EP4496655A1

EP4496655A1 - Méthode pour revêtir les surfaces internes d'un échangeur de chaleur avec un catalyseur solide pulvérulent

Info

Publication number: EP4496655A1
Application number: EP23709440.4A
Authority: EP
Inventors: Gaëtan BERGIN; Thierry Mazet; Michel VILASI; Léo PORTEBOIS; Nicolas RAMENATTE
Original assignee: Institut National Polytechnique de Lorraine; Fives Cryo SAS
Current assignee: Alfa Laval Golbey Sas; Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2025-01-29
Also published as: WO2023180085A1; US20250216161A1; KR20250016090A; JP2025512793A; FR3133769A1; CN119365261A

Abstract

Procédé de dépôt d'un revêtement sur des surfaces internes formant des cavités d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce que le revêtement comprend un adhésif liquide et une poudre d'un solide pulvérulent destiné à servir de catalyseur pour une réaction physico-chimique.

Description

PROCEDE DE REVETEMENT DE SURFACES INTERNES D’UN ECHANGEUR PAR UN SOLIDE PULVERULENT

Désignation du domaine technique concerné

La présente invention est relative à la réalisation d’un revêtement servant de catalyseur à une réaction physico-chimique sur des surfaces internes métalliques d’un échangeur de chaleur du type à plaques et ondes brasées, notamment un échangeur cryogénique.

Problèmes techniques auxquels répond l’invention

Un échangeur de chaleur du type à plaques et ondes brasées est classiquement un échangeur de chaleur formé d’un assemblage métallique de plaques et ondes brasées. Ce type d’échangeur de chaleur permet d'obtenir des organes très compacts offrant une grande surface d'échange et de faibles pertes de charge. Ce type d’échangeur de chaleur est formé d'un ensemble de plaques parallèles entre lesquelles sont insérées des éléments intercalaires, en particulier des structures ondulées ou ondes. Ces structures ondulées ou ondes forment des cavités présentant des surfaces internes métalliques. Les plaques empilées forment entre elles un empilement de passages plats pour différents fluides à mettre en relation d'échange.
Ainsi, un tel échangeur de chaleur présente des surfaces internes métalliques formant des cavités au travers desquelles circulent au moins un fluide. La taille caractéristique de ces cavités est de l’ordre du millimètre et présente des rapports d’aspect (ratio longueur / largeur) élevés.
Les plaques et éléments intercalaires de ce type d’échangeur de chaleur sont classiquement en métal.
Les technologies permettant de revêtir un substrat métallique sont nombreuses, mais deviennent pour la plupart inopérantes lorsqu’il s’agit de revêtir une paroi intérieure d’une cavité métallique d’un tel échangeur de chaleur.
Les dépôts réalisés par voie chimique en phase vapeur (dépôts CVD) utilisent un précurseur gazeux du revêtement à réaliser. Ce précurseur peut être produit à proximité directe de la surface à revêtir (pack cémentation) ou être transporté via un gaz sur la surface à revêtir (out of pack). Lorsqu’il est transporté via un gaz, les principales limitations de cette technologie sont l’appauvrissement rapide du mélange gazeux en espèces réactives entrainant des hétérogénéités de composition chimique et/ou d’épaisseur, voir l’absence de dépôt pour les surfaces les plus éloignées de l’alimentation en gaz porteur pour les structures de grandes dimensions.
Une amélioration de ce procédé consiste à utiliser un cément constitué de la poudre du métal à déposer, d’un diluant inerte et d’un additif, qui peut être un flux de décapage, tel que décrit par EP2956566. La viscosité du cément est ajustée de façon à améliorer sa coulabilité et permettre le remplissage des cavités à revêtir. Dans une autre variante enseignée par EP3049545, le dépôt est réalisé par voie liquide à l’aide d’une suspension aqueuse comprenant de la poudre du métal à déposer et au moins un additif qui peut être choisi entre un agent liant, un dispersant, etc., dont l’objectif est de favoriser le mouillage de la surface à revêtir.
Une étape de consolidation thermiquement activée est alors nécessaire pour extraire la phase organique (déliantage) et densifier le revêtement. Cette opération n’est pas toujours sans effet sur les propriétés mécaniques de la structure à revêtir, notamment si le traitement nécessite une température élevée.
Le problème est d’autant plus critique lorsque le matériau constituant le revêtement à déposer présente une forte réactivité vis-à-vis du substrat, par exemple lorsque le matériau du revêtement à déposer est à base d’oxyde de fer et le substrat à base d’aluminium, ce problème étant lié à la combinaison de ces deux matériaux qui est fortement exothermique. Dans cet exemple, le maintien d’un dépôt d’oxyde de fer à la surface du substrat à base d’aluminium lors d’une opération d’assemblage pratiquée à haute température n’est donc pas aisée, d’autant plus si l’assemblage est réalisé par brasage.
Cette difficulté peut être atténuée par la mise en place d’une barrière de diffusion de façon à isoler le revêtement du substrat lors de sa consolidation. Cette approche complique sensiblement le processus de fabrication.
Une autre difficulté à la mise en œuvre de tels revêtements est la formation d’un dépôt dont la croissance se fait en partie au détriment du substrat, notamment si le traitement thermique de consolidation conduit à la formation d’intermétalliques entre le substrat et le revêtement.
Ceci constitue un des inconvénients majeurs vis-à-vis de la réglementation des appareils à pression, dont la tenue mécanique est définie à partir d’une épaisseur minimale du substrat qui peut prendre la forme d’une paroi. Ceci d’autant plus si, par nature, les intermétalliques formés entre le substrat et le revêtement ont un caractère fragile, comme par exemple ceux du système Fe-Al.
Si dans le cas d’un équipement conventionnel ceci est facilement contournable par l’ajout d’une surépaisseur au niveau de la paroi, cela ne peut être envisagé pour un échangeur de chaleur du type à plaques et ondes brasées, dont les performances sont en partie assujetties à l’épaisseur des parois constituant les plaques et structures ondulées. En effet, pour ce type d’échangeur de chaleur, l’amincissement en paroi toléré est du même ordre de grandeur ou inférieur à l’épaisseur de la paroi alors consommée lors de l’étape de consolidation du revêtement. L’épaisseur de paroi résiduelle n’étant pas contrôlable a posteriori, ceci impose une maitrise parfaite des conditions de dépôt du dépôt précurseur.
Un autre inconvénient de ces technologies est la formation d’un revêtement totalement lisse, exempt d’aspérités permettant d’accroitre la surface réactive du dépôt.
A notre connaissance, les technologies de revêtement traditionnelles ne permettent pas d’obtenir un dépôt adhérent d’oxyde de fer à la surface d’une cavité en aluminium de faible section et d’un rapport longueur sur largeur important, supérieur à 1000.
Que le dépôt soit réalisé avant l’assemblage par PVD ou CVD, ou après assemblage à l’aide d’une barbotine, le chauffage ultérieur du substrat, nécessaire à la consolidation du revêtement ou à l’assemblage conduit à la formation de composés intermétalliques néfastes à l’intégrité mécanique de la structure, ceci d’autant plus que ces intermétalliques (Al-Fe) sont connus pour être sensibles à la fragilisation par l’hydrogène.
L’invention apporte une solution nouvelle à ces problèmes.

Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un procédé de réalisation d’un revêtement sur des surfaces internes métalliques formant des cavités d’un échangeur de chaleur, le revêtement étant destiné à servir de catalyseur pour une réaction physico-chimique de conversion ortho-para de l’hydrogène, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :

une étape de dépôt d’un adhésif liquide sur les surfaces internes métalliques, l’adhésif liquide étant à base aqueuse, organique ou inorganique, et
une étape de dépôt d’une poudre d’un solide pulvérulent sur l’adhésif liquide déposé, le solide pulvérulent étant un minéral et la poudre ayant une granulométrie comprise entre 10 µm et 100 µm..

L’échangeur de chaleur peut être un échangeur cryogénique.

Le revêtement (liner) obtenu sur les surfaces internes métalliques de l’échangeur selon le procédé sert donc de catalyseur à une réaction physico-chimique se produisant dans l’échangeur lors de son exploitation. Le solide minéral pulvérulent est le catalyseur. Ainsi, l’échangeur cumule une fonction d’échangeur classique, avec un transfert de calories entre des fluides, et une fonction de réacteur physico-chimique.

L’adhésif liquide permet de faire adhérer du solide pulvérulent sur les surfaces internes métalliques de l’échangeur, c’est-à-dire de faire adhérer une phase minérale sur une surface métallique.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le procédé comprend, après l’étape de dépôt de la poudre, une étape ultérieure de maintien des surfaces internes métalliques à température ambiante pendant laquelle les solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation.

Selon la nature de l’adhésif, par exemple pour une colle thermodurcissable, un maintien à température ambiante peut suffire pour qu’il sèche et acquière toutes ses propriétés d’adhésif. La durée de maintien est choisie pour obtenir l’évaporation de tous les solvants de l’adhésif ou la proportion de solvants souhaitée. Elle est notamment fonction des caractéristiques géométriques de l’échangeur et de la nature de l’adhésif. Elle est par exemple de quelques minutes à deux heures à une température comprise entre l’ambiante et 100 °C.

Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, le procédé selon l’invention comprend, après l’étape de dépôt de la poudre, une étape ultérieure de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes métalliques d’interagir avec le solide pulvérulent. Selon la nature de l’adhésif, par exemple pour un liant organique, une polymérisation peut être nécessaire pour qu’il sèche et acquière toutes ses propriétés d’adhésif. L’adhésif est choisi de telle sorte que la polymérisation puisse être réalisée dans un domaine de température suffisamment bas pour que les surfaces internes métalliques de l’échangeur n’interagissent pas avec le solide pulvérulent. Pour de plus hautes températures, voisines de la température de fusion de la brasure utilisée pour les échangeurs du type à plaques et ondes brasées en aluminium, l’aluminium et la brasure deviennent très réactifs avec les particules d’oxyde, ou de mélange d’oxydes, formant le solide pulvérulent. Cela aurait pour effet de former des composés intermétalliques entre le substrat et le revêtement et de réduire l’épaisseur de la paroi en aluminium.

Ainsi, l’adhésif liquide utilisé pour faire adhérer les particules du solide pulvérulent sur les surfaces internes métalliques de l’échangeur, est, selon sa nature, éliminé par évaporation ou polymérisé lors d’un traitement thermique.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le traitement thermique est réalisé à une température inférieure ou égale à 200°C. En limitant à 200°C la température à laquelle est réalisée la polymérisation, on évite tout risque de dégradation des caractéristiques mécaniques de l’aluminium et on reste conforme à la législation.

Avantageusement, un écoulement de gaz est réalisé dans les cavités de l’échangeur pendant l’étape ultérieure de maintien des surfaces internes métalliques à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation ou pendant l’étape ultérieure de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes métalliques d’interagir avec le solide pulvérulent.

Pour l’évaporation des solvants à température ambiante, l’écoulement du gaz favorise l’évaporation des solvants. Le gaz peut être préchauffé pour accentuer l’évaporation. Le gaz est par exemple de l’air ou de l’azote.

Avantageusement, avec une poudre du solide pulvérulent dont la granulométrie est comprise entre 10 µm et 100 µm, l’étape ultérieure, de maintien des surfaces internes métalliques à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation ou de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes métalliques d’interagir avec le solide pulvérulent, est réalisée après une étape de retrait de la poudre du solide pulvérulent qui n’adhère pas à l’adhésif liquide déposé sur des surfaces internes métalliques de l’échangeur.

Après ce retrait, il est plus facile de procéder à l’étape ultérieure, de maintien des surfaces internes métalliques à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation ou de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes métalliques d’interagir avec le solide pulvérulent, qui sinon serait gênée par la présence de poudre en excès. En effet, la présence de celle-ci formerait une barrière à l’évaporation des solvants et ajouterait de la matière à chauffer inutilement en cas de polymérisation.

Selon un exemple de réalisation selon l’invention, l’adhésif liquide peut être de l’alcool polyvinylique et/ou un polymère.

Avantageusement, l’adhésif liquide a une viscosité comparable à celle de l’eau, soit 1×10⁻³ Pa.s à 20°C. L’adhésif liquide peut ainsi s’écouler à l’intérieur de cavités de l’échangeur et les remplir et/ou les traverser en recouvrant toutes leurs surfaces internes métalliques.

De plus, l’adhésif liquide a une mouillabilité sur les surfaces internes métalliques suffisante pour laisser sur celles-ci une couche d’adhésif après que celui-ci a été mis en contact avec les surfaces internes métalliques.

La mouillabilité et la viscosité de l’adhésif liquide sont telles qu’après que l’adhésif liquide se soit écoulé à l’intérieur des cavités de l’échangeur, il reste de l’adhésif sur toutes les surfaces internes métalliques de l’échangeur ayant été en contact avec l’adhésif liquide et sous la forme d’une couche d’une épaisseur suffisante.

Selon l’invention, l’épaisseur d’adhésif liquide resté accroché aux surfaces internes métalliques de l’échangeur doit être suffisante pour correctement accrocher le solide pulvérulent lors de l’étape de dépôt de la poudre du solide pulvérulent sur l’adhésif liquide déposé. L’épaisseur de la couche d’adhésif est par exemple comprise entre 5 et 50 µm.

Selon l’invention, la granulométrie du solide pulvérulent ne doit pas être trop importante pour que le poids des particules reste compatible avec la force d’adhérence de l’adhésif liquide. En effet, une granulométrie trop importante conduirait à une poudre trop lourde qui ne serait pas correctement tenue à la surface des cavités de l’échangeur. Ainsi, la granulométrie maximale du solide pulvérulent est choisie selon la densité du solide pulvérulent, la force d’adhérence de l’adhésif et de l’épaisseur d’adhésif sur les surfaces internes métalliques.

Par ailleurs, la section des cavités internes étant de l’ordre de 1 mm² à 40 mm², la granulométrie du solide pulvérulent doit rester limitée pour ne pas trop réduire la section de passage du fluide process circulant dans les cavités de l’échangeur lors de l’exploitation de l’échangeur.

De plus, une faible granulométrie du solide pulvérulent est à privilégier car elle permet d’accroitre l’augmentation de la surface d’échange du revêtement qui résulte de la présence des particules et donc de développer l’action du solide pulvérulent. La surface active du solide pulvérulent, compte tenue de la morphologie des particules, est ainsi bien plus importante que celle des surfaces internes métalliques de l’échangeur qu’il recouvre.

La granulométrie de la poudre du solide pulvérulent est préalablement ajustée par broyage et filtration de façon à obtenir une distribution granulométrique appropriée. Pour obtenir une poudre de faible granulométrie, on peut utiliser un broyeur haute énergie ou un attriteur.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’étape de dépôt de l’adhésif liquide sur les surfaces internes métalliques est réalisée par trempage de l’échangeur dans un bain d’adhésif liquide jusqu’à remplissage des cavités ou par circulation d’adhésif liquide dans lesdites cavités.

Réaliser l’opération par trempage est un moyen simple de revêtir les surfaces internes métalliques de l’échangeur. L’échangeur est placé dans le bain selon une orientation permettant l’évacuation de l’air présent dans les cavités de l’échangeur et le remplissage de celles-ci par l’adhésif liquide. On évite ainsi que de l’air ne reste prisonnier dans l’échangeur ce qui conduirait à des surfaces non revêtues. L’échangeur est maintenu dans le bain le temps nécessaire à son remplissage, par exemple pendant une dizaine de minutes.

En variante, on peut placer l’échangeur avec ses cavités disposées verticalement, ou inclinées avec une forte composante verticale, et on verse l’adhésif liquide dans l’échangeur par sa partie supérieure de sorte que le liquide s’écoule dans les cavités de l’échangeur par écoulement gravitaire. La partie inférieure de l’échangeur peut être obstruée de sorte d’effectuer un gavage de l’échangeur par l’adhésif liquide. La partie inférieure de l’échangeur peut être libre de sorte que la quantité de liquide en excès (qui n’adhère pas aux surfaces internes de l’échangeur) ressorte de l’échangeur par son extrémité inférieure. La quantité d’adhésif versée doit être suffisante pour que de l’adhésif se dépose sur toutes les surfaces internes de l’échangeur sur lesquelles un revêtement est souhaité.

Selon l’invention, une fois les surfaces internes métalliques revêtues d’adhésif, on procède au dépôt du solide pulvérulent.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’étape de dépôt de la poudre du solide pulvérulent sur l’adhésif déposé est réalisée par gavage ou déversement. Par exemple, on peut procéder par un déversement gravitaire. Comme pour le dépôt de l’adhésif, on place alors l’échangeur avec ses cavités disposées verticalement, ou inclinées avec une forte composante verticale, et on verse de la poudre du solide pulvérulent dans l’échangeur par sa partie supérieure de sorte que la poudre s’écoule dans les cavités de l’échangeur. On peut également procéder par gavage en poudre, avec l’extrémité inférieure de l’échangeur obstruée. La quantité de poudre versée doit alors être suffisante pour que de la poudre se dépose sur toutes les surfaces internes métalliques de l’échangeur sur lesquelles un revêtement est souhaité.

Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, l’étape de dépôt de la poudre du solide pulvérulent sur l’adhésif déposé est réalisée en plaçant l’échangeur dans une enceinte de fluidisation dans laquelle la poudre du solide pulvérulent a été préalablement mise en suspension à l’aide d’un gaz.

Il serait très difficile, voire impossible, de plonger l’échangeur dans un bac contenant simplement le solide pulvérulent, la résistance mécanique au déplacement de la poudre étant trop importante. Par analogie, on imagine la difficulté de plonger l’échangeur dans un bac à sable.

En fluidisant le solide pulvérulent, celui-ci se comporte comme un liquide. Il devient alors possible de plonger l’échangeur dans le lit fluidisé jusqu’à le recouvrir complètement. De plus, la fluidisation facilite l’écoulement de la poudre dans les cavités internes de l’échangeur. L’échangeur peut être placé dans l’enceinte avec ses cavités disposées verticalement, ou inclinées avec une forte composante verticale, pour faciliter l’écoulement de la poudre dans l’échangeur.

L’ajustement de la vitesse de descente de l’échangeur dans l’enceinte de fluidisation permet d’enduire les cavités d’une couche de particules du solide pulvérulent avec une répartition homogène. Le taux de recouvrement des surfaces internes métalliques par la poudre du solide pulvérulent est ainsi très important, au-delà du minimum visé de 60 %.

Au même titre que l’approche présentée précédemment, l’enceinte dans lequel est plongé l’échangeur peut être une enceinte de fluidisation thermostatée permettant de réaliser la polymérisation de l’adhésif.

Avantageusement, le gaz de mise en suspension de la poudre du solide pulvérulent comprend un agent réactif interagissant avec le solide pulvérulent.

Avantageusement, l’agent réactif est destiné à initier ou accélérer la polymérisation de l’adhésif. L’agent réactif est par exemple de l’azote hydrogéné pour réduire ou pour contrôler le degré d’humidité du solide pulvérulent.

Avec l’utilisation d’un adhésif liquide très fluide qui recouvre parfaitement toutes les surfaces internes métalliques de l’échangeur et d’une poudre de faible granulométrie dont le mode de dépôt permet de recouvrir tout l’adhésif préalablement déposé, l’invention permet d’obtenir un revêtement cohérent d’un solide pulvérulent sur toutes les surfaces internes métalliques de l’échangeur. On obtient ainsi une grande surface de solide, c’est-à-dire de catalyseur, pour favoriser la réaction physico-chimique souhaitée.

Selon un second aspect de l’invention, il est proposé un échangeur de chaleur cryogénique caractérisé en ce qu’il comprend des surfaces internes métalliques revêtues d’un revêtement servant de catalyseur à une réaction physico-chimique réalisé selon le premier aspect de l’invention.

Avantageusement, les surfaces internes métalliques de l’échangeur forment des cavités dont le ratio longueur sur largeur est égal ou supérieur à 1000.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’échangeur est en aluminium, ou en alliage d’aluminium, et le solide pulvérulent est un oxyde, un hydroxyde, un mélange d’oxydes ou d’hydroxydes, ou un mélange d’oxydes et d’hydroxydes.

Avantageusement, l’oxyde est du Fe₂O₃ ou l’hydroxyde est du Fe(OH)₃.

L’invention est particulièrement avantageuse pour les échangeurs cryogéniques du type à plaques et ondes brasées destinés à la production d’hydrogène, dont le revêtement de surfaces internes métalliques obtenu selon l’invention agit comme catalyseur pour une réaction physico-chimique de conversion ortho-para de l’hydrogène. Cette conversion est réalisée alors que l’hydrogène est à l’état liquide et à une température d’environ -250°C.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

est une vue schématique d’un procédé de revêtement selon le second exemple de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique et partielle d’un échangeur cryogénique à plaques et ondes selon un exemple de réalisation de l’invention, après une étape C du procédé de revêtement de la ;

est une vue similaire à la , après une étape D du procédé de revêtement de la ;

est une vue similaire à la , après une étape F du procédé de revêtement de la ; et

est une vue schématique et partielle d’un échangeur selon l’invention pour illustrer le ratio entre la largeur et la longueur de ses cavités internes.

Comme représenté en , à l’étape A, la poudre d’un solide pulvérulent, c’est-à-dire le catalyseur, à déposer sur des surfaces internes métalliques de l’échangeur 1 de chaleur fait d’abord l’objet d’un ajustement de sa granulométrie par un broyage mécanique suivi d’une filtration à sec pour obtenir et ne retenir que des particules dont la granulométrie est adaptée.

A l’étape B, la poudre obtenue est placée dans une enceinte de fluidisation dans laquelle elle forme un lit fluidisé par la circulation d’un gaz.

En parallèle, à l’étape C, on procède à la préparation de l’échangeur 1 dont des surfaces internes forment le substrat, ou paroi, à revêtir. Ces surfaces peuvent être décapées avec une solution acide liquide pour une parfaite adhésion ultérieure de l’adhésif et du solide pulvérulent. La illustre une vue en coupe partielle et en gros plan de l’échangeur 1 après cette étape C. Des ondes 2 sont disposées entre deux plaques de séparation 3. Les ondes 2 et les plaques de séparation 3 forment des cavités 10 ayant des surfaces internes 11 métalliques.

On procède ensuite, à l’étape D, à l’enduction de l’adhésif sur la surface des cavités 10, par trempage dans cet exemple de réalisation. L’échangeur 1 est ainsi plongé dans un bain d’adhésif liquide en étant incliné de sorte que l’air présent dans l’échangeur 1 puisse s’échapper et être remplacé par de l’adhésif liquide. La température du bain peut être contrôlée pour obtenir une viscosité donnée de l’adhésif, par exemple de 1×10⁻³ Pa.s à 20°C. L’échangeur 1 est ensuite extrait du bain d’adhésif et est maintenu au-dessus de celui-ci en disposant l’échangeur 1 avec ses cavités orientées verticalement. Ainsi, l’excédent d’adhésif s’écoule gravitairement hors de l’échangeur 1 et tombe dans le bain. La illustre la vue en coupe partielle de la après l’étape D. Des surfaces internes de l’échangeur 1 sont recouvertes d’adhésif 4.

A l’étape E, l’échangeur 1 est ensuite immergé dans le lit fluidisé. Avantageusement on choisira des vitesses de descente de l’échangeur 1 dans le lit fluidisé comprises entre 0,5 mm/s et 1 m/s, et de façon plus préférentielle entre 1 et 10 mm/s.

L’échangeur 1 est maintenu dans le lit fluidisé pendant quelques minutes avant d’en être extrait.

Avantageusement on choisira des vitesses d’extraction de l’échangeur 1 du lit fluidisé également comprises entre 0,5 mm/s et 1 m/s, et de façon plus préférentielle entre 1 mm/s et 10 mm/s.

On procède ensuite, à l’étape F, au retrait de la poudre en excès, qui, dans l’exemple donné, se fait lors de la sortie de l’échangeur 1 du lit fluidisé. L’échangeur 1 est disposé avec ses cavités 10 orientées verticalement au-dessus du bac contenant la poudre. Les particules qui ne sont pas tenues par l’adhésif s’écoulent ainsi gravitairement hors de l’échangeur 1. Pour faciliter cet écoulement, l’échangeur 1 peut être légèrement secoué et/ou un gaz peut être injecté dans l’échangeur 1 pour un entrainement mécanique des particules non adhérentes. La reprend la vue en coupe partielle de la après l’étape F. Des particules 5 du solide pulvérulent sont maintenues sur les surfaces internes de l’échangeur 1 par l’adhésif.

A noter que les figures illustrent schématiquement un exemple de réalisation de l’invention. Les rapports entre les dimensions des éléments représentés ne sont pas nécessairement représentatifs des rapports réels. Ainsi, la taille des particules 5 et l’épaisseur de l’adhésif 4 sur la ne sont pas nécessairement représentatifs de leurs dimensions réelles comparées à celles des ondes et des plaques de séparation représentées et des cavités qu’elles forment.

En étape G, l’échangeur 1 est ensuite placé dans une enceinte thermostatée où il peut être porté et maintenu quelques dizaines de minutes à une température de 150°C afin de polymériser l’adhésif.

A l’étape H, l’échangeur 1 est ensuite extrait de l’enceinte thermostatée et ramené à température ambiante.

La représente schématiquement et partiellement un échangeur 1 selon l’invention. La distance 6 illustre la largeur d’une cavité et la distance 7 sa longueur. Selon l’invention, les cavités de l’échangeur 1 revêtues d’un catalyseur ont un ratio longueur / largeur égal ou supérieur à 1000. Comme cela est représenté sur l’agrandissement 8b de la portion circulaire 8a de l’échangeur 1, l’onde 2 forme une cavité 10 avec une plaque de séparation 3, d’une largeur 6 et d’une hauteur 9. Pour apprécier le ratio entre la largeur et la longueur de la cavité, on considère pour la largeur de la cavité la dimension la plus petite entre sa largeur et sa hauteur. Dans cet exemple, le ratio longueur / largeur est ainsi égal à 7 / 6.

Claims

Procédé de réalisation d’un revêtement sur des surfaces internes métalliques formant des cavités d’un échangeur de chaleur, le revêtement étant destiné à servir de catalyseur pour une réaction physico-chimique de conversion ortho-para de l’hydrogène, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes :
- une étape de dépôt d’un adhésif liquide sur les surfaces internes métalliques, l’adhésif liquide étant à base aqueuse, organique ou inorganique, et
- une étape de dépôt d’une poudre d’un solide pulvérulent sur l’adhésif liquide déposé, le solide pulvérulent étant un minéral et la poudre ayant une granulométrie comprise entre 10 µm et 100 µm.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape de dépôt de la poudre, une étape ultérieure de maintien des surfaces internes à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape de dépôt de la poudre, une étape ultérieure de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes d’interagir avec le solide pulvérulent.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé à une température inférieure ou égale à 200°C.
Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu’un écoulement de gaz est réalisé dans les cavités de l’échangeur pendant l’étape ultérieure de maintien des surfaces internes à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation ou pendant l’étape ultérieure de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes d’interagir avec le solide pulvérulent.
Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l’étape ultérieure, de maintien des surfaces internes à température ambiante pendant laquelle des solvants de l’adhésif liquide sont, au moins partiellement, éliminés par évaporation ou de polymérisation de l’adhésif liquide par un traitement thermique pratiqué dans un domaine de température qui ne permet pas aux surfaces internes d’interagir avec le solide pulvérulent, est réalisée après une étape de retrait de la poudre du solide pulvérulent qui n’adhère pas à l’adhésif liquide déposé sur des surfaces internes de l’échangeur.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’adhésif liquide est de l’alcool polyvinylique et/ou un polymère.
Procédé selon l’une des revendications 1 ou 7, caractérisé en ce que l’adhésif liquide a une viscosité comparable à celle de l’eau, soit 1×10⁻³ Pa.s à 20°C.
Procédé selon l’une des revendications 1 ou 8, caractérisé en ce que l’adhésif liquide a une mouillabilité sur les surfaces internes suffisante pour laisser sur celles-ci une couche d’adhésif après que celui-ci a été mis en contact avec les surfaces internes.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur est en aluminium, ou en alliage d’aluminium, et en ce que le solide pulvérulent est un oxyde ou un hydroxyde ou un mélange d’oxydes ou d’hydroxydes, ou un mélange d’oxydes et d’hydroxydes.
Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’oxyde est du Fe₂O₃ ou en ce que l’hydroxyde est du Fe(OH)₃.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la poudre du solide pulvérulent a une granulométrie comprise entre 50 nm et 1µm.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’étape de dépôt de l’adhésif liquide sur les surfaces internes métalliques est réalisée par trempage de l’échangeur dans un bain d’adhésif liquide jusqu’à remplissage des cavités ou par circulation d’adhésif liquide dans lesdites cavités.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de dépôt de la poudre du solide pulvérulent sur l’adhésif déposé est réalisée par gavage ou déversement.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de dépôt de la poudre du solide pulvérulent sur l’adhésif déposé est réalisée en plaçant l’échangeur dans une enceinte de fluidisation dans laquelle la poudre du solide pulvérulent a été préalablement mise en suspension à l’aide d’un gaz.
Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gaz de mise en suspension de la poudre du solide pulvérulent comprend un agent réactif interagissant avec le solide pulvérulent.
Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l’agent réactif est destiné à initier ou accélérer la polymérisation de l’adhésif.
Echangeur de chaleur cryogénique caractérisé en ce qu’il comprend des surfaces internes métalliques revêtues d’un revêtement servant de catalyseur à une réaction physico-chimique réalisé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17.
Echangeur de chaleur selon la revendication 18, caractérisé en ce que les surfaces internes métalliques forment des cavités dont le ratio longueur sur largeur est égal ou supérieur à 1000.