EP1784613B1 - Procédé d'intervention sur un échangeur de chaleur - Google Patents

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EP1784613B1
EP1784613B1 EP05796036A EP05796036A EP1784613B1 EP 1784613 B1 EP1784613 B1 EP 1784613B1 EP 05796036 A EP05796036 A EP 05796036A EP 05796036 A EP05796036 A EP 05796036A EP 1784613 B1 EP1784613 B1 EP 1784613B1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-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
    • F28D9/04Heat-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 being formed by spirally-wound plates or laminae
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28GCLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G13/00Appliances or processes not covered by groups F28G1/00 - F28G11/00; Combinations of appliances or processes covered by groups F28G1/00 - F28G11/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02Removable elements

Definitions

  • the present invention relates to exchangers and in particular exchangers intended to ensure a heat exchange between two fluids.
  • the heat exchangers using fluids consist of two circuits isolated from each other but which are in the highest possible thermal contact, and which are respectively traversed by the two fluids.
  • brazed plate type exchangers are not removable and therefore their circuits are also difficult to clean.
  • the present invention aims to provide means for a user to perform such cleaning, and this simply and quickly.
  • the heat exchanger comprises two fluid circuits insulated from each other in intimate heat exchange contact, a first fluid circuit, or beam, consisting of a spiral winding of two walls and the second circuit consisting of by an enclosure containing the beam, each circuit having its own fluid inlet and outlet means.
  • the beam is elastically deformable under the effect of an overpressure or a depression.
  • the enclosure will preferably be tubular and, when the internal pressure of the beam is equal to its external pressure, its outer diameter will be slightly less than or equal to the internal diameter of the enclosure. The difference in diameter between the inner face of the enclosure and the outer face of the beam will be less than 6% of the diameter of the latter.
  • the tubular casing may comprise two bottoms, at least one of which may be removable, these bottoms being traversed respectively by the means of entry and exit of the fluids, and means capable of sealing between the bottoms and the input and output means of the beam fluid.
  • These inlet and outlet means may consist respectively of two longitudinal tubes and the means capable of sealing between the tubes and the bottoms may consist of O-rings or a gland.
  • the beam can be made so that it is deformable under the effect of a pressure difference between the beam and the enclosure of an overpressure or a vacuum and give it an external diameter smaller than the internal diameter of the beam. envelope and apply to the beam overpressures and / or periodic depressions to change its outer diameter and break the fragile elements that can adhere to the walls (scale) that are deposited on him.
  • the method may include a preliminary step of disconnecting the beam from its circuit.
  • the intervention operation by subjecting the beam, once it has been extracted from its envelope, and before the intervention, to an overpressure and / or a relative heating with respect to the envelope, which will have the effect of spreading the turns of the winding from each other.
  • a limiter will be placed around the beam whose internal diameter will be equal to the maximum diameter that is wish not to exceed.
  • This limiter may consist of a ring or a sleeve.
  • the beam 3 consists of a spiral winding of two sheet sheets 5 which are spaced from each other and welded to provide a fluid circuit therebetween.
  • the spacing of these two sheets of sheet metal 5 is ensured by a series of "pins" 7 which are created and distributed over the surface of the sheet before folding it. These pins 7, once the winding performed, also ensure a regular and controlled spacing between the turns.
  • the space between the two sheets of folded sheet comprises a supply duct 9 and a discharge duct 11.
  • the envelope 1 consists of a cylindrical tube 13 whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the beam 3, so as to receive it.
  • the envelope 1, as represented on the figure 3 has a fluid supply duct 15 and a discharge duct 17.
  • the tube 13 is closed on the one hand by a bottom 19 which is fixed and which is traversed by the exhaust duct 11 of the bundle 3 with interposition of an O-ring seal 23 and on the other hand, at its other end, by a removable base 25 and which, for this purpose, is held by clamping flanges 27 which bear on a flange 29 of the tube 13.
  • An O-ring 31 seals between the cover 25 and the supply duct 9 of the bundle 3.
  • the retraction of the beam 3 will be brought about by connecting one of the inputs 9 or 11 thereof to a vacuum pump, after having closed the other input, in order to create a vacuum part. It will then be possible to dismantle the beam without the risk of scratching the inner face of the casing 1. Once the beam 3 has been dismantled, the vacuum will be eliminated so that it expands and resumes its initial natural diameter, then the procedure will be carried out. (including mechanical cleaning) on it.
  • the intervention can be made easier and more effective if the beam 3 is expanded beyond its nominal diameter by applying this time an overpressure. Care should be taken during this operation not to deform beyond the elastic limit of the material used, so that it can resume its nominal diameter from the end of cleaning and the interruption of the overpressure.
  • FIG. figure 4 In order to limit the deformation to a maximum controlled value of the beam 3, it will be possible, as shown in FIG. figure 4 surround it, before applying the overpressure, a ring or a sleeve 20 whose inner diameter is equal to the maximum possible diameter that can take the beam 3 without undergoing deformation beyond its elastic limit. It is also possible to use rings 20 as shown in FIG. figure 5 .
  • the vacuum pump is disconnected so that the beam resumes its dimensions and nominal form.
  • the beam 3 a diameter smaller than the internal diameter of the casing 1.
  • Such an arrangement is particularly advantageous in that it allows for an automatic or almost automatic elimination of fragile deposits (eg limestones ) that occur on the walls of the beam. It suffices to subject the beam, for example during its operation, to an overpressure (or depression) of the fluid that passes through it to deform and burst the tartar plates that cover it. These operations can even be performed automatically.

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Description

  • La présente invention concerne les échangeurs et notamment les échangeurs destinés à assurer un échange thermique entre deux fluides.
  • Sur un plan général on sait que les échangeurs de chaleur mettant en oeuvre des fluides sont constitués de deux circuits isolés l'un de l'autre mais qui sont en contact thermique le plus élevé possible, et qui sont respectivement parcourus par les deux fluides.
  • On sait également que l'entretien des échangeurs de chaleur, et en particulier leur nettoyage, est généralement une opération longue et difficile à réaliser de façon efficace, voire même parfois impossible. On sait enfin qu'un tel nettoyage consiste parfois à éliminer par exemple le tartre qui s'est déposé dans l'échangeur au long de l'utilisation de celui-ci.
  • Les échangeurs de type dit à plaques et joints constitués à partir de plus de feuilles de tôle sont démontables plaque par plaque si bien qu'il est ainsi possible d'accéder à leurs circuits, même s'il s'agit là d'une opération longue à mettre en oeuvre. Cependant ces échangeurs, en raison de leur conception même, sont donc d'une exploitation coûteuse.
  • Par ailleurs, les échangeurs de type à plaques brasées ne sont pas démontables et donc leurs circuits sont également difficilement nettoyables.
  • C'est pourquoi on s'est tourné vers les échangeurs spiralés qui sont constitués à partir de deux feuilles de tôle qui sont enroulées et sont maintenues écartées l'une de l'autre par des picots (cf. notamment FR-A-2 0.96 719 ou FR-A-2 811 068 ). Après enroulement on procède à la soudure des bords de feuille de tôle de façon à créer deux circuits de fluide indépendants, à savoir un premier circuit compris entre les deux feuilles de tôle enroulées et soudées et un second circuit compris entre les différentes spires de l'enroulement. Pour des raisons relevant du mode de construction, l'utilisateur n'a pas accès aussi bien à l'espace compris entre les deux feuilles enroulées, qu'à celui compris entre les diverses spires de l'enroulement, si bien qu'il est dans l'impossibilité de réaliser un nettoyage mécanique efficace de cet échangeur et que l'on doit alors se contenter de nettoyage de type chimique, ce qui est souvent insuffisant pour certaines applications.
  • Or ces échangeurs, de par leur constitution, nécessitent pour un bon entretien efficace que l'on puisse accéder non seulement aux enroulements eux-mêmes mais également à leur espace interspires. Or celui-ci est des plus réduits ce qui rend encore plus problématique leur nettoyage des échangeurs surtout lorsqu'il s'agit d'éliminer des dépôts tels que le tartre de ceux-ci
  • Cependant, nombre d'applications qui seraient ouvertes à ce type d'échangeurs, telles que des utilisations dans le domaine de l'alimentaire, du médical, de la pharmacie, de la chimie fine, ou de électronique notamment, impliquent des nettoyages périodiques d'une grande efficacité.
  • La présente invention a pour but de proposer des moyens permettant à un utilisateur de réaliser un tel nettoyage, et ceci de façon simple et rapide.
  • L'échangeur de chaleur comprend deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide, ou faisceau, étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois et le second circuit étant constitué par une enceinte contenant le faisceau, chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide. Le faisceau est déformable élastiquement sous l'effet d'une surpression ou d'une dépression.
  • L'enceinte sera préférentiellement de forme tubulaire et, lorsque la pression interne du faisceau sera égale à sa pression externe son diamètre externe sera légèrement inférieur ou égal au diamètre interne de l'enceinte. La différence de diamètre entre la face interne de l'enceinte et la face externe du faisceau sera inférieure à 6% du diamètre de ce dernier.
  • L'enveloppe tubulaire pourra comporter deux fonds, dont l'un au moins pourra être amovible, ces fonds étant respectivement traversés par les moyens d'entrée et de sortie des fluides, et des moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les fonds et les moyens d'entrée et de sortie du fluide du faisceau. Ces moyens d'entrée et de sortie pourront être respectivement constitués de deux tubes longitudinaux et les moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les tubes et les fonds pourront être constitués de joints toriques ou d'un presse-étoupe.
  • La présente invention a pour objet un procédé d'intervention, tel que par exemple un nettoyage, sur un faisceau d'un échangeur de type spiralé comportant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide, ou faisceau, étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois, ou faisceau, et le second circuit étant constitué par un volume délimité par une enveloppe contenant le faisceau, chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
    • soumettre, avant son retrait, le faisceau à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, de façon à le faire se contracter,
    • une fois le faisceau extrait de son enveloppe interrompre la dépression,
    • procéder à l'intervention sur le faisceau,
    • soumettre de nouveau le faisceau à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, afin de le faire se contracter avant sa mise en place dans l'enveloppe,
    • remettre le faisceau à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été remis en place dans son enveloppe.
  • On pourra réaliser le faisceau de façon qu'il soit déformable sous l'effet d'une différence de pression entre le faisceau et l'enceinte d'une surpression ou d'une dépression et lui donner un diamètre externe inférieur au diamètre interne de l'enveloppe et appliquer au faisceau des surpressions et/ou des dépressions périodiques afin de modifier son diamètre externe et briser les éléments fragiles qui peuvent adhérés aux parois (tartre) qui se déposent sur lui.
  • Le procédé pourra comporter une étape préliminaire consistant à déconnecter le faisceau de son circuit.
  • On pourra également suivant l'invention favoriser l'opération d'intervention en soumettant le faisceau, une fois celui-ci extrait de son enveloppe, et avant l'intervention, à une surpression et/ou à un échauffement relatif par rapport à l'enveloppe, qui aura pour effet d'écarter les spires de l'enroulement les unes des autres.
  • Afin d'éviter de soumettre le faisceau à une pression trop forte ayant pour conséquences de déformer le métal constituant l'enroulement au delà de sa limite élastique on disposera autour du faisceau un limiteur dont le diamètre interne sera égal au diamètre maximal que l'on souhaite ne pas dépasser. Ce limiteur pourra être constitué d'une bague ou d'un fourreau.
  • On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
    • La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un échangeur suivant l'invention.
    • La figure 2 est une vue en perspective d'un faisceau constituant l'échangeur représenté sur la figure 1.
    • La figure 3 est une vue en perspective de l'enveloppe renfermant le faisceau représenté sur la figure 2.
    • Les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'un faisceau d'un échangeur suivant l'invention respectivement équipé d'un manchon et de bagues de limitation de son diamètre extérieur.
  • On a représenté sur les figures 1 à 3 un échangeur qui est essentiellement constitué d'une enveloppe 1 qui est destinée à recevoir un faisceau 3.
  • Le faisceau 3 est constitué d'un enroulement spiralé de deux feuilles de tôle 5 qui sont écartées l'une de l'autre et soudées afin de prévoir entre elles un circuit de fluide. L'écartement de ces deux feuilles de tôle 5 est assuré par une série de "picots" 7 qui sont créés et répartis sur la surface de la tôle avant le pliage de celle-ci. Ces picots 7, une fois l'enroulement effectué, assurent également un écartement régulier et contrôlé entre les spires. L'espace compris entre les deux feuilles de tôle pliées comporte un conduit d'alimentation 9 et un conduit d'évacuation 11.
  • L'enveloppe 1 est constituée d'un tube cylindrique 13 dont le diamètre interne correspond au diamètre externe du faisceau 3, de façon à pouvoir recevoir celui-ci. L'enveloppe 1, ainsi que représenté sur la figure 3, possède un conduit d'alimentation 15 en fluide et un conduit d'évacuation 17. Le tube 13 est fermé d'une part par un fond 19 qui est fixe et qui est traversé par le conduit d'évacuation 11 du faisceau 3 avec interposition d'un joint torique d'étanchéité 23 et d'autre part, à son autre extrémité, par un fond 25 amovible et qui, à cet effet, est maintenu par brides de serrage 27 qui prennent appui sur une collerette 29 du tube 13. Un joint torique 31 assure l'étanchéité entre le couvercle 25 et le conduit d'alimentation 9 du faisceau 3.
  • Ainsi, par un simple démontage du fond amovible 25 on a un accès au faisceau 3, après avoir soit déconnecté celui-ci des tuyaux d'alimentation reliés à ses conduites 9 et 11, soit en disposant d'une sortie 11 de longueur suffisante.
  • On sait que ce type d'échangeurs nécessite un jeu minimal entre le faisceau 3 et la face interne du tube dans lequel il est disposé. Or dans certains échangeurs notamment en acier inoxydable qui sont destinés à des applications qui requièrent une attention particulière, notamment dans le domaine de la pharmacie ou dans le domaine alimentaire, il est nécessaire que le faisceau puisse être retiré de son enveloppe sans, au cours de cette opération, former des rayures sur la paroi interne du tube, de telles rayures constituant notamment des lieux de nidations pour les bactéries.
  • Pour résoudre cette difficulté on fait en sorte que le faisceau 3 soit déformable au niveau de son diamètre sous l'effet d'une contrainte. Pour rendre ainsi le faisceau déformable on jouera sur l'épaisseur et la nature de l'acier utilisé.
  • Sur un échangeur assemblé que l'on souhaite démonter on provoquera la rétraction du faisceau 3 en reliant l'une des entrées 9 ou 11 de celui-ci à une pompe à vide, après avoir obturé l'autre entrée, afin de créer un vide partiel. On pourra alors démonter le faisceau sans risquer de rayer la face interne de l'enveloppe 1. Une fois le faisceau 3 démonté on supprimera le vide de façon qu'il se dilate et reprenne son diamètre naturel initial, puis on procédera à l'intervention (notamment à un nettoyage mécanique) sur celui-ci.
  • L'intervention pourra être rendue plus facile et plus efficace si l'on dilate le faisceau 3 au delà de son diamètre nominal en lui appliquant cette fois ci une surpression. On prendra soin au cours de cette opération de ne pas le déformer au delà de la limite élastique du matériau utilisé, afin qu'il puisse reprendre son diamètre nominal dès la fin du nettoyage et de l'interruption de la surpression.
  • Afin de limiter la déformation à une valeur maximale contrôlée du faisceau 3 on pourra, ainsi que représenté sur la figure 4, entourer celui-ci, avant d'appliquer la surpression, d'une bague ou d'un manchon 20 dont le diamètre interne est égal au diamètre maximal possible que peut prendre le faisceau 3 sans subir de déformation au delà de sa limite élastique. On peut également faire appel à des bagues 20, ainsi que représenté sur a figure 5.
  • Une fois l'intervention sur le faisceau terminé on fait de nouveau le vide dans celui-ci de façon à pouvoir le mettre en place facilement dans l'enveloppe 1, puis on déconnecte la pompe à vide de façon que le faisceau reprenne ses dimensions et forme nominales.
  • On peut également suivant l'invention faire appel à une variation relative de température pour faire se contracter ou se dilater le faisceau. Ainsi, avant le démontage du faisceau de son enveloppe, on pourra faire circuler dans le faisceau un liquide fortement refroidi, notamment voisin de ou même inférieur à 0°C, afin de le faire se contracter, et on pourra, dans le même temps, soumettre l'enveloppe à une température supérieure à la température ambiante afin de la faire se dilater.
  • Bien entendu, suivant l'invention on pourra faire agir de façon simultanée sur le faisceau soit la dépression et le refroidissement, soit la surpression et le chauffage.
  • Pour certaines applications il est possible de donner au faisceau 3 un diamètre inférieur au diamètre interne de l'enveloppe 1. Une telle disposition est particulièrement intéressante en ce qu'elle permet de réaliser une élimination automatique ou quasi automatique des dépôts fragiles (ex. calcaires) qui se produisent sur les parois du faisceau. Il suffit en effet de soumettre le faisceau, par exemple au cours de son fonctionnement, à une surpression (ou une dépression) du fluide qui le traverse pour le déformer et faire éclater les plaquettes de tartre qui le recouvrent. Ces opérations peuvent même être réalisées de façon automatique.

Claims (5)

  1. Procédé d'intervention, tel que notamment un nettoyage, sur un faisceau (3) d'un échangeur de chaleur de type spiralé comportant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois (5), ou faisceau (3), et le second circuit étant constitué par un volume délimité par une enveloppe (1) contenant le faisceau (3), chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée (9, 15) et de sortie (11, 17) de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à ;
    - soumettre, avant son retrait, le faisceau (3) à une dépression, et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe (1), de façon à le faire se contracter,
    - remettre le faisceau (3) à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été extrait de son enveloppe (1) afin de lui faire recouvrer ses dimensions initiales,
    - procéder à l'intervention sur le faisceau (1),
    - soumettre de nouveau le faisceau (3) à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe (1), afin de le faire se contracter avant sa mise en place dans l'enveloppe,
    - remettre le faisceau (3) à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été remis en place dans son enveloppe (1).
  2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape préliminaire consistant à déconnecter le faisceau (3) de son circuit.
  3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une étape intermédiaire consistant, avant l'étape d'intervention sur le faisceau (3), à soumettre le faisceau à une surpression et/ou à une augmentation de température par rapport à la température ambiante, de façon à le faire se dilater.
  4. Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que, avant l'application au faisceau (3) de ladite surpression et/ou de ladite augmentation de température, on dispose autour de celui-ci un dispositif (20, 21) limiteur de son diamètre.
  5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le faisceau (3) de façon qu'il soit déformable sous l'effet d'une différence de pression entre le faisceau (3) et l'enveloppe (1) et à lui donner un diamètre externe inférieur au diamètre interne de l'enveloppe (1) et à appliquer au faisceau (3) des surpressions et/ou des dépressions périodiques afin de modifier son diamètre externe.
EP05796036A 2004-08-09 2005-08-09 Procédé d'intervention sur un échangeur de chaleur Not-in-force EP1784613B1 (fr)

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Publication Number Publication Date
EP1784613A1 EP1784613A1 (fr) 2007-05-16
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DE (1) DE602005020641D1 (fr)
ES (1) ES2344357T3 (fr)
FR (1) FR2874080A1 (fr)
PL (1) PL1784613T3 (fr)
WO (1) WO2006021674A1 (fr)

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