FR2716960A1

FR2716960A1 - Heat exchanger plate assembly

Info

Publication number: FR2716960A1
Application number: FR9402547A
Authority: FR
Inventors: Merle Gabriel
Original assignee: Packinox SA
Current assignee: Alfa Laval Packinox SAS
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-09-08
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: JPH0882497A; AU1237995A; FR2716960B1

Abstract

The assembly comprises a series of metal plates (2) which lie parallel to one another, have smooth edges and corrugated centres to create a double circuit for the circulation of two separate fluids. The plates are connected to one another by lines of solder (11) along their lengthwise edges, and the assembly is held between upper and lower panels (12, 13) which cover their whole surfaces. The plate assembly is situated between upper and lower thrust bars (21, 22) or plates, connected by tie rods (23) to take up any stresses between the plates (2).

Description

La présente invention a pour objet un faisceau de plaques pour un échangeur thermique. The present invention relates to a bundle of plates for a heat exchanger.

Généralement les faisceaux de plaques pour échangeurs thermiques comprennent un empilement de plaques parallèles les unes aux autres. Generally the bundles of plates for heat exchangers comprise a stack of plates parallel to each other.

Les plaques constituées de tôles fines, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment ductile, comportent des bords à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations par lesquelles elles sont en contact les unes sur les autres et par lesquelles elles délimitent un double circuit de circulation de deux fluides indépendants et à contrecourant d'une extrémité à l'autre du faisceau de plaques. The plates made of thin sheets, usually made of stainless steel or any other sufficiently ductile material, have edges with a smooth surface and a central part provided with corrugations by which they are in contact with one another and by which they delimit a double circulation circuit of two independent and counter-current fluids from one end to the other of the plate bundle.

Chaque circuit est relié à des collecteurs d'admission et de retour des fluides. Each circuit is connected to fluid intake and return manifolds.

Les plaques sont assemblées par soudure deux par deux au niveau de leurs bords longitudinaux pour former des couples de plaques et ces couples de plaques sont superposés et assemblés entre eux par des barrettes de liaison s' étendant sur toute la longueur des bords longitudinaux desdites plaques de façon à réaliser de chaque côté du faisceau une surface verticale plane et uniforme. The plates are assembled by welding two by two at their longitudinal edges to form pairs of plates and these pairs of plates are superimposed and assembled together by connecting bars extending over the entire length of the longitudinal edges of said plates. so as to create a flat and uniform vertical surface on each side of the beam.

Une couche de soudure est déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau pour former un mur de soudure étanche. A layer of solder is deposited over the entire height of each lateral surface of the bundle to form a sealed solder wall.

Cet ensemble de plaques est placé entre une tôle supérieure et une tôle inférieure s'étendant sur toute la surface des plaques
Chaque tôle est reliée par son pourtour aux plaques du faisceau au moyen d'une soudure.This set of plates is placed between an upper plate and a lower plate extending over the entire surface of the plates.
Each sheet is connected by its periphery to the beam plates by means of a weld.

Du fait de la pression interne exercée par la circulation des fluides entre les plaques, la tenue mécanique des plaques entre elles pose des problèmes. Due to the internal pressure exerted by the circulation of fluids between the plates, the mechanical strength of the plates between them poses problems.

En effet, il est nécessaire de reprendre les efforts qui se produisent selon trois axes, l'axe longitudinal, l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques. In fact, it is necessary to take up the forces which occur along three axes, the longitudinal axis, the lateral axis and the axis perpendicular to the plates.

Les efforts selon l'axe longitudinal sont le plus souvent repris par les collecteurs d'alimentation et de retour des fluides. The forces along the longitudinal axis are most often taken up by the supply and return fluids collectors.

Pour reprendre les efforts selon l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques, le faisceau de plaques est placé dans une enceinte de façon à créer autour dudit faisceau de plaques une équipression. To take up the forces along the lateral axis and the axis perpendicular to the plates, the bundle of plates is placed in an enclosure so as to create around said bundle of plates an equipression.

L'invention a pour but de proposer un faisceau de plaques qui évite le montage d'une enceinte de résistance de pression autour de ce faisceau. The object of the invention is to propose a bundle of plates which avoids the mounting of a pressure resistance enclosure around this bundle.

L'invention a donc pour objet un faisceau de plaques pour un échangeur thermique, du type comprenant un empilement de plaques métalliques, parallèles les unes aux autres et comportant chacune des bords à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations pour former avec les plaques associées un double circuit de circulation de deux fluides indépendants et à contrecourant, les plaques étant reliées les unes aux autres au niveau de leurs bords longitudinaux par une couche de soudure déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau et l'empilement de plaques étant placé entre une tôle supérieure et une tôle inférieure s'étendant sur toute la surface des plaques et dont les pourtours sont reliés par soudure aux bords desdites plaques, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques et des moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure. The subject of the invention is therefore a bundle of plates for a heat exchanger, of the type comprising a stack of metal plates, parallel to each other and each having edges with a smooth surface and a central part provided with corrugations to form with the associated plates a double circulation circuit of two independent and counter-current fluids, the plates being connected to each other at their longitudinal edges by a layer of solder deposited over the entire height of each lateral surface of the bundle and the stack of plates being placed between an upper plate and a lower plate extending over the entire surface of the plates and the edges of which are connected by welding to the edges of said plates, characterized in that it comprises means for taking up the forces perpendicular to the plates and means for taking up the stresses between the sheets and the weld layers.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- les moyens de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques comprennent deux organes d'appui disposés respectivement au-dessus de la tôle supérieure et au-dessous de la tôle inférieure et reliés entre eux par des tirants,
- chaque organe d'appui est formé par des profilés disposés parallèlement les uns aux autres,
- chaque organe d'appui est formé par une plaque épaisse,
- les moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure sont formés par au moins une onde de liaison disposée entre chaque bord longitudinal des tôles et chaque bord longitudinal de la plaque adjacente, ladite onde de liaison étant reliée auxdits bords par un cordon de soudure s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaques.According to other features of the invention
the means for taking up the forces perpendicular to the plates comprise two support members disposed respectively above the upper sheet and below the lower sheet and connected together by tie rods,
each support member is formed by profiles arranged parallel to each other,
- each support member is formed by a thick plate,
the means for taking up the stresses between the sheets and the weld layers are formed by at least one connecting wave disposed between each longitudinal edge of the sheets and each longitudinal edge of the adjacent plate, said connecting wave being connected to said edges by a weld bead extending substantially over the entire length of the plates.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la Fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un faisceau de plaques selon l'invention,
- la Fig. 2 est une vue schématique de dessus du faisceau de plaques,
- la Fig. 3 est une vue schématique à plus grande échelle et en coupe des moyens de reprise des contraintes entre les tôles et les couches de soudure,
- la Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la Fig. 3.The invention will be better understood using the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings, in which
- Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a bundle of plates according to the invention,
- Fig. 2 is a schematic top view of the bundle of plates,
- Fig. 3 is a diagrammatic view on a larger scale and in section of the means for taking up the stresses between the sheets and the weld layers,
- Fig. 4 is a sectional view along line 4-4 of FIG. 3.

Comme représenté à la Fig. 1, le faisceau de plaques, désigné dans son ensemble par la référence 1, se compose d'un empilement de plaques 2 parallèles les unes aux autres. As shown in Fig. 1, the bundle of plates, generally designated by the reference 1, consists of a stack of plates 2 parallel to one another.

Chaque plaque 2 est constituée d'une tôle fine, le plus souvent en acier inoxydable ou tout autre matériau suffisamment ductile et comporte des bords longitudinaux et transversaux à surface lisse et une partie centrale munie d'ondulations, non représentée sur les figures. Each plate 2 consists of a thin sheet, most often made of stainless steel or any other sufficiently ductile material and has longitudinal and transverse edges with a smooth surface and a central part provided with corrugations, not shown in the figures.

Les plaques 2 déterminent entre elles un double circuit respectivement A et B de circulation de deux fluides indépendants. The plates 2 determine between them a double circuit respectively A and B of circulation of two independent fluids.

Les fluides d'échange thermique circulent longitudinalement d'une extrémité à l'autre du faisceau 1 et à contre-courant. The heat exchange fluids circulate longitudinally from one end to the other of the bundle 1 and against the current.

A cet effet, et comme représenté à la Fig. 2, le faisceau de plaques 1 comporte à chacune de ses extrémités un collecteur, respectivement 3 et 4. To this end, and as shown in FIG. 2, the bundle of plates 1 comprises at each of its ends a collector, respectively 3 and 4.

Le collecteur 3 est divisé en deux compartiments 3a et 3b par une cloison 5 et le collecteur 4 est également divisé en deux compartiments 4a et 4b par une cloison 6. The collector 3 is divided into two compartments 3a and 3b by a partition 5 and the collector 4 is also divided into two compartments 4a and 4b by a partition 6.

Une tubulure 7a d'admission d'un fluide chaud débouche dans le compartiment 3a du collecteur 3 et communique par le circuit A avec le compartiment 4a du collecteur 4, dans lequel débouche une tubulure 8a de sortie du fluide refroidi après son passage dans le faisceau de plaques 1. A tubing 7a for admitting a hot fluid opens into compartment 3a of the manifold 3 and communicates by circuit A with the compartment 4a of the manifold 4, into which there opens an outlet tubing 8a of the cooled fluid after it has passed through the bundle of plates 1.

D'autre part, une tubulure 8b d'admission d'un fluide froid débouche dans le compartiment 4b du collecteur 4 et communique par le circuit B avec le compartiment 3b du collecteur 3 dans lequel débouche une tubulure 7b de sortie du fluide réchauffé après son passage dans le faisceau de plaques 1. On the other hand, a pipe 8b for admitting a cold fluid opens into the compartment 4b of the manifold 4 and communicates by circuit B with the compartment 3b of the manifold 3 into which opens a pipe 7b for the outlet of the heated fluid after its passage through the plate bundle 1.

Les plaques 2 sont assemblées les unes avec les autres au niveau de leurs bords longitudinaux par des barrettes de liaison 10 s'étendant sur toute la longueur des bords longitudinaux desdites plaques 2 et par une couche de soudure 11 déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau pour former un mur de soudure étanche. The plates 2 are assembled with each other at their longitudinal edges by connecting bars 10 extending over the entire length of the longitudinal edges of said plates 2 and by a layer of solder 11 deposited over the entire height of each surface. side of the beam to form a tight weld wall.

L'empilement de plaques 2 est placé entre une tôle supérieure 12 et une tôle inférieure 13 s'étendant sur toute la surface des plaques 2 et dont les pourtours sont reliés aux bords desdites plaques 2 par la couche de soudure 11. The stack of plates 2 is placed between an upper plate 12 and a lower plate 13 extending over the entire surface of the plates 2 and the edges of which are connected to the edges of said plates 2 by the solder layer 11.

Du fait de la pression interne produite par la circulation des fluides entre les plaques 2, il est nécessaire de reprendre les efforts qui se produisent selon trois axes, l'axe longitudinal, l'axe latéral et l'axe perpendiculaire aux plaques 2. Due to the internal pressure produced by the circulation of fluids between the plates 2, it is necessary to take up the forces which occur along three axes, the longitudinal axis, the lateral axis and the axis perpendicular to the plates 2.

Les efforts selon l'axe 'longitudinal des plaques sont repris par les collecteurs 3 et 4 et les efforts selon l'axe latéral des plaques 2, c'est à dire les efforts exercés sur les couches de soudure 11, sont équilibrés par la raideur desdites plaques 2. The forces along the longitudinal axis of the plates are taken up by the collectors 3 and 4 and the forces along the lateral axis of the plates 2, that is to say the forces exerted on the welding layers 11, are balanced by the stiffness of said plates 2.

Le faisceau de plaques 1 selon l'invention comprend des moyens 20 de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques 2 et des moyens 30 de reprise des contraintes entre les tôles 12 et 13 et les plaques 2, c'est à dire entre lesdites tôles 12 et 13 et les couches de soudure 11. The bundle of plates 1 according to the invention comprises means 20 for taking up the forces perpendicular to the plates 2 and means 30 for taking up the stresses between the sheets 12 and 13 and the plates 2, that is to say between said sheets 12 and 13 and the solder layers 11.

Les moyens 20 de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques 2 comprennent un premier organe d'appui 21 disposé au-dessus de la tôle supérieure 12 et un second organe d'appui 22 disposé au-dessous de la tôle inférieure 13. The means 20 for taking up the forces perpendicular to the plates 2 comprise a first support member 21 disposed above the upper sheet 12 and a second support member 22 disposed below the lower sheet 13.

Les organes d'appui, respectivement 21 et 22, sont reliés entre eux par des tirants 23 disposés de part et d'autre des plaques 2. The support members, respectively 21 and 22, are interconnected by tie rods 23 arranged on either side of the plates 2.

Selon un mode de réalisation préférentiel représenté à la Fig. 2, chaque organe d'appui 21 et 22 est formé par des profilés disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, les profilés supérieurs étant reliés aux profilés inférieurs par les tirants 23. According to a preferred embodiment shown in FIG. 2, each support member 21 and 22 is formed by sections arranged parallel to each other, the upper sections being connected to the lower sections by the tie rods 23.

Selon une variante, chaque organe d'appui 21 et 22 peut être formé par une plaque épaisse. According to a variant, each support member 21 and 22 can be formed by a thick plate.

Les moyens 30 de reprise des contraintes entre les tôles 12 et 13 et les couches de soudure 11 sont formés par au moins une onde de liaison 31 disposée entre chaque bord longitudinal des tôles 12 et 13 et chaque bord longitudinal de la plaque 2 adjacente. The means 30 for taking up the stresses between the sheets 12 and 13 and the weld layers 11 are formed by at least one connecting wave 31 disposed between each longitudinal edge of the sheets 12 and 13 and each longitudinal edge of the adjacent plate 2.

Ainsi que représenté sur les Figs. 3 et 4, chaque onde de liaison 31 est reliée aux bords longitudinaux des tôles 12 et 13 par un cordon de soudure 32 et aux bords longitudinaux de la plaque 2 adjacente par un cordon de soudure 33. As shown in Figs. 3 and 4, each connecting wave 31 is connected to the longitudinal edges of the sheets 12 and 13 by a weld bead 32 and to the longitudinal edges of the adjacent plate 2 by a weld bead 33.

Chaque onde 31 s'étend sensiblement sur toute la longueur des plaques 2. Each wave 31 extends substantially over the entire length of the plates 2.

Du fait du déplacement des couches de soudure 11 suivant l'axe latéral des plaques 2, il se crée à la jonction de ces couches de soudure 11 et des tôles 12 et 13, un effort tranchant dont la valeur dépend des paramètres géométriques du faisceau. Due to the displacement of the solder layers 11 along the lateral axis of the plates 2, a shear force is created at the junction of these solder layers 11 and the sheets 12 and 13, the value of which depends on the geometric parameters of the beam.

Lorsque cet effort tranchant génère des contraintes trop élevées, les ondes de liaison 31 permettent d'apporter de la souplesse au raccordement entre les couches de soudure 11 et les tôles 12 et 13. When this cutting force generates excessively high stresses, the connecting waves 31 make it possible to provide flexibility in the connection between the layers of solder 11 and the sheets 12 and 13.

Ces ondes de liaison 31 présentent de plus l'avantage de reprendre la dilatation différentielle entre les tirants 23 et les couches de soudure 11, ce qui permet d'éviter un surdimensionnement de ces tirants 23. These connecting waves 31 also have the advantage of taking up the differential expansion between the tie rods 23 and the weld layers 11, which makes it possible to avoid oversizing these tie rods 23.

La nuance du matériau composant les ondes 31 est choisie en fonction des contraintes admissibles et requises en température. The shade of the material making up the waves 31 is chosen as a function of the admissible and required temperature constraints.

L'ensemble du faisceau de plaques 1 peut être placé dans un calorifuge 15, comme représenté à la Fig. The entire bundle of plates 1 can be placed in an insulation 15, as shown in FIG.

1.1.

Le faisceau de plaques selon l'invention présente toute les garanties de tenue mécanique ce qui évite d'avoir à placer ce faisceau de plaques dans une enceinte de résistance de pression. The bundle of plates according to the invention has all the guarantees of mechanical strength, which avoids having to place this bundle of plates in a pressure resistance enclosure.

Claims

REVENDICATIONS

1. Faisceau de plaques pour un échangeur thermique, du type comprenant un empilement de plaques (2) métalliques, parallèles les unes aux autres et comportant chacune des bords à surface lisse et une patrie centrale munie d'ondulations pour former avec les plaques associées un double circuit de circulation de deux fluides indépendants et à contre-courant, les plaques (2) étant reliées les unes aux autres au niveau de leurs bords longitudinaux par une couche de soudure (11) déposée sur toute la hauteur de chaque surface latérale du faisceau et l'empilement de plaques (2) étant placé entre une tôle supérieure (12) et une tôle inférieure (13) s'étendant sur toute la surface des plaques (2) et dont les pourtours sont reliés par soudure aux bords desdites plaques (2), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20) de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques (2) et des moyens (30) de reprise des contraintes entre les tôles (12, 13) et les couches de soudure (11). 1. Bundle of plates for a heat exchanger, of the type comprising a stack of metal plates (2), parallel to each other and each having edges with a smooth surface and a central homeland provided with corrugations to form with the associated plates a double circulation circuit of two independent and counter-current fluids, the plates (2) being connected to each other at their longitudinal edges by a layer of solder (11) deposited over the entire height of each lateral surface of the bundle and the stack of plates (2) being placed between an upper plate (12) and a lower plate (13) extending over the entire surface of the plates (2) and the edges of which are connected by welding to the edges of said plates ( 2), characterized in that it comprises means (20) for taking up the forces perpendicular to the plates (2) and means (30) for taking up the stresses between the sheets (12, 13) and the weld layers (1 1).

2. Faisceau de plaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de reprise des efforts perpendiculaires aux plaques (2) comprennent deux organes d'appui (21, 22) disposés respectivement audessus de la tôle supérieure (12) et au-dessous de la tôle inférieure (13) et reliés entre eux par des tirants (23). 2. A bundle of plates according to claim 1, characterized in that the means (20) for taking up the forces perpendicular to the plates (2) comprise two support members (21, 22) respectively disposed above the upper sheet (12) and below the lower sheet (13) and interconnected by tie rods (23).

3. Faisceau de plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque organe d'appui (21, 22) est formé par des profilés disposés parallèlement les uns aux autres. 3. A bundle of plates according to claim 2, characterized in that each support member (21, 22) is formed by profiles arranged parallel to each other.

4. Faisceau de plaques selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque organe d'appui (21, 22) est formé par une plaque épaisse. 4. beam of plates according to claim 2, characterized in that each support member (21, 22) is formed by a thick plate.

5. Faisceau de plaques selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que les moyens (30) de reprise des contraintes entre les tôles (12, 13) et les couches de soudure (11) sont formés par au moins une onde de liaison (31) disposée entre chaque bord longitudinal des tôles (12, 13) et chaque bord longitudinal de la plaque (2) adjacente, ladite onde de liaison (31) étant reliée auxdits bords par un cordon de soudure (32, 33) et s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaques (2). 5. A bundle of plates according to claim 1, characterized in that the means (30) for taking up the stresses between the sheets (12, 13) and the weld layers (11) are formed by at least one connecting wave ( 31) disposed between each longitudinal edge of the sheets (12, 13) and each longitudinal edge of the adjacent plate (2), said connecting wave (31) being connected to said edges by a weld bead (32, 33) and s' extending substantially over the entire length of the plates (2).