Procédé de fabrication d/ un échangeur de chaleur à plaques utilisant un ensemble de cales

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur à plaques du type comprenant une pluralité de plaques définissant des circuits pour la circulation de fluides et assemblées les unes aux autres par brasage et un échangeur de chaleur obtenu selon un tel procédé . Les échangeurs de chaleur à plaques sont généralement constitués d'un empilement de plaques délimitant des passages pour des fluides.

Afin d'améliorer l'échange thermique entre les fluides, des tôles ondulées, appelées ailettes ou ondes d'échange peuvent être placées en sandwich entre lesdites plaques constituant l' échangeur de chaleur. Les passages ainsi formés sont fermés latéralement par des barres latérales. L' échangeur de chaleur ainsi monté est ensuite brasé afin d'assurer une tenue de l'ensemble ainsi qu'un meilleur contact thermique.

Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium afin d'assurer une bonne conductivité thermique et une bonne tenue mécanique . Les échangeurs de l'état de la technique, par exemple décrits dans FR-A- 2 815 895, permettent d'échanger la chaleur de nombreux fluides, par exemple plus de 5 fluides. Les ondes d'échange généralement utilisées ont à la fois une fonction thermique en augmentant la surface d'échange et en améliorant l'efficacité thermique de l' échangeur, et une fonction mécanique en assurant la tenue mécanique de 1' échangeur de chaleur lors du brasage et en évitant le flambage des passages. Ainsi, il peut arriver que la tenue mécanique soit l'élément dimensionnant l'ensemble. En particulier, l'onde n'est alors plus optimisée thermiquement .

Il est alors connu de substituer lesdites ondes d'échange par un revêtement amélioré sur les plaques séparatrices. Il peut également, dans certains cas, être

intéressant de réduire la densité de l'onde, voire de la supprimer complètement pour éviter de masquer la surface améliorée de la plaque avec ladite onde.

Il convient alors de mettre au point un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur qui permet d'assurer la tenue mécanique dudit échangeur au cours de l'étape de brasage et qui soit facile à mettre en œuvre.

Un but de la présente invention est de proposer un tel procédé de fabrication. L'invention propose un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur à plaques du type comprenant une pluralité de plaques définissant avec des barres latérales disposées sur les plaques, des circuits pour la circulation de fluides, comprend au moins les étapes successives suivantes :

- on approvisionne un empilement d'une pluralité de plaques séparées par des barres latérales,

- on introduit au moins un ensemble de cales amovible d' au moins deux cales, liées entre elles au moyen d'au moins un élément de liaison, entre des plaques dudit échangeur :

- on brase ledit échangeur, et

- on enlève l'ensemble de cales amovible caractérisé en ce que l'élément de liaison est conformé de manière à permettre un mouvement de rotation de l'ensemble des cales autour de l'axe principal de chacune desdites cales, chaque cale présentant une section sensiblement constante le long de son axe principal et en ce qu' après l'étape d'introduction, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à disposer chaque cale en butée contre lesdites plaques ; après l'étape de brasage, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à libérer lesdites cales et dans lequel on sélectionne ledit ensemble de cales amovible de manière à ce que soit

• ladite section a une forme sensiblement polygonale, et

• la longueur d' au moins une des diagonales principales de ladite section est supérieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite ; - soit ii)

• ladite section a une forme sensiblement elliptique et,

• la longueur du grand axe de ladite section est supérieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite.

Avantageusement, le procédé selon l'invention permet d'introduire et d'enlever une pluralité de cales d'entre les plaques de l'échangeur de chaleur facilement et rapidement. En conséquence, l'ensemble de cales amovible est retiré après l'étape de brasage, libérant ainsi de l'espace dans le circuit de circulation de fluide.

L'introduction d'un ensemble de cales amovible, liées entre elles au moyen d'un élément de liaison, permet de simplifier le procédé. En effet, il peut être fastidieux de devoir introduire et ensuite enlever des cales individuellement .

D'autre part, il n'est pas nécessaire pendant la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention de positionner les cales lors de l'empilement des plaques composant l'échangeur, les cales pouvant être introduites au cours d'une étape ultérieure .

Un procédé selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles:

on introduit une pluralité d'ensembles de cales amovibles qu'on fixe entre eux au moyen d'éléments de fixation ; entre deux plaques dudit échangeur, on introduit un seul ensemble de cales amovible ; le procédé comprend une étape où l'on sélectionne au moins un ensemble de cales amovible dont l'élément de liaison est conformé de manière à permettre un mouvement de rotation de l'ensemble des cales autour de l'axe principal de chacune desdites cales ; on sélectionne ledit ensemble de cales amovible de manière à ce que :

• chaque cale présente une section sensiblement constante le long de son axe principal, • ladite section ayant une forme sensiblement polygonale, et

• la longueur d' au moins une des diagonales principales de ladite section soit supérieure ou égale à la distance entre les plaques de l' échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite ;

> après l'étape d'introduction, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à disposer chaque cale en butée contre lesdites plaques ;

> après l'étape de brasage, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à libérer lesdites cales ; on sélectionne ledit ensemble de cales amovible de manière à ce que :

• chaque cale présentant une section sensiblement constante le long de son axe principal,

• ladite section ayant une forme sensiblement elliptique et,

• la longueur du grand axe de ladite section étant supérieure ou égale à la distance entre les plaques

de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite,

^ après l'étape d'introduction, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à disposer chaque cale en butée contre lesdites plaques ;

> après l'étape de brasage, on impose un mouvement de rotation à toutes les cales dudit ensemble autour de leur axe principal, de manière à libérer lesdites cales ;

les cales dudit ensemble de cales et les éléments de liaison que l'on sélectionne sont constitués d'un ou de plusieurs matériaux dont la température de fusion est supérieure ou égale à 700 ⁰ C, de préférence supérieure ou égale à 900 ⁰ C. (par exemple acier inoxydable) ; toutes les cales dudit ensemble ont leur axe principal sensiblement parallèle entre eux. L' invention se rapporte également à un échangeur de chaleur à plaques du type comprenant une pluralité de plaques en un matériau brasable, remarquable en ce qu'il est susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention.

Au sens de l'invention, on entend par « ensemble de cales amovible », un ensemble de cales qui, après l'étape de brasage de l'échangeur, peuvent être enlevées et réutilisées sans nécessiter de modification structurelle.

L' invention consiste à utiliser un ensemble de cales amovible afin de soutenir mécaniquement l'échangeur de chaleur pendant l'étape de brasage. En effet, afin d'améliorer l'étape de brasage, il est connu d'appliquer une pression sur l'échangeur pendant ladite étape de brasage.

L'ensemble de cales permet d'éviter que les plaques constituant l'échangeur ne flambent sous la pression. L'utilisation d'un ensemble de cales permet de réduire le nombre d' opération à effectuer lors de la fabrication de

1' échangeur .

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une étape où l'on sélectionne l'ensemble de cales amovible de manière à ce que chaque cale présente une section sensiblement constante le long de son axe principal :

• ladite section ayant une forme de carré, et

• la longueur du côté du carré est égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite.

Les cales de l'ensemble sélectionné sont liées entre elles, par exemple par des barres de liaisons régulièrement réparties le long des cales de l'ensemble. Les barres de liaisons peuvent être soudées aux cales. Avantageusement, un tel ensemble est facile à manipuler et permet de disposer une pluralité de cales entre deux plaques de l'échangeur de manière très simple. En effet, il suffit de faire glisser l'ensemble de cales entre les plaques de l'échangeur. Après l'étape de brasage, l'ensemble de cales peut facilement être enlevé, là encore l'opération est rendue facile grâce aux éléments de liaison.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une étape où l'on sélectionne l'ensemble de cales amovible de manière à ce que :

• chaque cale présente une section sensiblement constante le long de son axe principal,

• ladite section ayant une forme de losange,

• la longueur de la grande diagonale de ladite section est supérieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite, et

• la longueur de la petite diagonale de ladite section est inférieure à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ladite cale est destinée à être introduite.

On entend par « losange » tout polygone simple à quatre côtés équilatéraux .

La jonction entre les cales peut être réalisée au moyen d'éléments de liaison, liés aux cales, par exemple par soudage .

Les éléments de liaison peuvent comprendre un dispositif mécanique du type articulation, ressort, transmission, bielle permettant d'imposer à l'ensemble des cales un mouvement, par exemple, un mouvement de rotation autour de l'axe principal de chacune des cales de l'ensemble de cales.

Avantageusement, la sélection d'un tel ensemble de cales amovible permet de disposer l'ensemble des cales entre au moins deux plaques de l'échangeur de manière à ce que la surface de contact de chacune des cales avec les plaques soit inférieure ou égale à 15 % de la surface totale de chaque cale, de préférence inférieure ou égale à 5 % de la surface totale de chaque cale.

Plus la surface de contact entre chaque cale et les plaques entre lesquelles les cales sont introduites est faible, moins il y a de risque qu'au cours de l'étape de brasage les cales soient soudées aux dites plaques. Selon ce mode de réalisation, l'ensemble des cales sélectionné est disposé entre les plaques d'un échangeur de chaleur préalablement assemblé.

Cette étape de mise en place des cales peut comprendre deux sous-étapes. On peut, dans un premier temps, introduire chaque ensemble de cales entre deux plaques avec une orientation telle que la grande diagonale de la section de chaque cale se trouve dans un plan sensiblement parallèle au plan défini par les plaques.

Avantageusement, l'ensemble de cales ayant été sélectionné de manière à ce que la petite diagonale de la section de chaque cale présente une longueur inférieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles l'ensemble de cales est destiné à être introduit, chaque cale peut être introduite sans difficulté entre les deux plaques.

Dans un deuxième temps, une fois l'ensemble de cales introduit entre les deux plaques de l'échangeur, on peut, au moyen de l'élément de liaison, imposer un mouvement à

l'ensemble des cales faisant pivoter chaque cale autour de son axe principal de manière à positionner chaque cale en buté entre les deux plaques.

Avantageusement, l'ensemble de cales ainsi positionné permet d'assurer une bonne tenue mécanique de l'échangeur de chaleur au cours de l'étape de brasage.

Toujours selon ce mode de réalisation, le procédé comprend une étape après l'étape de brasage où l'on enlève l'ensemble de cales amovible d'entre les plaques de l'échangeur brasé.

Avantageusement, les cales de l'ensemble de cales amovible sélectionnées ne sont pas soudées aux plaques au cours de l'étape de brasage, grâce entre autre à une surface de contact réduite entre chacune des cales et les plaques. Selon ce mode de réalisation, l'ensemble de cales amovible peut être enlevé en faisant pivoter chaque cale autour de son axe principal de manière à l'orienter tel que la grande diagonale de sa section se trouve dans un plan sensiblement parallèle aux plaques. Toutes les cales composant l'ensemble de cales peuvent être pivotées en même temps grâce à l'élément de liaison.

Avantageusement, l'étape d'enlèvement des cales s'en trouve facilitée.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une étape, on en sélectionne l'ensemble de cales amovible de manière à ce que :

1) chaque cale présente une section sensiblement constante le long de son axe principal,

2) ladite section ayant une forme en ellipse, 3) la longueur du grand axe de ladite section est supérieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ledit ensemble de cales est destiné à être introduit, et

4) la longueur du petit axe de ladite section est inférieure ou égale à la distance entre les plaques de l'échangeur entre lesquelles ledit ensemble de cales amovible est destiné à être introduit.

Les cales de l'ensemble de cales amovible sélectionné sont liées entre elles au moyen d'un élément de liaison, par exemple une barre rigide soudée sur chaque cale, ou encore une barre liée à chaque cale au moyen d'un dispositif mécanique du type articulation, ressort, transmission, bielle, permettant d'imposer à chaque cale de l'ensemble de cales amovible, un mouvement de rotation autour de leur axe principal. La sélection d'un tel ensemble de cales présente des avantages similaires à celui du mode de réalisation précédent.

En particulier, la surface de contact de chaque cale, une fois positionnée entre les plaques, peut être inférieure ou égale à 15% de la surface totale de ladite cale, de préférence inférieure ou égale à 5 % de la surface totale de ladite cale.

Les cales des ensembles de cales amovible sélectionnés au cours d'un procédé selon l'invention sont de préférence constituées d'un ou de plusieurs matériaux dont la température de fusion est supérieure à la température de brasage, par exemple, supérieure ou égale à 900 ⁰ C ou encore supérieure ou égale à 1 500 ⁰ C. Les cales des ensembles de cales sélectionnées peuvent par exemple être en acier inoxydable .

Un procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape où chaque cale des ensembles de cales sélectionnés est recouverte d'un produit empêchant ou limitant le brasage pendant la phase de brasage, tel que le STOP OFF ®.

Avantageusement, l'utilisation d'un tel produit permet de faciliter l'étape d'enlèvement des ensembles de cales des sections différentes des modes de réalisation décrits, par exemple, des sections hexagonales selon l'invention.

L' invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et peut être interprétée de façon non limitative et englobant tout mode de réalisation équivalent. En particulier, l'invention est applicable à tout type d' échangeur de chaleur à plaques assemblé par brasage. En particulier, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec des ensembles de cales dont les cales présentes

des sections différentes des modes de réalisation décrits, par exemple, des sections hexagonales.