WO1993004330A1 - Echangeur a plaques - Google Patents

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WO1993004330A1
WO1993004330A1 PCT/FR1992/000804 FR9200804W WO9304330A1 WO 1993004330 A1 WO1993004330 A1 WO 1993004330A1 FR 9200804 W FR9200804 W FR 9200804W WO 9304330 A1 WO9304330 A1 WO 9304330A1
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WO
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bundle
plates
heat exchanger
plate
fluid
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PCT/FR1992/000804
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English (en)
Inventor
Yves Couchet
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Packinox
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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
    • F28D9/0037—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
    • F28D9/0006—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 plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the design of plate type heat exchangers. They are generally distinguished from tubular exchangers by the fact that the fluids in a heat exchange situation circulate longitudinally on either side of corrugated plates arranged parallel to one another so as to rest on each other. others by ridges of their respective undulations.
  • exchangers of this type include a bundle of parallel flat plates which are made of thin sheets , most often made of stainless steel, provided with corrugations by which they are in contact with one another and by which they organize the circulation of fluids longitudinally from one end to the other of the exchanger (in general against -current one of 1'autre), creating turbulence favorable to the heat exchanges which take place between the fluids through each plate.
  • the plates are welded together by means of tongues or frames forming spacers which maintain the spacing between two successive joint plates.
  • the stack of plates is framed by two relatively thick sheets, which transfer the weight of the beam onto a support.
  • the tongues are placed continuously along the flat lateral edges of the plates. Their thickness balances that of the corrugations by which the thin sheets constituting the plates rest on each other, while providing circulation channels for an exchange fluid between two successive plates.
  • Such an embodiment of the beam is particularly difficult to implement.
  • the welding operation relates to substantially different thicknesses of material to be welded, between the tongues and the thin sheets, this leads to stresses and cracks due to differences in thermal inertia.
  • the present invention aims in particular to design an easier production beam which is lighter and which overcomes the above drawbacks. It is situated in a usual technological context, where this beam is placed in an enclosure suitable for receiving and containing that of the fluids with the highest pressure.
  • the present invention is characterized in that it consists of a stack of pairs of plates provided with corrugations and joined in pairs by welding by their respective lateral edges, thus providing closed passage channels for a first heat exchange fluid longitudinally from one end to the other of the bundle, the intervals between two pairs of neighboring plates, in contact by external ridges of the corrugations of the plates alternately providing open passage channels for a second fluid d heat exchange, the latter being preferably allowed to fill an enclosure containing the bundle.
  • the invention makes it possible to eliminate the intermediate tongues between plates on the lateral edges, whereby this not only leads to a noticeable reduction in the overall weight of the beam, but above all, the consequences of welding operations relating to thicknesses are avoided. of materials to be welded substantially different, between the tongues and the thin sheets, where tensions and cracks due to the differences of thermal inertia.
  • a first welding step consists in welding two by two the lateral edges of the plates, pressed against each other, preferably without filler metal. Each pair of two plates thus forms a fluid passage channel, longitudinally from one end to the other of the bundle.
  • the present invention also relates to the production of a plate-type heat exchanger comprising a pressure resistance enclosure in which the bundle of heat exchange plates is placed.
  • the exchanger according to the invention then advantageously comprises means for supplying and evacuating the heat exchange fluids between the outside of the enclosure and the ends of the bundle, at the level of intermediate tabs which join the plates while sparing inputs and outputs for said fluids.
  • these supply and evacuation means are preferably arranged so that the second fluid flowing in the open passage channels fills the enclosure.
  • This second fluid will preferably be the fluid at higher pressure, so that it is not necessary to provide elements for taking up pressure forces on the bundle, the holding of the stack being ensured by the fluid at higher pressure filling the enclosure, preferably upstream of the pressure drop which it undergoes when crossing the beam.
  • Such an embodiment which does not require the welding operation of the entire beam on its lateral edges, also allows in a variant to embodiment, to ensure better filling in volume of the enclosure, generally cylindrical, by authorizing the production of a bundle of plates from pairs of plates of different widths. A better exchange capacity of the exchanger is therefore obtained for a given size.
  • the latter is advantageously surrounded by a substantially parallelepipedal box open at its two longitudinal ends.
  • this box is of particularly simple constitution, insofar as it does not need to ensure a resumption of pressure forces.
  • the second higher pressure fluid circulating in the open channels and in the volume of the enclosure makes it possible to avoid elements for taking up these forces.
  • the box is replaced by two plates constituting side panels of length identical to the length of the plates and of width somewhat greater than the height of the stack.
  • the beam will be placed directly in the enclosure and the stack will be maintained once the pressurization has been carried out by the second higher fluid pressure.
  • the latter advantageously comprises at its longitudinal ends, intermediate tabs which, to determine access passages for fluids at the inlet and at the beam exit, are placed so that the laterally closed passage channels are open at the ends in the central part and the open channels for the second fluid between two adjoining pairs of two laterally welded plates are on the contrary closed by tabs in the same central area.
  • tabs closing the closed passage channels while the passage channels for the first fluid remain open.
  • the tongues intended to close each closed passage channel in the lateral zones be cut at a bevel at their end opposite the lateral edges of the plates, in order to allow their welding to be easily connected to the watertight welding of the corresponding channel. .
  • the means for supplying and evacuating the first fluid between the exterior of the enclosure and the ends of the bundle advantageously comprise, according to the invention, at each longitudinal end of the bundle, an internal collector circuit consisting of a connection box internal, welded by its longitudinal edges on the overlapping area of the lateral and central tabs and by its transverse edges on the external plates of the stack, and an internal conduit ensuring the connection between the connection box and the outside of The enclosure by crossing the latter.
  • the means for discharging the second exchange fluid advantageously comprise an external collector circuit, consisting of an external connection box, welded by its edges to the end of the box, and an external conduit coaxial with the internal conduit of the collector internal constituting the means for supplying the first fluid, ensuring the connection between the external box and the outside of the enclosure.
  • connection boxes are preferably made in the form of half-cylinders, the inlet box for the first fluid being inside the outlet box for the second fluid.
  • the means for supplying the second fluid may be produced in a similar manner to its means of evacuation, but they advantageously consist of a simple orifice in the enclosure, the second higher pressure fluid thus freely entering the bundle at the same time as it fills the enclosure, designed to withstand high pressure.
  • the invention also relates to a method for producing a plate type exchanger consisting of:
  • FIG. 2 shows in cross section a bundle of plates according to the invention, the section being made in the region of one of the longitudinal ends of the bundle;
  • FIG. 3 shows a partial exploded perspective view of an exchanger according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a cross section of an alternative embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 5 shows schematically and partially a perspective view of an exchanger according to the invention.
  • a bundle 1 of heat exchange plates according to the invention as shown in Figures 1 and 2 consists of a stack of pairs 2 of plates 3, 3 '.
  • Each pair 2 of plates 3, 3 ' is produced by superimposing two thin sheets constituting the plates 3, 3' bearing one on the other by internal ridges 4 of undulations which they comprise and which constitute their own means to organize the circulation of heat exchange fluids passing between two neighboring plates belonging to the same couple.
  • the plates 3, 3 ′ furthermore comprise a frame with a smooth surface, devoid of undulations and allowing in particular that two plates 3, 3 'constituting a couple 2 are welded to each other by the respective lateral edges 5, 5' of the plates 3, 3 'pressed against each other, without metal of input.
  • the pairs 2 of plates 3, 3 ′ thus produced constitute closed passage channels 6, longitudinally from one end to the other of the bundle 1, for a first heat exchange fluid.
  • pairs 2 of plates 3, 3 ′ are then stacked on each other and the intervals between two pairs of neighboring plates, in contact with external ridges 7 of the undulations of their plates, provide open passage channels 8 for a second heat exchange fluid.
  • the stack is then, in the example described, maintained in a simple rectangular box 9 open at both ends.
  • the purpose of this box 9 is firstly to channel the second heat exchange fluid into the open channels 8, and secondly, secondarily, to keep the stack in place until it is pressurized in an enclosure 10 ( Figure 5), designed to withstand the pressure of fluids.
  • the fluid flowing in the closed channels 6 will preferably be the fluid at lower pressure, or at least that which does not fill the enclosure, generally with a cylindrical shell, containing the bundle of plates.
  • the higher pressure fluid thus circulating in the open channels 8 at the same time as it fills the enclosure 10 as will be seen later, this makes it possible to prevent the box 9 having to take up the efforts of pressure.
  • tongues are put in place spacers 11, 12 (FIG. 2) which determine the passages of the fluid at the entry and exit of the bundle, where the passage channels 6, 8 connect to connection boxes 13, 14 (FIG. 3), so then carry out the welding of the end tongues 11, 12 and of the transverse edges 15, 15 'with smooth surface of the plates 3, 3' at the same time as that of internal connection boxes 13, 16 (FIG. 5) for the first fluid.
  • the exchanger as shown in FIG. 5 is an exchanger where the entire bundle 1 is suspended from the enclosure 10 with a cylindrical shell by an external manifold 17 of the first low-pressure heat exchange fluid, passing to the head end of the exchanger inside an internal manifold 18 of the second high-pressure heat exchange fluid, while at the foot end, the second high-pressure fluid freely enters the bundle 1 at the same time that it fills the enclosure 10, designed to resist high pressure, and that the first low pressure fluid leaves the bundle 1 via an internal manifold 19.
  • collectors 17, 18, 19 constitute means for supplying and evacuating the heat exchange fluids from the outside of the enclosure 10 towards the ends of the bundle.
  • the internal collecting circuits 18 and 19 each consist of an internal connection box 13, 16 of generally semi-cylindrical shape, and of an internal conduit 20, 21 ensuring the connection between the connection box 18 or 19 and the outside the enclosure 10.
  • the external collector circuit 17 consists of an external connection box 14 of generally semi-cylindrical shape and of an external conduit 22 ensuring the connection between the connection box 17 and outside the enclosure 10, the internal 20 and external 22 conduits being coaxial.
  • the channels 6 which were closed laterally during the plate 3 on plate 3 'welding step are open at the ends in a central zone 23 and are closed in the two lateral zones 24 and 25 on either side of the zone central 23 by the tongues 11, both at the head and at the bottom of the bundle.
  • the open channels 8 formed for the second fluid between two couples 2 joined to two plates 3, 3 'welded laterally are on the contrary closed by tongues 12 in the central zone 23 so as not to communicate with the internal collectors 18, 19.
  • the welding of these tongues is therefore carried out on the transverse edges of the plates at the same time as the welding of the internal connection boxes 13, 16 on an overlap zone 30 of the tongues 11, 12 at the two edges of the central zone 23 and on the central zone of the transverse edges of the two external plates of the bundle 1.
  • a final welding step consists in welding the external connection box 17 on the end of the box 9 surrounding the bundle.
  • FIG. 4 shows the best filling by volume which can be obtained according to the invention in a cylindrical shell 26 constituting the enclosure of
  • the exchanger In this case, a beam 27 of plates 28 of different widths.
  • a stepped section of the bundle as shown is made possible by the realization of the bundle in the form of pairs of stacked plates between which the passage channels for the second fluid can remain open.
  • the invention is in no way limited to the preferred embodiments given above by way of examples. On the contrary, it will be understood that it extends to many other variants.

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Abstract

L'invention concerne la réalisation d'un échangeur thermique de type à plaques dans lequel un faisceau (1) de plaques d'échange thermique entre deux fluides circulant entre elles est constitué d'un empilement de couples (2) de plaques (3, 3') pourvues d'ondulations et réunies par soudure par leurs bords latéraux (5, 5') respectifs. On ménage ainsi des canaux de passage fermés (6) pour un premier fluide d'échange thermique longitudinalement d'une extrémité à l'autre du faisceau (1), tandis que les intervalles entre deux couples (2) de plaques (3, 3') voisins en contact par des crêtes extérieures (7) des ondulations ménagent des canaux de passage ouverts (8) pour un second fluid d'échange thermique.

Description

ECHANGEUR A PLAQUES
La présente invention concerne la conception des échangeurs thermiques du type à plaques. Ceux-ci se distinguent d'une manière générale des échangeurs tubulaires par le fait que les fluides en situation d'échange thermique circulent longitudinalement de part et d'autre de plaques ondulées disposées parallèlement les unes aux autres de manière à reposer les unes sur les autres par des crêtes de leurs ondulations respectives.
Tels qu'ils sont décrits, par exemple, dans le brevet français n° 2.471.569 ou dans la demande de brevet français n° 8.813.883, des échangeurs de ce type comportent un faisceau de plaques planes parallèles qui sont constituées de tôles fines, le plus souvent en acier inoxydable, munies d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles organisent la circulation des fluides longitudinalement d'une extrémité à 1'autre de 1'échangeur (en général à contre-courant 1'un de 1'autre), en créant des turbulences favorables aux échanges thermiques qui ont lieu entre les fluides à travers chaque plaque. Sur leurs bords longitudinaux, les plaques sont soudées entre elles par 1'intermédiaire de languettes ou de cadres formant entretoises qui maintiennent l'écartement entre deux plaques jointives successives. L'empilement de plaques est encadré par deux tôles relativement épaisses, qui reportent le poids du faisceau sur un support.
Suivant la technique connue, les languettes sont placées continûment tout au long des bords latéraux plats des plaques. Leur épaisseur équilibre celle des ondulations par lesquelles les tôles fines constituant les plaques s'appuient les unes sur les autres, tout en ménageant des canaux de circulation d'un fluide d'échange entre deux plaques successives.
Un tel mode de réalisation du faisceau est particulièrement délicat à mettre en oeuvre. De plus, dans la mesure où 1'opération de soudage porte sur des épaisseurs de matériaux à souder sensiblement différentes, entre les languettes et les tôles fines, cela conduit à des tensions et des fissures dues aux différences d'inertie thermique.
La présente invention vise notamment la conception d'un faisceau de réalisation plus aisée qui soit plus léger et qui remédie aux inconvénients ci- dessus. Elle se situe dans un contexte technologique usuel, où ce faisceau est disposé dans une enceinte propre à recevoir et contenir celui des fluides dont la pression est la plus élevée.
Selon sa caractéristique principale, la présente invention est caractérisée en ce qu'il est constitué d'un empilement de couples de plaques pourvues d'ondulations et réunies deux à deux par soudure par leurs bords latéraux respectifs, ménageant ainsi des canaux de passage fermés pour un premier fluide d'échange thermique longitudinalement d'une extrémité à l'autre du faisceau, les intervalles entre deux couples de plaques voisins, en contact par des crêtes extérieures des ondulations des plaques ménageant alternativement des canaux de passage ouverts pour un second fluide d'échange thermique, ce dernier étant préfèrentiellement admis à remplir une enceinte contenant le faisceau.
L'invention permet de supprimer les languettes intermédiaires entre plaques sur les bords latéraux, ce par quoi on aboutit non seulement à un allégement notable de l'ensemble du faisceau, mais surtout, on évite les conséquences d'opérations de soudage portant sur des épaisseurs de matériaux à souder sensiblement différents, entre les languettes et les tôles fines, d'où des tensions et des fissures dues aux différences d'inertie thermique.
Conformément à l'invention, on s'attache à fermer hermétiquement un canal sur deux seulement. En pratique, une première étape de soudure consiste à souder deux par deux les bords latéraux des plaques, pressés l'un contre l'autre, de préférence sans métal d'apport. Chaque couple de deux plaques forme ainsi un canal de passage de fluide, longitudinalement d'une extrémité à l'autre du faisceau.
La présente invention vise également la réalisation d'un échangeur thermique de type à plaques comportant une enceinte de résistance en pression dans laquelle est placé le faisceau de plaques d'échange thermique. L'échangeur suivant 1'invention comporte alors avantageusement des moyens d'amenée et d'évacuation des fluides d'échange thermique entre l'extérieur de l'enceinte et les extrémités du faisceau, au niveau de languettes intercalaires qui réunissent les plaques en ménageant des entrées et sorties pour lesdits fluides.
Comme on le verra par la suite, ces moyens d'amenée et d'évacuation sont de préférence aménagés de sorte que le second fluide circulant dans les canaux de passage ouverts remplisse l'enceinte. Ce second fluide sera de préférence le fluide à plus haute pression, de sorte qu'il ne soit pas nécessaire de prévoir des éléments de reprise des efforts de pression sur le faisceau, la tenue de l'empilement étant assurée par le fluide à plus haute pression emplissant l'enceinte, de préférence en amont de la perte de charge q 'il subit à la traversée du faisceau.
Une telle réalisation, qui ne nécessite pas d'opération de soudage de l'ensemble du faisceau sur ses bords latéraux, permet également dans une variante de réalisation, d'assurer un meilleur remplissage en volume de l'enceinte, généralement cylindrique, en autorisant la réalisation d'un faisceau de plaques à partir de couples de plaques de largeurs différentes. On obtient donc une meilleure capacité d'échange de 1 'échangeur pour un encombrement donné.
Afin, d'une part, de faciliter l'assemblage de 1'échangeur et, d'autre part, de guider le second fluide longitudinalement dans le faisceau, ce dernier est avantageusement entouré par un caisson sensiblement parallélépipédique ouvert en ses deux extrémités longitudinales.
Selon l'invention, ce caisson est de constitution particulièrement simple, dans la mesure où il n'est pas nécessaire qu'il assure une reprise des efforts de pression. Avantageusement, le second fluide à plus haute pression circulant dans les canaux ouverts et dans le volume de 1 'enceinte permet d'éviter des éléments de reprise de ces efforts.
Selon une variante de réalisation de l'invention, le caisson est remplacé par deux plaques constituant des jouées latérales de longueur identique à la longueur des plaques et de largeur quelque peu supérieure à la hauteur de l'empilement. Ces jouées assurent le guidage du second fluide dans les canaux ouverts du faisceau, le maintien de l'empilement, avant son assemblage aux moyens d'amenée et d'évacuation, son positionnement dans 1'enceinte pouvant être assuré par des moyens de fixation des jouées entre elles les reliant 1' ne à 1'autre en des points de leurs bords latéraux, par exemple par des tirants ou tout autre moyen.
Selon une autre variante de réalisation où le maintien de 1'empilement préalablement à son assemblage aux moyens d'amenée et d'évacuation n'est pas nécessaire, ce qui peut être le cas par exemple d'un faisceau de largeur variable destiné à occuper un plus grand volume en section dans une enceinte cylindrique, le faisceau sera placé directement dans 1'enceinte et le maintien de l'empilement sera assuré une fois la mise en pression effectuée par le second fluide à plus haute pression.
Afin de permettre 1'organisation de la circulation des fluides dans le faisceau à partir de ses extrémités, celui-ci comporte avantageusement à ses extrémités longitudinales, des languettes intercalaires qui, pour déterminer des passages d'accès des fluides à l'entrée et à la sortie du faisceau, sont placées de telle sorte que les canaux de passage fermés latéralement sont ouverts aux extrémités dans la partie centrale et les canaux ouverts pour le second fluide entre deux couples accolés de deux plaques soudées latéralement sont au contraire fermés par des languettes dans la même zone centrale. Dans les deux zones latérales de part et d'autre de la zone centrale, on trouve à 1'inverse des languettes fermant les canaux de passage fermés alors que les canaux de passage du premier fluide restent ouverts. 11 sera souvent utile ici que les languettes destinées à fermer chaque canal de passage fermé dans les zones latérales soient taillées en biseau à leur extrémité en regard des bords latéraux des plaques, afin de permettre leur soudure de raccordement aisée à la soudure étanche du canal correspondant.
En regardant le faisceau en bout, on voit donc en succession, transversalement à l'empilement, alternativement une languette centrale et deux languettes latérales, avec toutefois avantageusement un recouvrement d' n canal à 1'autre sur les bords de la zone centrale, là où, comme on le verra par la suite, un collecteur interne constituant les moyens d'amenée ou d'évacuation du premier fluide viendra se souder sur les languettes par une boîte de raccordement. On notera que le soudage à ce niveau ne pose nullement les problèmes que l'on rencontrait dans l'art antérieur avec les languettes latérales. En fait, les languettes relativement épaisses ont avantageusement une longueur beaucoup plus faible le long des tôles fines à souder, et de plus, le soudage fait intervenir les parois du collecteur, qui sont également relativement épaisses par rapport aux tôles fines constituant les plaques.
Les moyens d'amenée et d'évacuation du premier fluide entre 1'extérieur de 1 'enceinte et les extrémités du faisceau comportent avantageusement selon l'invention, à chaque extrémité longitudinale du faisceau, un circuit collecteur interne constitué d'une boîte de raccordement interne, soudée par ses bords longitudinaux sur la zone de recouvrement des languettes latérales et centrales et par ses bords transversaux sur les plaques externes de l'empilement, et d'un conduit interne assurant la liaison entre la boîte de raccordement et 1'extérieur de 1'enceinte en traversant cette dernière.
Les moyens d'évacuation du second fluide d'échange comportent avantageusement un circuit collecteur externe, constitué d'une boîte de raccordement externe, soudée par ses bords sur l'extrémité du caisson, et d'un conduit externe coaxial au conduit interne du collecteur interne constituant les moyens d'amenée du premier fluide, assurant la liaison entre la boîte externe et l'extérieur de l'enceinte.
Les boîtes de raccordement sont réalisées de préférence sous la forme de demi-cylindres, la boîte d'amenée du premier fluide étant à 1'intérieur de la boîte d'évacuation du second fluide.
Les moyens d'amenée du second fluide peuvent être réalisés de manière semblable à ses moyens d'évacuation, mais ils consistent avantageusement en un simple orifice dans l'enceinte, le second fluide à plus haute pression pénétrant ainsi librement dans le faisceau en même temps qu'il remplit l'enceinte, conçue pour résister à la haute pression.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un échangeur de type à plaques consistant :
- lors d'une première étape de soudage, à souder deux par deux les bords latéraux des plaques, pressés l'un contre l'autre, de préférence sans métal d'apport ;
- à empiler les couples de plaques ainsi réalisés les uns sur les autres, en contact par leurs ondulations respectives extérieures, l'ensemble étant de préférence maintenu dans un caisson parallélépipédique ouvert aux deux extrémités ;
- à mettre en place, à ces deux extrémités, les languettes intercalaires qui déterminent les passages de fluide aux deux extrémités du faisceau ;
- lors d'une deuxième étape de soudage, à souder les languettes d'extrémités et les bords transversaux des plaques, et simultanément les boîtes de raccordement internes sur la zone de recouvrement des languettes ;
- lors d'une troisième étape de soudage, à souder la ou les boîtes de raccordement externes sur les extrémités du caisson entourant le faisceau.
On décrira maintenant plus en détail des formes de réalisation particulières de 1'invention qui en feront mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que ces formes de réalisation sont choisies à titre d'exemples non limitatifs. Leur description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente en coupe transversale, dans une région où les plaques présentent des ondulations, un faisceau de plaques d'échange thermique selon 1'invention ;
- la figure 2 représente en coupe transversale un faisceau de plaques selon 1'invention, la coupe étant réalisée dans la région d'une des extrémités longitudinales du faisceau ;
- la figure 3 représente une vue partielle en perspective éclatée d'un échangeur selon 1'invention ;
- la figure 4 représente schématiquement une coupe transversale d'une variante de réalisation d'un échangeur selon 1 'invention ; et
- la figure 5 représente schématiquement et partiellement une vue en perspective d'un échangeur selon 1'invention.
Dans toutes ces figures, et pour des raisons de clarté, les échelles n'ont pas été respectées et les représentations sont schématisées. De plus, et toujours pour des raisons de clarté, les mêmes éléments seront désignés par les mêmes références sur les différentes figures.
Un faisceau 1 de plaques d'échange thermique selon 1'invention tel que représenté aux figures 1 et 2 est constitué d'un empilement de couples 2 de plaques 3, 3'. Chaque couple 2 de plaques 3, 3' est réalisé en superposant deux tôles fines constituant les plaques 3, 3' prenant appui 1'une sur 1'autre par des crêtes intérieures 4 d'ondulations qu'elles comportent et qui constituent des moyens propres à organiser la circulation des fluides d'échange thermique passant entre deux plaques voisines appartenant à un même couple. Les plaques 3, 3' comportent en outre un encadrement à surface lisse, dépourvu d'ondulations et permettant notamment que deux plaques 3, 3' constitutives d'un couple 2 soient soudées 1'une à l'autre par les bords latéraux respectifs 5, 5' des plaques 3, 3' pressés l'un contre l'autre, sans métal d'apport.
Les couples 2 de plaques 3, 3' ainsi réalisés constituent des canaux de passage fermés 6, longitudinalement d'une extrémité à 1'autre du faisceau 1, pour un premier fluide d'échange thermique.
Les couples 2 de plaques 3, 3' sont ensuite empilés les uns sur les autres et les intervalles entre deux couples de plaques voisins, en contact par des crêtes extérieures 7 des ondulations de leurs plaques, ménagent des canaux de passage ouverts 8 pour un second fluide d'échange thermique.
L'empilement est ensuite, dans l'exemple décrit, maintenu dans un simple caisson 9 parallélépipédique ouvert aux deux extrémités. Ce caisson 9 a pour but d'une part de canaliser le second fluide d'échange thermique dans les canaux ouverts 8, et d'autre part, accessoirement, de maintenir l'empilement en place jusqu'à sa mise sous pression dans une enceinte 10 (figure 5), conçue quant à elle pour résister à la pression des fluides.
Dans l'échangeur, le fluide circulant dans les canaux fermés 6 sera preferentiellement le fluide à plus basse pression, ou du moins celui qui ne remplit pas l'enceinte, généralement à virole cyclindrique, contenant le faisceau de plaques. En effet, le fluide à plus haute pression circulant ainsi dans les canaux ouverts 8 en même temps qu'il remplit l'enceinte 10 comme on le verra par la suite, cela permet d'éviter que le caisson 9 ait à reprendre des efforts de pression.
Aux deux extrémités de l'empilement constitutif du faisceau 1, on met en place des languettes intercalaires 11, 12 (figure 2) qui déterminent les passages du fluide à 1'entrée et à la sortie du faisceau, là où les canaux de passage 6, 8 se connectent à des boîtes de raccordement 13, 14 (figure 3), afin de réaliser ensuite le soudage des languettes d'extrémité 11, 12 et des bords transversaux 15, 15' à surface lisse des plaques 3, 3 ' en même temps que celui de boîtes de raccordement internes 13, 16 (figure 5) pour le premier fluide.
L'échangeur tel que représenté à la figure 5 est un échangeur où 1'ensemble du faisceau 1 est suspendu à l'enceinte 10 à virole cylindrique par un collecteur externe 17 du premier fluide d'échange thermique à basse pression, passant à l'extrémité de tête de l'échangeur à l'intérieur d'un collecteur interne 18 du second fluide d'échange thermique à haute pression, tandis qu'à l'extrémité de pied, le second fluide à haute pression pénètre librement dans le faisceau 1 en même temps qu'il remplit l'enceinte 10, conçue pour résister à la haute pression, et que le premier fluide à basse pression sort du faisceau 1 par un collecteur interne 19.
Ces collecteurs 17, 18, 19 constituent des moyens d'amenée et d'évacuation des fluides d'échange thermique depuis l'extérieur de l'enceinte 10 vers les extrémités du faisceau.
Les circuits collecteurs internes 18 et 19 sont constitués chacun d'une boîte de raccordement interne 13, 16 de forme générale demi-cylindrique, et d'un conduit interne 20, 21 assurant la liaison entre la boîte de raccordement 18 ou 19 et l'extérieur de l'enceinte 10.
Le circuit collecteur externe 17 est constitué d'une boîte de raccordement externe 14 de forme généralement demi-cylindrique et d'un conduit externe 22 assurant la liaison entre la boîte de raccordement 17 et l'extérieur de l'enceinte 10, les conduits interne 20 et externe 22 étant coaxiaux.
Les canaux 6 qui ont été fermés latéralement lors de 1'étape de soudage plaque 3 sur plaque 3' sont ouverts aux extrémités dans une zone centrale 23 et sont fermés dans les deux zones latérales 24 et 25 de part et d'autre de la zone centrale 23 par les languettes 11, aussi bien en tête qu'en pied du faisceau. Les canaux ouverts 8 formés pour le second fluide entre deux couples 2 accolés de deux plaques 3, 3' soudées latéralement sont au contraire fermés par des languettes 12 dans la zone centrale 23 afin de ne pas communiquer avec les collecteurs internes 18, 19. Dans les deux zones latérales 24, 25 on trouve des languettes 11 fermant les canaux 6 du premier fluide alors que les canaux 8 du second fluide restent ouverts pour communiquer soit avec le collecteur externe 17 à l'extrémité de tête, soit avec des moyens de guidage analogues, ou directement avec le volume interne de l'enceinte 10 en pied de faisceau.
Une fois les languettes 11, 12 mises en place, on réalise donc le soudage de ces languettes sur les bords transversaux des plaques en même temps que le soudage des boîtes de raccordement internes 13, 16 sur une zone de recouvrement 30 des languettes 11, 12 aux deux bords de la zone centrale 23 et sur la zone centrale des bords transversaux des deux plaques externes du faisceau 1.
Enfin, une dernière étape de soudage consiste à souder la boîte de raccordement externe 17 sur l'extrémité du caisson 9 entourant le faisceau.
La variante de réalisation représentée à la figure 4 montre le meilleur remplissage en volume qui peut être obtenu selon l'invention dans une virole cylindrique 26 constitutive de l'enceinte de
1'échangeur. On réalise dans ce cas un faisceau 27 de plaques 28 de largeurs différentes. Une section en gradins du faisceau telle que représentée est rendue possible grâce à la réalisation du faisceau sous forme de couples de plaques empilés entre lesquels les canaux de passage pour le second fluide peuvent rester ouverts.
Mais naturellement, l'invention n'est en rien limitée aux modes de réalisation préférés donnés ci- dessus à titre d'exemples. On concevra au contraire qu'elle s'étend à de nombreuses autres variantes. En particulier, il peut être utile de rajouter des cales latérales, en longueur des couples de plaques soudées, ces cales étant disposées non soudées entre deux couples adjacents, pour réduire les vibrations pouvant intervenir en cet endroit.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Echangeur thermique du type à plaques, comportant un faisceau d'échange thermique constitué par des plaques ondulées reposant les unes sur les autres par des crêtes de- leurs ondulations respectives, caractérisé en ce que lesdites plaques (3, 3') sont soudées deux à deux sur leurs bords latéraux longitudinalement d'une extrémité supérieure à une extrémité inférieure dudit faisceau (1), de telle sorte qu'elles ménagent entre elles des canaux de passage pour un premier et pour un second fluide d'échange thermique qui sont respectivement alternativement fermés (6) et ouverts (8) dans une enceinte (10) contenant ledit faisceau (1),
en ce que lesdites plaques sont par ailleurs réunies aux extrémités du faisceau par les languettes intercalaires (11, 12) ménageant des entrées et sorties pour lesdits fluides,
et en ce qu'il comporte au moins une boîte de raccordement qui est soudée sur lesdites languettes à 1'extrémité supérieure du faisceau pour guider la circulation dudit premier fluide d'échange thermique entre lesdits canaux fermés (6) et un conduit interne (20) le guidant à travers ladite enceinte (10).
2/ Echangeur thermique de type à plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque canal de passage fermé (6) comporte à ses deux extrémités longitudinales deux languettes intercalaires (11) obturant chaque extrémité de part et d'autre d'une zone centrale (23) constituant 1'accès au canal de passage fermé (6) et en ce que chaque canal de passage ouvert (8) comporte à ses deux extrémités longitudinales une languette intercalaire (12) obturant•chaque extrémité dans ladite zone centrale (23). languette intercalaire (12) obturant chaque extrémité dans ladite zone centrale (23) .
3/ Echangeur thermique du type à plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur desdites languettes intercalaires (11, 12) est telle qu'elles présentent une fois placées une zone de recouvrement d'un canal à l'autre .sur les bords de ladite zone centrale (23) .
4/ Echangeur thermique du type à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bords latéraux (5, 5') de deux plaques voisines constituant un couple (2) de plaque (3, 3') sont soudés en étant pressés les uns contre les autres, de préférence sans métal d'apport.
5/ Echangeur thermique du type à plaques selon 1'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (9) ouvert à ses deux extrémités et entourant le faisceau (1), de sorte à canaliser latéralement le second fluide d'échange thermique dans lesdits canaux ouverts (8) .
6/ Echangeur thermique du type à plaques selon 1'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le faisceau (27) est constitué de couples de plaques (28) de largeurs différentes autorisant un meilleur remplissage du volume de ladite enceinte (10), celle-ci étant à virole cylindrique (26).
7/ Echangeur thermique du type à plaques selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte de part et d'autre du faisceau (1), en regard des bords latéraux des plaques, deux jouées de longueur sensiblement égale à la longueur des plaques et de hauteur sensiblement égale à la hauteur de l'empilement, de sorte à canaliser le second fluide d'échange thermique longitudinalement d'une extrémité à 1'autre du faisceau.
8/ Echangeur thermique du type à plaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite boîte de raccordement 13 pour ledit premier fluide d'échange thermique, destiné à circuler dans lesdits canaux fermés (6), est de forme générale demi-cylindrique et soudée sur lesdites languettes (11, 12) dans des zones de recouvrement suivant la revendication 3 ainsi que sur les bords transversaux des plaques limitrophes externes du faisceau (1).
9/ Echangeur thermique à plaques suivant 1'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite boîte de raccordement (13) forme avec ledit conduit (20) un circuit collecteur interne (18) d'amenée dudit premier fluide dans lesdits canaux fermés (6) du faisceau d'échange thermique (1) et en ce qu'un circuit collecteur analogue (19) est prévu à l'extrémité inférieure dudit faisceau pour l'évacuation dudit premier fluide hors de ladite enceinte (10).
10/ Echangeur thermique du type à plaques selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que pour l'évacuation d'un second fluide d'échange thermique, destiné à circuler dans lesdits canaux ouverts (8), il comporte un circuit collecteur externe (17) comportant une boîte de raccordement externe (14), de préférence de forme générale demi-cylindrique, soudée sur une extrémité ouverte dudit caisson (9), et un conduit externe (22) assurant la liaison entre ladite boîte de raccordement externe (14) et l'extérieur de 1'enceinte (10).
11/ Echangeur thermique du type à plaques selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit collecteur interne (18) d'amenée du premier fluide est contenu dans ledit collecteur externe (17) d'évacuation du second fluide, ce dernier étant situé à l'extrémité supérieure du faisceau (1) .
12/ Echangeur thermique du type à plaques selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que des moyens d'amenée du second fluide s'ouvrent par un simple orifice dans l'enceinte (10), le second fluide pénétrant ainsi librement dans le faisceau (1) en même temps qu'il remplit l'enceinte (10).
13/ Procédé de réalisation d'un échangeur thermique selon la revendication 11 ou 12, comportant un faisceau de plaques selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste : à souder deux par deux, lors d'une première étape, les bords latéraux (5, 5') des plaques (3, 3'), pressés l'un contre l'autre, de préférence sans métal d'apport ; à empiler les couples (2) de plaques (3, 3') ainsi réalisés les uns sur les autres et à placer 1'empilement dans un caisson parallélépipédique (9 ) ouvert aux deux extrémités ; à mettre en place aux extrémités des canaux (6, 8) réalisés par l'empilement, des languettes intercalaires (11, 12) propres à déterminer les passages des fluides aux deux extrémités du faisceau ; - à souder, lors d'une deuxième étape de soudage, les languettes (11, 12) et les bords transversaux (15, 15') des plaques et des boîtes de raccordement internes (13, 16) sur la zone de recouvrement des languettes (11, 12); - à souder, lors d'une troisième étape de soudage, au moins une boîte de raccordement externe (14) sur une extrémité du caisson (9 ) entourant le faisceau (1) .
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