BE1004093A5

BE1004093A5 - Echangeur de chaleur a plaques.

Info

Publication number: BE1004093A5
Application number: BE9001229A
Authority: BE
Inventors: Eberhard Krause
Original assignee: Bavaria Anlagenbau Gmbh
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1992-09-22
Also published as: GB2235040A; GB2235040B; DE3924581C2; FR2650381A1; JPH03221790A; DE3924581A1; GB9011911D0

Abstract

Echangeur de chaleur à plaques compris dans un bâti dans lequel des éléements en plaques sont assemblées en paires et celles-ci en piles de telle sorte que les paires de plaques délimitent des ouvertures en forme de tubes et en forme de fentes disposées à angles droits, alors que les cadres frontaux, qui forment ensemble avec des barres profilées latérales le bâti, consistent en des profils de crête qui s'étendent sur deux bords de la face frontale de la pile et qui s'engageant par leurs dents entre les paires de plaques depuis le côté des tubes et en des profils de chassis qui s'étendent sur toute la hauteur de la pile et qui sont assemblés aux profils de crête pour former lesdits cadres frontaux.

Description


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  CHANGEUR DE CHALEUR A PLAQUES 
La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaques conforme au préambule de la revendication principale, de même qu'à la description et à l'illustration qui en sont données par exemple dans le document   DE-Al-37 10   823. 



   Dans les échangeurs de chaleur à plaques génériques les chemins d'écoulement pour les deux fluides participant à l'échange de chaleur sont séparés les uns des autres aux coins de l'empilement par des cordons de soudure d'angle perpendiculaires aux cordons de soudure en ligne et aux cordons de soudure bombés. 



   La réalisation de tels cordons de soudure d'angle est difficile à réaliser du point de vue de la technologie de soudage, surtout lorsque l'épaisseur des tôles des différents éléments en plaques rassemblés en un empilement est réduite et qu'elle se limite par exemple à 0,2 mm ou à moins encore. Une autre difficulté réside dans le fait que ces cordons de soudure d'angle servent en même temps à l'empilement comme éléments de raccordement à la carcasse entourant cet empilement.

   Ainsi donc ces cordons de soudure d'angle constituent des points faibles, du point de vue solidité, d'un tel échangeur de chaleur à plaques dont les éléments en plaques sont réunis en des paires de plaques qui sont assemblées de leur côté en des piles qui constituent des modules et qui peuvent être mises ensemble pour former des échangeurs de chaleur à plaques de dimensions quelconques. 



   On connaît également des échangeurs de chaleur à plaques dans lesquels les différents éléments en plaques comportent, en 

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   v e j= la séparation des chemins d'c-coulement   des deux fluides   participant à l'échange   de chaleur, une étanchéification au moyen de joints à leurs points respectifs d'assemblage, ainsi qu'une jonction rigide au moyen de goujons filetés, ces derniers servant en même temps d'éléments de fixation pour la carcasse entourant la pile. Cette configuration est décrite dans le brevet   CB   1.034. 466.

   S'il est vrai que de cette façon on peut produire des modules qui sont faciles à monter et aisés à manipuler et qui peuvent être assemblés en des échangeurs de chaleur à plaques d'une puissance   élévée   à volonté, il n'en reste pas moins que la multitude de joints élastiques entre les différents éléments en plaques fait qu'on ne peut pas tirer le plein avantage de la résistance mécanique des modules à plaques. En effet la résistance de telles piles de plaques dépend en premier lieu de la résistance à la pression et de la résistance à la température du matériau des joints. Or, il se fait que sous les conditions de service données, ces joints n'ont qu'une durée de vie assez limitée et ils doivent donc être échangés assez souvent.

   Par ailleurs l'étanchéité de tels points de jonction laisse beaucoup à désirer, essentiellement lorsque les fluides échangeurs de chaleur ont des propriétés corrosives. 



   La protection de la nature et les mesures de sauvegarde de l'énergie exigent de plus en plus l'utilisation d'échangeurs de chaleur, même dans des installations de procédés industriels qui travaillent sous des conditions opératoires extrêmes, de sorte que les exigences auxquelles doivent suffire de tels échangeurs de chaleur deviennent aussi de plus en plus élevées. Il existe par ailleurs l'exigence d'une puissance volumique élevée,   c'est-à-dire   un rapport optimal entre le volume occupé et la capacité d'échange de chaleur, de même que l'exigence d'un poids favorable par unité de puissance.

   A côté des pressions et températures d'opération admissibles pour les fluides, c'est la puissance calorifique spécifique qui détermine la puissance volumique et donc aussi le poids par unité de   puissance.   ce rapport c'est l'épaisseur de tôle des ditférents éléments à ;. laques qui   joute   un rôle important. 

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   Dans le contexte des échangeurs de chaleur à plaques composés d'éléments en plaques individuels relativement minces, qui sont soudés ensemble en vue de la formation de chemins d'écoulement pour les fluides participant à l'échange de chaleur, l'invention a en conséquence pour objectif de créer un nouvel assemblage d'angle servant en même temps comme moyen de connexion pour le bâti. Cet assemblage d'angle doit être facile à produire et à monter, il doit être tel que les divers éléments en plaques restent fixés statiquement dans la pile et dans le bâti pendant des durées de service prolongées et il doit aussi garantir sous n'importe quelles conditions d'exploitation une étanchéité assurée. 



   Cet objectif est pleinement atteint grâce à l'invention par les moyens constituant la caractéristique de la revendication principale. 



   Grâce à la constitution de l'assemblage d'angle conformément à la présente invention comme cadre-chassis, on parvient à créer du côté des tubes, au début et à la fin d'une pile d'éléments en plaques, des cadres frontaux servant tout aussi bien à des fins l'étanchéification que de raccordement. Ces cadres sont reliés par des barres profilées, disposées orthogonalement par rapport au plan du cadre, de sorte à créer des modules de dimensions préétablies qui sont faciles à fabriquer et à manier et qui se laissent assembler en échangeurs de chaleur d'une quelconque puissance. 



   Grâce à la section en U des profils de crête et des profils de chassis on atteint pour une faible épaisseur du matériau une résistance mécanique élevée, alors qu'en même temps les ailes courtes des profils de chassis forment des butées pour les faces extérieures des éléments en plaques extérieurs de la pile. 



   Lorsqu'on se met à assembler plusieurs de ces modules par l'intermédiaire de barres profilées pour en former un échangeur de chaleur à plaques, on évite à coup sûr le flambage des minces éléments en plaques des piles grâce aux éléments de soutien prévus entre les différentes piles. 

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   Grâce à la bande d'étanchéité en silicone, disposée entre les profils de crête et les paires de plaques des piles, on réalise dans les coins des piles avec certitude la séparation requise des fluides pendant des durées de service prolongées, étant donné que cette bande d'étanchéité n'est pas exposée à des sollicitations mécaniques, par exemple par la pression d'étanchéification exercée sur des goujons filetés. La fixation mécanique des éléments en plaques de la pile est réalisée uniquement par les différentes dents des profils de crête qui depuis le côté des tubes prennent entre les différentes paires de plaques. 



   Les profils de crête, constitués d'après une autre forme d'exécution de l'invention par des barres profilées en T, ont l'avantage que par suite de l'épaisseur étagée des dents, cellesci peuvent être soudées aux endroits de contact aux paires de plaques. 



   L'invention est décrite ci-dessous à l'exemple de deux cas de réalisations présentées plus ou moins schématiquement dans les dessins. Les différentes figures de ces dessins illustrent : - figure 1, une vue en perspective, en partie en coupe, d'un module d'échangeur de chaleur à plaques conforme à la présente invention, un deuxième module d'échangeur de chaleur voisin étant seulement ébauché du côté gauche ; - figure 2, une vue, dans la direction de la flèche 2, sur le côté des fentes du module d'échangeur de chaleur montré dans la figure 1 ; - figure 3, une vue de côté, dans la direction de la flèche 3, sur le module d'échangeur de chaleur conforme à la figure 1 ; - figure 4, une vue de côté du module d'échangeur de chaleur conforme à la figure 1, vu à partir du côté des tubes dans la direction de la flèche 4 ;

   - figure 5, une représentation en perspective d'un profil de crête qui est une partie du cadre frontal du module d'échangeur de chaleur ; 

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 - figure 6, une représentation en perspective d'un profil de chassis qui est une partie du cadre frontal du module d'échangeur de chaleur ; - figure 7, une vue en perspective, en partie en coupe, du montage d'un profil de crête suivant une deuxième forme d'exécution de l'invention, constituée par des barres profilées ayant une section en forme de T ; - figure 8, une représentation en perspective du profil de crête en forme de T suivant la figure 7. 



   Un module d'échangeur de chaleur WM, approprié pour les applications les plus variées, est constitué, comme il ressort surtout de la figure 1, d'éléments en plaques 10 qui sont pourvus d'estampages réguliers 11 et qui sont assemblés en une pile. Deux éléments en plaques estampés 10 sont superposés de façon inversée et assemblés en paires de plaques 14 par une première série de cordons de soudure 13, obtenus par soudage par molette, le long des zones non estampées des bords 12 opposés. Les surfaces des éléments en plaques qui se font face dans les paires de plaques 14, délimitent des ouvertures en forme de fentes 15, qui sont surtout bien visibles dans les figures 2 et 7. 



   Chaque paire de plaques 14 est reliée solidement à la paire voisine de plaques 14 par une deuxième série de cordons de soudure 16 qui se font face l'un à l'autre et qui relient les jointures frontales des bords avoisinants. 



   Les surfaces des diverses paires de plaques qui se font face délimitent des ouvertures de forme tubulaire, les tubes 18. 



   Les différents éléments en plaques et les paires de plaques en résultant sont disposés de telle sorte que les ouvertures du côté des fentes et du côté des tubes se trouvent arrangées en angles droits pour les fluides échangeurs de chaleur. 



   Les différentes paires de plaques 14, reliées entre elles par les cordons de soudure frontaux pour former une pile ST, sont retenues dans la position empilée par quatre profils de crête 20. Ceux-ci s'étendent de façon parallèle le long des deux crêtes sur toute la largeur du front de l'empilage ST, comme tel ressort surtout des figures 1 et 2. 

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   Les profils de crête 20 ont une section en forme de U, comme montré par la figure 5, avec des ailes 22 et 23 de longueurs inégales, les ailes 23 étant pourvues de dents 25. La distance réciproque a des dents 25 correspond à la profondeur d'estampage t d'une paire de plaques majorée de la double épaisseur s des tôles d'une paire de plaques, ceci ressortant bien de la figure 2. Les profils de crête 20 sont disposés de telle façon que les dents 25 s'étendent depuis le côte des tubes des paires de plaques 14 jusqu'entre les différentes paires de plaques et retiennent ainsi solidement celles-ci, comme on peut s'en rendre compte dans les figures 1, 2 et 4.

   Entre les profils de crête 20 et les paires de plaques 14 on a disposé des bandes d'étanchéité 37 en silicone pour réaliser une séparation fiable des fluides dans les coins des piles ST, comme tel ressort des figures 2 et 3 mais non de la figure 1 qu'on n'a pas voulu surcharger. 



   Les profils de crête 20 supérieur et inférieur par rapport à la figure 2 sont soudés,   c'est-à-dire   solidarisés rigidement, ensemble à leurs extrémités à deux profils de chassis 30, qui se font également face l'un à l'autre, pour former un cadre disposé frontalement par rapport à la pile ST. A cette fin les profils de crête 20 montrent chacun à ses deux extrémités un lobe 26 proéminent, la largeur de celui-ci étant égale à la largeur de la grande aile 31 de chaque profil de chassis 30 ayant lui aussi une section en forme de U correspondant à celle illustrée par la figure 6. L'aile étroite 33 du profil de chassis 30 sert comme surface d'appui pour le raccord de soudure du premier et du dernier élément de plaque de la pile ST comme tel est représenté par la figure 1. 



   Les cadres frontaux formés par les profils de crête et les profils de chassis sont soudés, c'est-à-dire solidarisés rigidement, à quatre cornières 40 ayant une section en forme d'angle pour former un bâti d'empilement SG qui entoure la pile ST de tous les côtés. De cette façon est constitué un module d'échangeur de chaleur de puissance prédéterminée qui est facile à manier. Plusieurs de tels modules WM, WM-2... WM-n peuvent 

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 alors être assemblés en un échangeur de chaleur à plaques d'une quelconque puissance. Dans un tel assemblage il est avantageux d'insérer entre deux modules des éléments de soutien 50 qui sont semblables à ceux illustrés par la figure 1.

   Suivant les cas d'application ces éléments de soutien peuvent consister en différents matériaux, un matériau approprié étant de la mousse de verre entourée d'un manteau de silicone 51. 



   Un autre exemple d'exécution des profils de crête décrits en relation avec la figure 5 est illustré dans les figures 7 et 8, des parties identiques étant ici désignées par des repères chiffrés identiques. 



   Suivant les figures 7 et 8, on a prévu des profils de crête 70 qui sont fabriqués à partir de profilés à section en forme de T. L'une des ailes 72 des barres profilées est amaincie dans la région 71 par rapport à l'épaisseur du matériau avoisinant, de préférence sur une étendue d'environ 2 cm, pour rendre possible une solidarisation par soudage avec les régions des bords 12 des paires de plaques 14. De cette façon prend naissance un échangeur de chaleur intégralement soudé, de sorte qu'on peut renoncer aux bandes d'étanchéification 37 suivant le premier exemple d'exécution tel qu'il est illustré dans les figures 1 et 2. 



   Dans les zones amaincies 71 sont usinées les dents 25, par exemple par fraisage conformément à la figure 8. 



   Conformément à ce qui est prévu dans l'exemple correspondant prédécrit, on a églement prévu ici des profils de chassis 74. Ces derniers forment avec les profils de crête 71 les cadres frontaux, qui, de leur côté, forment une partie de la carcasse d'empilement SG déjà décrite, cette carcasse renfermant une pile ST de paires de plaques 14 et formant avec celles-ci le module d'échangeur de chaleur à plaques WM.

Claims

REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à plaques formé par des éléments en plaques pourvus d'estampages réguliers, les éléments en plaques étant assemblés en paires de plaques par leurs bords exempts d'estampages tout en délimitant des ouvertures du côté des fentes, alors que les paires de plaques sont réunies en piles en réunissant les bords frontaux des éléments en plaques juxtaposés se faisant face, de sorte que les paires de plaques voisines délimitent des ouvertures tubulaires et de sorte que les ouvertures du côté des fentes et du côté des tubes sont disposées à angles droits les uns par rapport aux autres, caractérisé en ce que pour la séparation des fluides dans les fentes (15) et dans les tubes (18) formés par les paires de plaques (14)

on a prévu quatre profils de crête situés face à face sur deux côtés opposés et s'étendant le long des bords des côtés fentes et tubes de la pile (ST), ces profils de crête (20) s'engageant par leurs dents (25), dont la distance (a) de l'une à l'autre correspond à la profondeur d'estampage (t) des paires de plaques (14) majorée de la double épaisseur (s) des tôles des éléments en plaque (10), entre les différentes paires de plaques (14) depuis le côté des tubes et on a prévu par ailleurs des profils de châssis (30) qui s'étendent le long des fentes (15) sur toute la hauteur de la pile (ST) et qui, avec les profils de crête (20), sont assemblés rigidement en un cadre frontal de la pile (ST), les coins de ces cadres étant solidaires de barres profilées (40) s'étendant le long des côtés latéraux des piles (ST), de sorte à former un bâti (SG)

pour les paires de plaques.
2. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profils de crête (20) sont de section en forme de U et ont des ailes (22, 23) de longueurs inégales, une des ailes (23) étant pourvue de dents (25). <Desc/Clms Page number 9>
3. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profils de châssis (30) sont de section également en forme de U, ont des ailes (31,33) de longueurs inégales et sont reliés de façon rigide aux profils de crête (20) tout en reposant par leurs ailes courtes (33) contre le bord extérieur de l'élément en plaque extérieur (10) de la pile (ST).
4. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profils de crête (20) sont pourvus à leurs extrémités de lobes (26) qui ont une largeur correspondant à celle des grandes ailes (31) des profils de châssis (30) et qui servent à la fixation à ces dernières.
5. Echangeur de chaleur à plaques suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tôles de crête (20), les profils de châssis (30), ainsi que les cornières (40) sont assemblés de façon rigide entre eux par soudage et que des bandes d'étanchéité (37) en silicone sont disposées entre les profils de crête (20) et les paires de plaques (14) de la pile (ST) pour isoler les uns des autres les côtés des fentes (15) et des tubes (18).
6. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lors de l'alignement de plusieurs piles (ST) il est prévu d'insérer entre les éléments en plaques avoisinants, qui se faisant face dans chaque pile (ST) entourée par le bâti (SG) respectif, un élément de soutien (50) qui repose contre les surfaces des éléments le délimitant et que les éléments de soutien (50) sont constitués d'une mousse de verre entourée par un manteau en silicone (51).
7. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profils de crête sont constitués par des barres profilées (70) en forme de T dont les ailes (71) portant les dents (25) sont amincies dans la région (72) des dents (25) à une épaisseur d'environ 2 mm et en ce que les profils de châssis sont <Desc/Clms Page number 10> formés par des barres rectangulaires (75) soudées aux ailes (74) des barres profilées (70).
8. Echangeur de chaleur à plaques suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les dents (25) des barres profilées (70) sont solidarisées par soudage aux points de contact avec les paires de plaques (14).