Echangeur thermique. Dans l'industrie chimique et. notamment dans les installations de décapage, il arrive fréquemment. qu'une solution contenant des sels dissous doive être chauffée ou refroidie dans un échangeur thermique. Au cours de cette opération, il risque souvent. de se pro duire une cristallisation des sels qui peuvent alors se déposer sur les parois des conduits destinés au passage de la. solution.
En plus du risque d'obstruction de ces conduits, le dé pôt de ces sels provoque, en outre, bien sou vent. une baisse marquée de la quantité de chaleur échangée. De ce fait, il est important de pouvoir facilement procéder au nettoyage des chambres ou conduits destinés au passage de la solution, ce qui exclut l'emploi de ser pentins et conduit généralement à la cons truction d'échangeurs à tubes droits ou à pla teaux qui présentent un volume et un poids considérables pour leur surface d'échange, surtout s'ils sont établis pour supporter une pression notable.
La présente invention vise à fournir un échangeur thermique de grande surface d'échange, de petit volume et. de construction robuste, dont. l'un des circuits puisse facile ment être nettoyé sur toute sa longueur.
L'échangeur objet de l'invention est ca ractérisé en ce qu'il comprend au moins une chambre de forme générale hélicoïdale desti née à être parcourue par l'un de deux fluides entre lesquels la chaleur doit être échangée et délimitée entre un manteau extérieur et un noyau intérieur par au moins une paroi de forme générale hélicoïdale solidaire de ce noyau et qui présente au moins un conduit ménagé dans son épaisseur destiné à être par couru par l'autre fluide, la paroi extérieure de cette chambre étant constituée par ce man teau et. ce dernier étant détachable pour per mettre, une. fois enlevé, le nettoyage de la dite chambre sur toute sa longueur.
Ladite paroi de forme générale hélicoï dale est. de préférence constituée en majeure partie au moins par des tubes de forme géné rale hélicoïdale juxtaposés.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'échangeur faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1. en est une coupe axiale.
Les fig. 2, 3 et -1 en sont. des vues de dé tail à phis grande échelle.
L'échangeur thermique représenté, des tiné au chauffage d'une solution acide cons tituant. un bain de décapage, comprend une armature constituée par une plaque de base circulaire 1 montée sur quatre pieds ?, un noyau intérieur tubulaire 3 soudé sur cette plaque et une collerette annulaire -1 soudée sur l'extrémité supérieure du noyau 3. Un manteau extérieur 5 boulonné par une bride inférieure 6 à. la plaque de base 1 et par une bride supérieure 7 à la collerette 4 entoure Je noyau 3 et constitue l'enveloppe de l'éehan- geur.
-Une chambre hélicoïdale 8 destinée au pas sage de la solution à chauffer est délimitée dans l'espace annulaire compris entre le noyau 3 et le manteau 5 par une paroi de forme générale hélicoïdale 9 solidaire du noyau 3. Un raccord d'amenée 10 est prévu sur la plaque de base 1 pour l'entrée de la solution, un raccord 11 prévu sur la collerette 4 étant destiné à la sortie de la solution après que cette dernière ait parcouru la chambre hélicoïdale 8 formée entre les spires de la pa roi 9, sur toute sa longueur.
Les surfaces intérieure et extérieure du manteau et du noyau sont plombées, comme représenté en 12 pour éviter la corrosion de ces éléments. Il en est, de même des surfaces de la plaque de base 1, de la collerette 4 et des raccords 10 et 11 qui peuvent être en con tact avec la solution.
Comme représenté en détail à la fig. 3, la paroi de forme générale hélicoïdale 9 présente une section droite de forme générale rectangu laire et est constituée par cinq tubes en plomb 13 de section droite parallélépipédique dont. les arrêtes longitudinales 14 sont. conformées de manière à constituer des chanfreins, lesdits tubes étant juxtaposés et fixés les uns aux autres sur toute leur longueur par des cor dons de soudure 15 formés dans les rainures constituées entre les arêtes chanfreinées 1.1. Au voisinage de sa.
périphérie, ladite paroi 9 présente une armature en acier 16 de forme générale hélicoïdale enrobée dans du plomb, ainsi qu'une pièce annulaire 17 dont la face extérieure présente des nervures 18 destinées à coopérer avec la face intérieure 19 du revê tement de plomb 12 du manteau, de manière à constituer des chicanes s'opposant au pas sage de la solution d'un côté à l'autre de la paroi, le long du bord périphérique de cette dernière. Les cinq conduits 20 ménagés ainsi dans l'épaisseur de la paroi 9 sont de forme générale hélicoïdale et constituent le circuit de chauffage destiné à, être parcouru par la vapeur.
Ces conduits sont représentés comme étant- de section circulaire, mais peuvent bien entendu être également d'autre section. Dans l'échangeur représenté, un couvercle 21 boulonné sur la collerette 4 ferme l'extrémité supérieure du noyau 3. Ce couvercle présente un raccord 22 pour l'entrée de la vapeur. Dans cette forme d'exécution, le ciretiii de chauffage est divisé en quatre sections dispo sées en parallèles et constituée chacune par les cinq conduites<B>'</B>0 de la paroi 9 alimentés en parallèle et. s'étendant chacune sur deux spi res consécutives de cette paroi.
Ces différentes sections sont alimentées à. partir de la cavité 23 du noyau, par quatre collecteurs d'entrée 24, le condensat étant recueilli par quatre collecteurs de sortie 25 reliés à un collecteur général 26 présentant un raccord de sortie 27.
Les collecteurs d'entrée et de sortie 24 et 25 sont représentés en détail à la fi-.<B>22.</B> Ils sont de construction similaire et sont. consti tués chacun par un tube d'acier 28 disposé radialement et fixé sur un raccord 29 soude à une plaque de renforcement 30 soudée elle même à. l'intérieur du noyau 3. Les extrémi tés des troneons juxtaposés des tubes de plomb 13 sont. enfilées sur des tubes latéraux 31 soudés sur le tube 28 et l'armature 16 est fixée par une vis 35 sur l'extrémité de ce der nier.
Les tronçons de tube de plomb<B>13</B> et l'armature en acier 16 sont ainsi soutenus par les collecteurs, le tout étant. enrobé dans du plomb et. la paroi 9 restant de section droite constante. Les collecteurs de sortie sont re liés par des tuyaux 32 au collecteur général 26 déjà. mentionné.
Ces collecteurs d'entrée et de sortie 24 et 25 répartis toutes les deux spires sont. dispo sés de manière que la vapeur et la solution circulent en contre-courant. A part leur fonc tion de distribution, ils constituent, en outre, des supports radiaux solidaires du noyau qui soutiennent la paroi 9. Le renforcement de la paroi est particulièrement indiqué du fait de la faible résistance mécanique présentée par les tubes en plomb 13 et des températures élevées auxquelles l'échangeur peut. être appelé à fonctionner.
Entre ces collecteurs, répartis toutes les deux spires, la paroi 9 est en outre soutenue et renforcée par des sup ports radiaux intermédiaires tels que celui représenté à 1â fig. 4. Ce support comprend une tige 33 soudée sur le noyau 3 et qui pré sente cinq tubes transversaux 3.1 destinés au passage de la vapeur et sur lesquels sont enfi- lées les extrémités des troncoiis des tubes de plomb 13. L'armature hélicoïdale 16 est également fixée par une vis 35 sur l'extrémité de cette tige 33.
Ces supports intermédiaires sont disposés par exemple tous les 120 degrés, de manière à sou tenir la paroi 9 de place en place, celle-ci étant constituée entre chaque support. par cinq segments de tubes juxtaposés, de 120 degrés d'ouverture, dont les extrémités sont enfilées sur les tubes transversaux des sup ports intermédiaires ou des collecteurs. Les supports intermédiaires sont bien entendu également enrobés dans du plomb homogène.
Dans la forme d'exécution représentée, l'échangeur comprend une seule paroi héli coïdale délimitant une chambre unique desti née au passage de la solution. Il doit être entendu que l'échangeur pourrait également comprendre plusieurs parois hélicoïdales pour vues de conduits ménagés dans leur épais seur et disposées comme les différents filets d'une vis à plusieurs filets, de manière à déli miter plusieurs chambres hélicoïdales entre le manteau et le noyau.
On remarquera que la partie extérieure de la chambre hélicoïdale 8 est dépourvue de paroi et qu'elle est close par le manteau 5 qui peut facilement être enlevé, du fait d'une lé gère conicité donnée à ce manteau, une fois les boulons qui le relient à la plaque de base 1 et à la collerette -1 détachés. Une fois le man teau enlevé, la chambre 9 peut être facilement nettoyée sur toute sa longueur.
Dans le cas où la paroi 9 présenterait une grande largeur, une ou plusieurs armatures supplémentaires, telles que celle représentée en 16, pourraient, en outre, être prévues entre les tubes 13. Des colonnes reliant les spires voisines de la paroi 9 peuvent également être prévues. Ces colonnes présentent. cependant l'inconvénient. de constituer des étranglements de la section de la chambre 8, elles rendent, en outre, le nettoyage de celle-ci plais diffi cile.
Pour faciliter la soudure les uns aux au tres des différents tronçons de tube 13 juxta posés, on peut également donner à la. paroi 9 une section droite de forme générale trapézoï dale, sa périphérie étant de plus faible épais seur. Les faces libres de la paroi hélicoïdale peuvent être également conformées de ma nière à augmenter la surface d'échange et notamment présenter à cette fin des ondula tions.
Il est entendu que les conduits ménagés dans la paroi hélicoïdale ne sont pas forcé ment de forme générale hélicoïdale, cette forme étant cependant préférée, car elle per met de constituer ladite paroi par des tubes juxtaposés. Ces derniers sont de préférence de section parallélépipédique, mais peuvent également présenter d'autres formes.
Heat exchanger. In the chemical industry and. especially in stripping plants, it happens frequently. that a solution containing dissolved salts must be heated or cooled in a heat exchanger. During this operation, he often risks. to produce crystallization of the salts which can then be deposited on the walls of the conduits intended for the passage of the. solution.
In addition to the risk of obstruction of these conduits, the deposition of these salts also causes very often. a marked drop in the amount of heat exchanged. Therefore, it is important to be able to easily clean the chambers or conduits intended for the passage of the solution, which excludes the use of syringes and generally leads to the construction of exchangers with straight tubes or plates. which have a considerable volume and weight for their exchange surface, especially if they are established to withstand significant pressure.
The present invention aims to provide a heat exchanger with a large exchange surface, small volume and. of robust construction, including. one of the circuits can easily be cleaned along its entire length.
The heat exchanger which is the subject of the invention is characterized in that it comprises at least one chamber of generally helical shape intended to be traversed by one of two fluids between which the heat must be exchanged and delimited between an outer mantle. and an inner core by at least one wall of generally helical shape integral with this core and which has at least one duct formed in its thickness intended to be run by the other fluid, the outer wall of this chamber being constituted by this man teau and. the latter being detachable to allow a. once removed, cleaning the said chamber over its entire length.
Said wall of generally helical shape is. preferably formed at least for the most part by juxtaposed tubes of generally helical shape.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of the exchanger forming the subject of the invention.
Fig. 1. is an axial section.
Figs. 2, 3 and -1 are. large-scale detail views.
The heat exchanger shown, from the heating of a constituent acid solution. a pickling bath, comprises a frame consisting of a circular base plate 1 mounted on four feet?, a tubular inner core 3 welded to this plate and an annular flange -1 welded to the upper end of the core 3. An outer mantle 5 bolted by a lower flange 6 to. the base plate 1 and by an upper flange 7 to the collar 4 surrounds the core 3 and constitutes the shell of the exchanger.
-A helical chamber 8 intended for the passage of the solution to be heated is delimited in the annular space between the core 3 and the mantle 5 by a wall of generally helical shape 9 integral with the core 3. A supply connector 10 is provided on the base plate 1 for the inlet of the solution, a connection 11 provided on the flange 4 being intended for the outlet of the solution after the latter has passed through the helical chamber 8 formed between the turns of the pa king 9 , over its entire length.
The inner and outer surfaces of the mantle and the core are leaded, as shown at 12 to prevent corrosion of these elements. The same applies to the surfaces of the base plate 1, of the flange 4 and of the fittings 10 and 11 which may be in contact with the solution.
As shown in detail in FIG. 3, the wall of generally helical shape 9 has a cross section of generally rectangular shape and is constituted by five lead tubes 13 of parallelepipedal cross section of which. the longitudinal ridges 14 are. shaped so as to constitute chamfers, said tubes being juxtaposed and fixed to each other over their entire length by weld cores 15 formed in the grooves formed between the chamfered edges 1.1. In the vicinity of his.
periphery, said wall 9 has a steel frame 16 of generally helical shape coated in lead, as well as an annular part 17 whose outer face has ribs 18 intended to cooperate with the inner face 19 of the lead coating 12 of the mantle, so as to constitute baffles opposing the wise pitch of the solution from one side of the wall to the other, along the peripheral edge of the latter. The five conduits 20 thus formed in the thickness of the wall 9 are of generally helical shape and constitute the heating circuit intended to be traversed by the steam.
These ducts are represented as being of circular section, but can of course also be of other section. In the exchanger shown, a cover 21 bolted to the flange 4 closes the upper end of the core 3. This cover has a connection 22 for the steam inlet. In this embodiment, the heating ciretiii is divided into four sections arranged in parallel and each formed by the five pipes <B> '</B> 0 of the wall 9 supplied in parallel and. each extending over two consecutive turns of this wall.
These different sections are fed to. from the cavity 23 of the core, by four inlet manifolds 24, the condensate being collected by four outlet manifolds 25 connected to a general manifold 26 having an outlet connection 27.
The inlet and outlet manifolds 24 and 25 are shown in detail in fig. <B> 22. </B> They are of similar construction and are. each constituted by a steel tube 28 disposed radially and fixed on a connector 29 welded to a reinforcing plate 30 welded itself to. inside the core 3. The ends of the juxtaposed troneons of the lead tubes 13 are. threaded onto side tubes 31 welded to tube 28 and the frame 16 is fixed by a screw 35 on the end of the latter.
The lead tube sections <B> 13 </B> and the steel frame 16 are thus supported by the collectors, the whole being. coated in lead and. the wall 9 remaining of constant cross section. The outlet manifolds are connected by pipes 32 to the general manifold 26 already. mentionned.
These inlet and outlet collectors 24 and 25 are distributed between the two turns. arranged so that the vapor and the solution flow in counter-current. Apart from their distribution function, they also constitute radial supports integral with the core which support the wall 9. The reinforcement of the wall is particularly indicated because of the low mechanical resistance presented by the lead tubes 13 and high temperatures at which the exchanger can. to be called upon to function.
Between these collectors, distributed every two turns, the wall 9 is further supported and reinforced by intermediate radial supports such as that shown in 1â fig. 4. This support comprises a rod 33 welded to the core 3 and which has five transverse tubes 3.1 intended for the passage of the steam and on which are threaded the ends of the truncated lead tubes 13. The helical frame 16 is threaded. also fixed by a screw 35 on the end of this rod 33.
These intermediate supports are arranged for example every 120 degrees, so as to hold the wall 9 from place to place, the latter being formed between each support. by five segments of juxtaposed tubes, with 120 degrees of opening, the ends of which are threaded onto the transverse tubes of the intermediate supports or manifolds. The intermediate supports are of course also coated in homogeneous lead.
In the embodiment shown, the exchanger comprises a single helical wall delimiting a single chamber intended for the passage of the solution. It should be understood that the exchanger could also include several helical walls for views of conduits formed in their thickness and arranged like the different threads of a screw with several threads, so as to delimit several helical chambers between the mantle and the core.
It will be noted that the outer part of the helical chamber 8 has no wall and that it is closed by the mantle 5 which can easily be removed, due to the taper given to this mantle, once the bolts which connect to base plate 1 and flange -1 detached. Once the sleeve has been removed, chamber 9 can be easily cleaned over its entire length.
In the event that the wall 9 has a large width, one or more additional reinforcements, such as that shown at 16, could also be provided between the tubes 13. Columns connecting the turns adjacent to the wall 9 can also be provided. planned. These columns present. however the downside. to constitute constrictions of the section of the chamber 8, they make, moreover, the cleaning of the latter difficult.
To facilitate the welding to each other of the various juxta tube sections 13 placed, one can also give the. wall 9 a cross section of generally trapezoidal shape, its periphery being thinner. The free faces of the helical wall can also be shaped so as to increase the exchange surface and in particular present for this purpose corrugations.
It is understood that the conduits formed in the helical wall are not necessarily of generally helical shape, this shape being however preferred, since it makes it possible to constitute said wall by juxtaposed tubes. The latter are preferably of parallelepipedal section, but can also have other shapes.