metal plate is made of nickel alloy.
  • the subject of the invention is also a method of manufacturing such a plate from a bundle of heat exchange plates, characterized in that it consists:
  • the subject of the invention is a method of manufacturing such a plate from a bundle of heat exchange plates, characterized in that it consists:
  • the subject of the invention is a method of manufacturing such a plate from a bundle of heat exchange plates, characterized in that it consists:
  • the subject of the invention is a bundle of heat exchange plates formed by a stack of plates each comprising a central part provided with corrugations and edges with a smooth surface and delimiting between them at least two circulation circuits of at least two independent fluids, said plates comprising, on the one hand, a heat exchange zone between the fluids and, on the other hand, at their free ends, an inlet and outlet area for said fluids, characterized in that it comprises at least one plate as mentioned above.
  • the fluid inlet and outlet areas are formed by the planar ends of the plates between which are inserted independent plates and provided with reliefs to ensure the distribution of fluids in the heat exchange zone,
  • the independent plates are made of stainless steel with a chromium content of more than 13%, or of alloyed or unalloyed steel or of nickel alloy.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view partially cut away of a bundle of plates according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic top view of a first embodiment of a heat exchange plate according to the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along line 3-3 of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a schematic top view of a second embodiment of a heat exchange plate according to the invention.
  • FIG. 5 is a sectional view along line 4-4 of FIG. 4,
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of an insert for connecting the plate portions making up the plate shown in FIG. 4,
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a variant of a heat exchange plate according to the invention.
  • Fig.l there is shown schematically a bundle of heat exchange plates, generally designated by the reference 1 and of generally parallelepipedal shape.
  • the bundle of plates 1 is made up of three parts, a central part A and two end parts, respectively B and C.
  • the central part A which constitutes the actual heat exchange zone consists of a stack of plates 10 parallel to each other.
  • Each plate 10 consists of a thin sheet and comprises, in a conventional manner, edges with a smooth surface and, between these edges, undulations 11 by which they are in contact with each other and by which they delimit circuits of circulation of independent fluids.
  • the circulation of the fluids in the bundle of plates 1 is for example cocurrent, counter-current or cross-current.
  • the plates 10 are joined together with the au- very at their longitudinal edges by connecting means constituted for example by bars 2 extending over the entire length of the longitudinal edges of said plates 10 and by a layer of weld 3 deposited over the entire length and over the entire height of each lateral surface of the bundle of plates 1 to form a sealed weld wall.
  • connecting means constituted for example by bars 2 extending over the entire length of the longitudinal edges of said plates 10 and by a layer of weld 3 deposited over the entire length and over the entire height of each lateral surface of the bundle of plates 1 to form a sealed weld wall.
  • the stack of plates 10 is placed between an upper plate 4 and a lower plate 5 extending over the entire surface of the plates 10 and the edges of which are connected to the edges of said plates 10 by the layers of solder 3.
  • this bundle of plates 1 comprises, at each of its ends, an inlet zone and an outlet zone of said fluids which constitute the end parts B and C of said bundle of plates 1.
  • the bundle of plates 1 comprises, at the inlet and outlet areas of the fluids, closed ends 6 and open ends 7 for these fluids circulating in the corresponding circuits.
  • the closed ends ⁇ are closed by tongues 8 assembled to the adjacent plates 10.
  • a first embodiment of a plate 10 of the bundle of plates 1 will be described.
  • the plate 10 is formed, in this embodiment, by two portions of metal plate, respectively 12 and 13, of different metallurgical compositions. These plate portions 12 and 13 are placed edge to edge to form a joint plane 14 and are interconnected by a continuous and sealed weld bead 15 extending over the entire length of this joint plane 14.
  • the corrugations 11 of each portion of metal plate 12 and 13 extend to the joint plane 14 to form continuous passages for the corresponding fluids.
  • the joint plane 14 extends over the entire width of the plate 10. According to a variant, and more particularly in the case of a flow of cross-current fluids, the joint plane 14 can extend over the entire plate length 10.
  • the ends of the plate 10 corresponding to the inlet and outlet zones of the fluids are provided with end plates, respectively 30 and 31, provided with reliefs 30a and 31a which make it possible to channel the corresponding fluid in the circuits of the bundle of plates 1.
  • the manufacture of the plate 10 is carried out as follows.
  • the two portions of metal plate 12 and 13 planes of different metallurgical compositions are placed edge to edge to form the joint plane 14, then said portions of plates 12 and 13 are maintained by conventional clamping members. , such as hydraulic or pneumatic cylinders, and we carry out on any the length of the joint plane 14 the weld bead 15 continuous and sealed.
  • the corrugations 11 are formed, for example by explosion forming.
  • the plate 10 is also formed by two portions of metal plate, respectively 22 and 23, of compositions different metallurgicals.
  • These metal plate portions 22 and 23 are placed edge to edge to form a joint plane 14 and are interconnected by a continuous and sealed weld bead 15 extending over the entire length of said joint plane.
  • the metal plate portions 22 and 23 comprise at the joint plane 14 an edge with a smooth surface, respectively 22a and 22b.
  • the joint plane 14 extends over the entire width of the plate 10.
  • the joint plane 14 can extend over the entire length of the plate 10.
  • the ends of the plate 10 corresponding to the inlet and outlet areas of the fluids are provided with end plates, respectively 30 and 31, provided with reliefs 30a and 31a which make it possible to orient the corresponding fluid in the circuits of the beam of plates 1.
  • an insert 25 is fixed at this joint plane 14 and on the corresponding face of the plate
  • this insert 25 has corrugations 26 which are arranged in the extension of the corrugations 11 of the plate portions 22 and 23 to form continuous passages for the corresponding fluid.
  • This insert 25 is fixed to the plate 10 by any suitable method.
  • the manufacture of the plate 10 shown in Figures 4 and 5 is carried out as follows.
  • the corrugations 11 are formed, for example by explosion, in the central part of the first portion of flat metal plate 22, by providing edges with a smooth surface on the edges of this plate portion 22 and forms, for example by explosion, in the central part of the second portion of flat metal plate 23 of the corrugations 11 by providing on the edges of this second portion of plate 23 edges with a smooth surface.
  • the plate portions 22 and 23 each have a different metallurgical composition.
  • the plate portions 22 and 23 are placed edge to edge to form the joint plane 14 and these plate portions 22 and 23 are held in position using conventional clamping means, such as, for example, hydraulic jacks or tires.
  • the weld bead 15 is produced over the entire length of this joint plane 14 and at least one insert 25 is fixed at this joint plane by placing the corrugations 26 of said insert 25 in the extension of the corrugations 11 of the portions plate 22 and 23 to form continuous passages.
  • the manufacture of the plate 10 formed from the plate portions 22 and 23 is carried out as follows.
  • the two flat metal plate portions 22 and 23 of compositions are placed side by side. different metallurgicals to form the joint plane 14, then the plate portions 22 and 23 are kept in position using conventional clamping means, such as for example hydraulic or pneumatic cylinders, and the entire length of this plane is produced seal 14 the weld bead 15.
  • the corrugations 11 are formed, for example by explosion, in the central part of each plate portion 22 and 23, by providing edges with smooth surfaces on the edges of these plate portions 22 and 23.
  • At least one insert 25 is fixed at the joint plane 14 and on the face of the plate portions 22 and 23 provided with the corrugations 11, by arranging the corrugations 26 of this insert 25 in the extension of the corrugations 11 of said plate portions 22 and 23 to form continuous passages for the corresponding fluid.
  • the weld bead 15 is of the through type and is produced by means of a high energy density beam or by the TIG process with or without filler metal or by the MIG or MAG process.
  • the plate portions 12, 13 and 22, 23 are of different metallurgical compositions and, for example, a plate portion is made of stainless steel whose chromium content is greater than 13% while the other plate portion is made of alloyed or unalloyed steel or nickel alloy.
  • the metallurgical composition of the plate portions 11, 12 and 22, 23 is determined as a function of the heat exchange coefficient and / or as a function of the temperature of the fluids and / or of the nature of these fluids circulating in the beam of plates 1.
  • the plate 10 may comprise, at the cold part, a portion of plate made of alloyed or unalloyed steel which has good resistance to corrosion and, in the hot part, a portion of plate made of stainless steel which has good mechanical strength.
  • the plate 10 comprises two portions of plates.
  • the plate 10 can comprise more than two plate portions.
  • a variant of a heat exchange plate 10 has been shown.
  • the plate 10 is formed by two portions of metal plate
  • the inlet and outlet zones for the fluids are formed by the planar ends of the plates 10 between which are inserted independent plates 35 provided with reliefs to ensure the distribution of the fluids in the heat exchange zone .
  • the independent plates 35 have the same metallurgical composition as the plate portions 12 and 13 or a different metallurgical composition.
  • the independent plates 35 are made of stainless steel whose chromium content is greater than 13% or of alloyed or unalloyed steel or else of nickel alloy.
  • the metallurgical composition of the independent plates 35 is determined as a function of the heat exchange coefficient and / or as a function of the temperature of the fluids and / or of the nature of the fluids.
  • the bundle of plates according to the invention makes it possible to be able to carry out a significant heat exchange between a hot fluid and a cold fluid whose temperature variations on this cold fluid can reach 300 to 400 ° C.

Landscapes

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

Abstract

L'invention a pour objet une plaque (10) d'un faisceau de plaques (1) d'échange thermique, du type comprenant une partie centrale munie d'ondulations (11) et des bords à surface lisse, caractérisée en ce qu'elle est formée par au moins deux portions de plaque métallique (12; 13) de composition métallurgiques différentes, placées bord à bord pour former au moins un plan de joint (14) et reliées entre elles par un cordon de soudure (15) continu et étanche s'étendant sur toute la longueur dudit plan de joint (14). L'invention a également pour objet des procédés de fabrication de ce type de plaques et un faisceau de plaques d'échange thermique comportant une telle plaque.

Description

PLAQUES D'UN FAISCEAU DE PLAQUES D'ECHANGE THERMIQUE
La présente invention a pour objet une plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique.
La présente invention a également pour objet des procédés de fabrication d'une telle plaque et un faisceau de plaques d'échange thermique.
Dans certains domaines industriels, comme par exemple dans le domaine du raffinage ou de la pétrochimie, il est nécessaire de réaliser un échanger thermique important entre un fluide chaud et un fluide froid entraînant sur ce fluide froid des variations de températures de l'ordre de 300 à 400°C.
Jusqu'à présent, pour pouvoir réaliser de tels échanges thermiques, il est connu d'utiliser des échangeurs thermiques formés de plusieurs faisceaux tubulaires disposés en série.
Selon l'échange thermique à effectuer, le nombre de faisceaux tubulaires est souvent de quatre à six et parfois plus.
De plus, la composition chimique des fluides peut varier au cours de l'échange thermique compte tenu des variations de températures et il est nécessaire d'adapter les matériaux des tubes des faisceaux tubulaires en fonction de ces changements afin d'éviter notamment des phénomènes de corrosion pouvant se produire aussi bien à basses températu- res qu'à hautes températures.
Dans ces conditions et en fonction des fluides traités, les faisceaux tubulaires dits "froids" comportent des tubes par exemple en acier au carbone et les faisceaux tubulaires fonctionnant à des températures élevées de 1 ' or- dre de 400 à 500°C comportent des tubes par exemple en acier inoxydable .
Il est également connu d'utiliser des échangeurs thermiques à plaques qui ont pour avantage de présenter un très bon coefficient d'échange thermique et un faible coef- ficient de frottement.
Ce type d' échangeurs thermiques comprend généralement des faisceaux de plaques formés par un empilement de plaques parallèles les unes aux autres et délimitant entre elles un double circuit de circulation de deux fluides indépendants .
Chaque plaque est réalisée en un matériau unique qui est déterminée en fonction des conditions d'utilisation les plus sévères de façon à pouvoir résister aux hautes températures .
C'est pourquoi les plaques des faisceaux de plaques sont généralement en acier inoxydable ce qui pénalise l'utilisation de tels faisceaux de plaques dans certains domaines d'application compte tenu du coût de ce matériau.
Ainsi, les échangeurs thermiques à plaques sont plus coûteux que les échangeurs thermiques à faisceaux de tubes si bien que leur intérêt économique ne se justifie que si l'ensemble des faisceaux de tubes est remplacé par un seul échangeur thermique à plaques .
L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients .
L'invention a donc pour objet une plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique, du type comprenant une partie centrale munie d'ondulations et des bords à surface lisse, caractérisée en ce qu'elle est formée par au moins deux portions de plaque métallique de compostions métallurgiques différentes, placées bord à bord pour former au moins un plan de joint et reliées entre elles par un cordon de soudure continu et étanche s'étendant sur toute la longueur dudit plan de joint.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les ondulations de chaque plaque métallique s'étendent jusqu'au plan de joint pour former des passages continus ,
- les portions de plaques métalliques comportent au niveau dudit plan de joint un bord à surface lisse sur lequel est fixé au moins un insert recouvrant ledit plan de joint et comportant des ondulations disposées dans le prolongement des ondulations desdites portions de plaques pour former des passages continus, - le plan de joint s'étend sur toute la largeur de ladite plaque ou sur toute la longueur de cette plaque,
- le cordon de soudure est de type traversant et est réalisé au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie ou par le procédé TIG avec ou sans métal d'apport ou encore par le procédé MIG ou MAG,
- au moins une portion de plaque métallique est en acier inoxydable dont la teneur en chrome est supérieure à 13%, - au moins une portion de plaque métallique est en acier allié ou non allié,
- au moins une portion de plaque métallique est en alliage de nickel.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à placer bord à bord au moins deux portions de plaque métallique planes de compositions métallurgiques différentes pour former au moins un plan de joint, - à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint un cordon de soudure continu et étanche,
- et à former dans la partie centrale de la plaque des ondulations .
Selon une variante, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une telle plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à former dans la partie centrale d'au moins une première portion de plaque métallique plane des ondula- tions en ménageant sur les bords de cette première portion de plaque des bords à surface lisse,
- à former dans la partie centrale d'au moins une seconde portion de plaque métallique plane des ondulations en ménageant sur les bords de cette seconde portion de plaque des bords à surface lisse, ladite seconde portion de plaque ayant une composition métallurgique différente de ladite première portion de plaque, - à placer bord à bord lesdites portions de plaque pour former au moins un plan de joint,
- à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint un cordon de soudure continu et étanche, - et à fixer au niveau dudit plan de joint au moins un insert comportant des ondulations disposées dans le prolongement des ondulations desdites portions de plaque pour former des passages continus.
Selon une autre variante, l'invention a pour ob- jet procédé de fabrication d'une telle plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à placer bord à bord au moins deux portions de plaque métallique plane de compositions métallurgiques dif- férentes pour former au moins un plan de joint,
- à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint un cordon de soudure continu et étanche,
- à former dans la partie centrale de chaque portion de plaque des ondulations en ménageant sur les bords desdites portions de plaques des bords à surface lisse,
- et à fixer au niveau dudit plan de joint au moins un insert comportant des ondulations disposées dans le prolongement des ondulations desdites portions de plaque pour former des passages continus . Enfin, l'invention a pour objet un faisceau de plaques d'échange thermique formé par un empilement de plaques comportant chacune une partie centrale munie d'ondulations et des bords à surface lisse et délimitant entre elles au moins deux circuits de circulation d'au moins deux flui- des indépendants, lesdites plaques comprenant, d'une part, une zone d'échange thermique entre les fluides et, d'autre part, au niveau de leurs extrémités libres, une zone d'entrées et de sorties desdits fluides, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque telle que mentionnée ci-dessus. Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les zones d'entrées et de sorties des fluides sont formées par les extrémités planes des plaques entre lesquelles sont insérées des plaques indépendantes et munies de reliefs pour assurer la distribution des fluides dans la zone d'échange thermique,
- les plaques indépendantes sont en acier inoxy- dable dont la teneur en chrome est supérieure à 13%, ou en acier allié ou non allié ou en alliage de nickel.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins an- nexés , sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée d'un faisceau de plaques selon 1 ' invention,
- la Fig. 2 est une vue schématique de dessus d'un premier mode de réalisation d'une plaque d'échange thermique selon l'invention,
- la Fig. 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne 3-3 de la Fig.2,
- la Fig. 4 est une vue schématique de dessus d'un second mode de réalisation d'une plaque d'échange thermique selon l'invention,
- la Fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 4,
- la Fig. 6 est une vue schématique en perspec- tive d'un insert de liaison des portions de plaque composant la plaque représentée à la Fig.4,
- la Fig. 7 est une vue schématique en perspective d'une variante d'une plaque d'échange thermique selon 1 ' invention. Sur la Fig.l, on a représenté schématiquement un faisceau de plaques d'échange thermique, désigné dans son ensemble par la référence 1 et de forme générale parallélé- pipèdique.
Dans 1 ' exemple de réalisation représenté à la Fig.l, le faisceau de plaques 1 se compose de trois parties, une partie centrale A et deux parties d'extrémité, respectivement B et C. La partie centrale A qui constitue la zone d'échange thermique proprement dite se compose d'un empilement de plaques 10 parallèles les unes aux autres.
Chaque plaque 10 est constituée d'une tôle fine et comporte, de manière classique, des bords à surface lisse et, entre ces bords, des ondulations 11 par lesquelles elles sont en contact les unes avec les autres et par lesquelles elles délimitent des circuits de circulation de fluides indépendants . La circulation des fluides dans le faisceau de plaques 1 est par exemple cocourante, à contre-courant ou à courant-croisé .
Selon le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, les plaques 10 sont assemblées les unes avec les au- très au niveau de leurs bords longitudinaux par des moyens de liaison constitués par exemple par des barrettes 2 s'étendant sur toute la longueur des bords longitudinaux desdites plaques 10 et par une couche de soudure 3 déposée sur toute la longueur et sur toute la hauteur de chaque sur- face latérale du faisceau de plaques 1 pour former un mur de soudure étanche.
L'empilement des plaques 10 est placé entre une tôle supérieure 4 et une tôle inférieure 5 s ' étendant sur toute la surface des plaques 10 et dont les pourtours sont reliés aux bords desdites plaques 10 par les couches de soudure 3.
Pour diriger les fluides qui circulent dans les circuits correspondant du faisceau de plaques 1, ce faisceau de plaques 1 comporte, à chacune de ses extrémités, une zone d'entrée et une zone de sortie desdits fluides qui constituent les parties d'extrémité B et C dudit faisceau de plaques 1.
Pour cela, le faisceau de plaques 1 comporte, au niveau des zones d'entrée et de sortie des fluides, des ex- trémités fermées 6 et des extrémités ouvertes 7 pour ces fluides circulant dans les circuits correspondants. Les extrémités fermées β sont obturées par des languettes 8 assemblées aux plaques 10 adjacentes.
En se reportant maintenant aux Figs . 2 et 3 , on va décrire un premier mode de réalisation d'une plaque 10 du faisceau de plaques 1.
Ainsi que représenté sur ces figures, la plaque 10 est formée, dans cet exemple de réalisation, par deux portions de plaque métallique, respectivement 12 et 13, de compositions métallurgiques différentes. Ces portions de plaque 12 et 13 sont placées bord à bord pour former un plan de joint 14 et sont reliées entre elles par un cordon de soudure 15 continu et étanche s'étendant sur toute la longueur de ce plan de joint 14.
Dans ce mode de réalisation, les ondulations 11 de chaque portion de plaque métallique 12 et 13 s'étendent jusqu'au plan de joint 14 pour former des passages continus pour les fluides correspondants.
Le plan de joint 14 s'étend sur toute la largeur de la plaque 10. Selon une variante, et plus particulièrement dans le cas d'une circulation des fluides à courant-croisé, le plan de joint 14 peut s'étendre sur toute la longueur de la plaque 10.
Les extrémités de la plaque 10 correspondant aux zones d'entrée et de sortie des fluides sont pourvues de plaques d'extrémité, respectivement 30 et 31, munies de reliefs 30a et 31a qui permettent de canaliser le fluide correspondant dans les circuits du faisceau de plaques 1.
La fabrication de la plaque 10 est réalisée de la façon suivante.
Tout d'abord, on place bord à bord les deux portions de plaque métallique 12 et 13 planes de compositions métallurgiques différentes pour former le plan de joint 14, puis on maintient lesdites portions de plaques 12 et 13 au moyen d'organes de serrage classiques, comme par exemple des vérins hydrauliques ou pneumatiques, et on réalise sur toute la longueur du plan de joint 14 le cordon de soudure 15 continu et étanche.
Ensuite, on forme dans la partie centrale de la plaque 10 formée par l'assemblage des deux portions de pla- ques 12 et 13 , les ondulations 11 par exemple par formage par explosion.
En se reportant maintenant aux Figs . 4 à 6, on va décrire un second mode de réalisation d'une plaque 10 composant le faisceau de plaques 1. Dans ce mode de réalisation, la plaque 10 est également formée par deux portions de plaque métallique, respectivement 22 et 23, de compositions métallurgiques différentes .
Ces portions de plaque métallique 22 et 23 sont placées bord à bord pour former un plan de joint 14 et sont reliées entre elles par un cordon de soudure 15 continu et étanche s ' étendant sur toute la longueur dudit plan de joint .
Dans ce mode de réalisation, les portions de plaque métallique 22 et 23 comportent au niveau du plan de joint 14 un bord à surface lisse, respectivement 22a et 22b.
Le plan de joint 14 s'étend sur toute la largeur de la plaque 10.
Selon une variante, et plus particulièrement dans le cas d'une circulation des fluides à courant-croisé, le plan de joint 14 peut s'étendre sur toute la longueur de la plaque 10.
Les extrémités de la plaque 10 correspondant aux zones d'entrée et de sortie des fluides sont pourvues de plaques d'extrémité, respectivement 30 et 31, munies de reliefs 30a et 31a qui permettent d'orienter le fluide correspondant dans les circuits du faisceau de plaques 1.
Pour assurer la continuité des ondulations 11 de chaque portion de plaque métallique 22 et 23 au niveau du plan de joint 14, un insert 25 est fixé au niveau de ce plan de joint 14 et sur la face correspondante de la plaque
10 qui comporte les ondulations 11. Comme représenté plus particulièrement à la Fig. 6, cet insert 25 comporte des ondulations 26 qui sont disposées dans le prolongement des ondulations 11 des portions de plaques 22 et 23 pour former des passages continus pour le fluide correspondant.
Cet insert 25 est fixé sur la plaque 10 par tout procédé approprié .
Selon un premier mode de réalisation, la fabrication de la plaque 10 représentée sur les figures 4 et 5 est réalisée de la façon suivante.
Tout d'abord, on forme, par exemple par explosion, dans la partie centrale de la première portion de plaques métallique plane 22, les ondulations 11 en ménageant sur les bords de cette portion de plaque 22 des bords à sur- face lisse et on forme, par exemple par explosion, dans la partie centrale de la seconde portion de plaque métallique plane 23 des ondulations 11 en ménageant sur les bords de cette seconde portion de plaque 23 des bords à surface lisse . Les portions de plaques 22 et 23 ont chacune une composition métallurgique différente.
Ensuite, on place bord à bord les portions de plaque 22 et 23 pour former le plan de joint 14 et on maintient en position ces portions de plaque 22 et 23 à l'aide de moyens de serrage classiques, comme par exemple des vérins hydrauliques ou pneumatiques.
On réalise sur toute la longueur de ce plan de joint 14 le cordon de soudure 15 et on fixe au niveau de ce plan de joint au moins un insert 25 en disposant les ondula- tions 26 dudit insert 25 dans le prolongement des ondulations 11 des portions de plaque 22 et 23 pour former des passages continus.
Selon un autre mode de réalisation, la fabrication de la plaque 10 formée des portions de plaque 22 et 23 est réalisée de la façon suivante.
Tout d'abord, on place bord à bord les deux portions de plaque métallique planes 22 et 23 de compositions métallurgiques différentes pour former le plan de joint 14, puis on maintient en position les portions de plaque 22 et 23 à l'aide de moyens de serrage classiques, comme par exemple des vérins hydrauliques ou pneumatiques et on réalise sur toute la longueur de ce plan de joint 14 le cordon de soudure 15.
Ensuite, on forme, par exemple par explosion, dans la partie centrale de chaque portion de plaque 22 et 23 les ondulations 11 en ménageant sur les bords de ces por- tions de plaque 22 et 23 des bords à surface lisse.
Après avoir réalisé le cordon de soudure 15, on fixe au niveau du plan de joint 14 et sur la face des portions de plaque 22 et 23 munies des ondulations 11, au moins un insert 25 en disposant les ondulations 26 de cet insert 25 dans le prolongement des ondulations 11 desdites portions de plaque 22 et 23 pour former des passages continus pour le fluide correspondant.
D'une manière générale, le cordon de soudure 15 est du type traversant et est réalisé au moyen d'un faisceau à haute densité d'énergie ou par le procédé TIG avec ou sans métal d'apport ou par le procédé MIG ou MAG.
Les portions de plaque 12, 13 et 22, 23 sont de compositions métallurgiques différentes et, à titre d'exemple, une portion de plaque est en acier inoxydable dont la teneur en chrome est supérieure à 13% tandis que l'autre portion de plaque est en acier allié ou non allié ou en alliage de nickel.
La composition métallurgique des portions de plaque 11, 12 et 22, 23 est déterminée en fonction du coef- ficient d'échange thermique et/ou en fonction de la température des fluides et/ou de la nature de ces fluides circulant dans le faisceau de plaques 1.
Ainsi, la plaque 10 peut comporter au niveau de la partie froide une portion de plaque en acier allié ou non allié qui présente une bonne tenue à la corrosion et en partie chaude une portion de plaque en acier inoxydable qui présente une bonne tenue mécanique . Dans les exemples de réalisation précédemment décrits, la plaque 10 comporte deux portions de plaques. En fonction de la nature des fluides circulant dans le faisceau de plaques et en fonction du coefficient d'échange thermique à obtenir, la plaque 10 peut comporter plus de deux portions de plaque.
Dans ce cas, les procédés de fabrication d'une telle plaque s'appliquent également.
Sur la Fig. 7, on a représenté une variante d'une plaque 10 d'échange thermique.
Comme pour les autres modes de réalisation, la plaque 10 est formée par deux portions de plaque métallique
12 et 13 de compositions métallurgiques différentes, placées bord à bord pour former un plan de joint 14 et reliées entre elles par un cordon de soudure 15 continu et étanche.
Dans ce mode de réalisation, les zones d'entrées et de sorties des fluides sont formées par les extrémités planes des plaques 10 entre lesquelles sont insérées des plaques 35 indépendantes et munies de reliefs pour assurer la distribution des fluides dans la zone d'échange thermique .
Ces plaques indépendantes 35 sont fixées sur la plaque 10 correspondante au moyen d' entretoises 36.
Les plaques indépendantes 35 ont la même compo- sition métallurgique que les portions de plaque 12 et 13 ou une composition métallurgique différente.
Par exemple, les plaques indépendantes 35 sont en acier inoxydable dont la teneur en chrome est supérieure à 13% ou en acier allié ou non allié ou encore en alliage de nickel.
La composition métallurgique des plaques indépendantes 35 est déterminée en fonction du coefficient d'échange thermique et/ou en fonction de la température des fluides et/ou de la nature des fluides. Le faisceau de plaques selon l'invention permet de pouvoir réaliser un échange thermique important entre un fluide chaud et un fluide froid dont les variations de température sur ce fluide froid peuvent atteindre 300 à 400°C.

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque d'un faisceau de plaques d'échange thermique, du type comprenant une partie centrale munie d'ondulations (11) et des bords à surface lisse, caractéri- sée en ce qu'elle est formée par au moins deux portions de plaque métallique (12, 13 ; 22, 23) de compositions métallurgiques différentes, placées bord à bord pour former au moins un plan de joint (14) et reliées entre elles par un cordon de soudure (15) continu et étanche s'étendant sur toute la longueur dudit plan de joint (14) .
2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ondulations (11) de chaque portion de plaque métallique (12, 13) s'étendent jusqu'au plan de joint (14) pour former des passages continus.
3. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que les portions de plaque métallique (22, 23) comportent au niveau dudit plan de joint (14) un bord à surface lisse (22a, 22b) sur lequel est fixé au moins un insert (25) recouvrant ledit plan de joint (14) et comportant des ondu- lations (26) disposées dans le prolongement des ondulations
(11) desdites portions de plaques (22, 23) pour former des passages continus.
4. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le plan de joint (14) s'étend sur toute la largeur de ladite plaque (10).
5. Plaque selon 1 ' une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le plan de joint (14) s'étend sur toute la longueur de ladite plaque (10).
6. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cordon de soudure (15) est du type traversant et est réalisé au moyen d'un faisceau à haute densité d' énergie.
7. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cordon de soudure (15) est du type traversant et est réalisé par le procédé TIG avec ou sans métal d'apport .
8. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cordon de soudure (15) est du type traversant et est réalisé par le procédé MIG ou MAG .
9. Plaque selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une portion de plaque métallique (12, 13 ; 22, 23) est en acier inoxydable dont la teneur en chrome est supérieure à 13%.
10. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins une portion de plaque (12, 13 ; 22, 23) est en acier allié ou non allié.
11. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins une portion de plaque métallique (12, 13 ; 22 , 23) est en alliage de nickel.
12. Procédé de fabrication d'une plaque (10) d'un faisceau de plaques (1) d'échange thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à placer bord à bord au moins deux portions de plaque métallique planes (12,' 13 ; 22, 23) de compositions métallurgiques différentes pour former au moins un plan de joint (14) ,
- à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint (14) un cordon de soudure (15) continu et étanche, - et à former dans la partie centrale de la plaque (10) des ondulations (11) .
13. Procédé de fabrication d'une plaque (10) de faisceau de plaques (1) d'échange thermique selon l'une quelconque des revendications l à 11, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à former dans la partie centrale d'au moins une première portion de plaque métallique plane (12 ; 22) des ondulations (11) en ménageant sur les bords de cette première portion de plaque des bords à surface lisse, - à former dans la partie centrale d'au moins une seconde portion de plaque métallique plane (13 ; 23) des ondulations (11) en ménageant sur les bords de cette seconde portion de plaque des bords à surface lisse, ladite seconde portion de plaque (13 ; 23) ayant une composition métallurgique différente de ladite première portion de plaque (12 ; 22) , - à placer bord à bord lesdites portions de plaque métallique (12, 13 ; 22, 23) pour former au moins un plan de joint (14) ,
- à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint (14) au moins un cordon de soudure (15) continu et étanche,
- et à fixer au niveau dudit plan de joint (14) au moins un insert (25) comportant des ondulations (26) disposées dans le prolongement des ondulations (11) desdites portions de plaque (12, 13 ; 22, 23) pour former des passa- ges continus.
14. Procédé de fabrication d'une plaque (10) d'un faisceau de plaques (1) d'échange thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il consiste : - à placer bord à bord au moins deux portions de plaque métallique planes (12, 13 ; 22, 23) de compositions métallurgiques différentes pour former au moins un plan de joint (14) ,
- à réaliser sur toute la longueur dudit plan de joint (14) un cordon de soudure (15) continu et étanche,
- à former dans la partie centrale de chaque portion de plaque (12,13 ; 22, 23) des ondulations en ménageant sur les bords desdites portions de plaques des bords à surface lisse, - et à fixer au niveau dudit plan de joint (14 au moins un insert (25) comportant des ondulations (26) disposées dans le prolongement des ondulations (11) desdites portions de plaque (12, 13 ; 22, 23) pour former des passages continus .
15. Faisceau de plaques d'échange thermique formé par un empilement de plaques (10) comportant chacune une partie centrale munie d'ondulations (11) et des bords à sur- face lisse et délimitant entre elles au moins deux circuits de circulation d'au moins deux fluides indépendants lesdites plaques (10) comprenant, d'une part, une zone d'échange thermique entre les fluides et, d'autre part, au niveau de leurs extrémités libres, une zone d'entrées et de sorties desdits fluides, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
16. Faisceau de plaques selon la revendication 15, caractérisé en ce que les zones d'entrées et de sorties des fluides sont formées par les extrémités planes des plaques (10) entre lesquelles sont insérées des plaques (35) indépendantes et munies de reliefs pour assurer la distribution des fluides dans la zone d'échange thermique.
17. Faisceau de plaques selon la revendication
16, caractérisé en ce que les plaques (35) indépendantes sont en acier inoxydable dont la teneur en chrome est supérieure à 13%.
18. Faisceau de plaque selon la revendication 16, caractérisé en ce que les plaques (35) indépendantes sont en acier allié ou non allié.
19. Faisceau de plaques selon la revendication 16, caractérisé en ce que les plaques (35) indépendantes sont en alliage de nickel.
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