WO2024056364A1 - Shell-and-tube heat exchanger - Google Patents

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WO2024056364A1
WO2024056364A1 PCT/EP2023/073621 EP2023073621W WO2024056364A1 WO 2024056364 A1 WO2024056364 A1 WO 2024056364A1 EP 2023073621 W EP2023073621 W EP 2023073621W WO 2024056364 A1 WO2024056364 A1 WO 2024056364A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluid
head
exchanger
box
tubular
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073621
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French (fr)
Inventor
Maud PERIN
Fabien Durand
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude filed Critical L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the present invention relates to a tube-and-shell heat exchanger.
  • a problem with these types of known exchangers is that it is impossible to use a removable tube bundle while offering minimal pressure losses on the tube side and while offering maximum sealing on the tube side.
  • tubular assembly slides relative to the grille and thus be easily removable, i.e. to allow its extraction/insertion into the grille.
  • an exchanger offers minimal pressure losses at the level of the tubular assembly.
  • the fluid to be cooled only circulates once inside the bundle tubes, from the front part to the rear part of the exchanger.
  • Such an exchanger also offers maximum sealing at the level of the tubular assembly. In fact, the fluid circulating inside the bundle tubes cannot escape to the atmosphere.
  • the first fluid is a cooling fluid.
  • the first fluid comprises a liquid, in particular water.
  • the second fluid is intended to be cooled as it passes through the exchanger.
  • the second fluid comprises a gas, in particular helium.
  • the front bottom is curved.
  • the front bottom extends substantially in a plane orthogonal to the first axis and is intersected by the first axis.
  • the front head comprising a front head flange, in particular in one piece or assembled by welding with the front box or with the front tubular plate, to allow the fixing of the front head to a front grille flange, the head flange front having in particular substantially the same internal diameter as that of the front grille flange.
  • the exchanger comprises a front seal interposed between the front calender flange and the front head flange, to allow sealing with respect to the first fluid.
  • the rear head comprises a converging profile, the converging profile being converging when moving along the first longitudinal axis in the direction going from the front part towards the rear part, on at least a portion of the first axis longitudinal, the portion being in particular between the rear tubular plate and the rear orifice, the rear box being in particular conical.
  • the front head comprises a gripping member for the passage of lifting tools allowing the dismantling of the removable tubular assembly relative to the grille.
  • the exchanger comprises a sealing device with respect to the first fluid, the sealing device being arranged in particular between a rear opening of the grille and the rear head.
  • the sealing device comprising a gasket, in particular mounted tight between the internal wall of the calender and the rear tubular plate, the sealing device comprising in particular a clamping ring mounted integral with a shoulder of the calender.
  • the sealing device comprises a bellows fixed, in particular screwed, on the grille with the interposition of a first O-ring between the grille and the bellows, the bellows being further fixed, in particular screwed, on the rear head, with interposition of a second seal, in particular O-ring, between the bellows and the rear head.
  • the sealing device comprises a one-piece bellows or assembled by welding with the grille, the bellows being further screwed onto the rear head, with the interposition of a second seal, in particular O-ring, between the bellows and the rear head.
  • the front pipe extends along a second axis forming an angle greater than 45° relative to the first axis, in particular forming an angle substantially equal to 90°.
  • the rear pipe extends substantially along the first axis.
  • the grille does not have a baffle.
  • the tubular bundle comprises baffles, in particular fixed on the external wall of at least one of the tubes.
  • the front head does not have a removable cover.
  • the grille is of the “single pass” type, in particular of the “E” type according to the “TEMA” standard.
  • the front head is type “C” according to the “TEMA” standard, the front head not having a removable cover.
  • the rear head is of type “P” according to the “TEMA” standard, the rear head not having a removable cover.
  • the tubular assembly has no joint between the front box and the front tubular plate.
  • the tubular assembly has no joint between the rear box and the rear tubular plate.
  • the largest external diameter of the rear head is less than the smallest internal diameter of the grille.
  • the rear head is dimensioned to allow the rear head to slide relative to the grille, along the first axis.
  • the tubular assembly is arranged to be removable relative to the grille, the assembly being notably mounted to slide relative to the grille, for example by the front part.
  • the grille comprises a front grille flange intended to receive in abutment, the front head flange, when the tubular assembly is mounted inside the grille, to allow the fixing of the front head to the grille , in particular by at least one removable fixing system.
  • a tube-shell heat exchanger 100 which extends along a first longitudinal axis 40 between a front part, to receive a second fluid and a rear part to deliver the second fluid once cooled.
  • the exchanger 100 comprises a calender 2 defining an internal volume intended to be crossed by a first fluid, such as a cooling fluid, for example a liquid such as water.
  • the exchanger 100 further comprises a removable tubular assembly 1 extending along the first longitudinal axis 40 and defining a circuit for the circulation of the second fluid, such as a gas, for example helium or neon or nitrogen or a mixture comprising at least one of helium, neon, nitrogen, or any other suitable mixture.
  • a gas for example helium or neon or nitrogen or a mixture comprising at least one of helium, neon, nitrogen, or any other suitable mixture.
  • the front tubular plate 14 is in one piece or assembled by welding with the front box 18.
  • the rear tubular plate 15 is in one piece or assembled by welding with the rear box 20.
  • the tubular bundle 13 is in one piece or assembled by welding with the front tubular plate 14
  • the tubular bundle 13 is in one piece or assembled by welding with the rear tubular plate 15.
  • Front line 10 is an inlet line for the second fluid. It includes a front pipe flange 16 to allow attachment with a front connection flange 30 of an inlet for the second fluid. A gasket is interposed between the front pipe flange 16 and the front connection flange 30.
  • the front pipe 10 extends along a second axis 41, perpendicular to the first axis 40.
  • the rear pipe 21 is an outlet pipe for the second fluid (namely, the cooled gas in the example considered). It has a rear port flange 17 to allow attachment with a rear connection flange of a rear connection channel 31 with an outlet for the second fluid.
  • a seal such as an O-ring or a crushed gasket is interposed between the rear port flange 17 and the rear connection flange 31.
  • the grille 2 comprises a tubular wall 51 comprising a front opening configured to allow the passage of the rear head 12 and the tubular bundle 13 through the grille 2, during assembly or disassembly of the removable tubular assembly 1 relative to the grille 2.
  • the front head 11 comprises a front head flange 22.
  • the front head flange 22 is in one piece or assembled by welding with the front box 18 or with the front tubular plate 14, to allow the attachment of the front head 11 to a front flange grille 56.
  • the front head flange 22 has substantially the same internal diameter as that of the front grille flange 56.
  • a front seal is interposed between the front grille flange 56 and the front head flange 22, to allow sealing against the first fluid.
  • the rear head 12 comprises a converging profile, the converging profile being converging when moving along the first longitudinal axis 40 in the direction going from the front part towards the rear part, on at least one portion comprised between the tubular plate rear 15 and the rear port.
  • the rear box 20 is conical.
  • the front head 11 comprises a gripping member 60 for the passage of lifting tools allowing the dismantling of the removable tubular assembly 1 relative to the grille 2.
  • the exchanger 100 does not have a flange for tightening the rear head 12 relative to the grille 2.
  • the tubular assembly 1 is slid along the first longitudinal axis 40, from the front part towards the rear part, until the rear orifice flange 17 comes into contact. stop against the rear connection flange 31.
  • each flange as described above is secured to the flange on which it is positioned, by a nut or any other type of connecting device.
  • a seal such as an O-ring or a crushed seal is interposed between the two flanges to prevent leaks of the second fluid with respect to the atmosphere or to prevent leaks of the first fluid with the outside. of the grille 2.
  • a sealing device 70, 72, 73 is added with respect to the first fluid, between a rear opening of the grille 2 and the rear head 12.
  • sealing device 70, 72 There represents a first embodiment of the sealing device 70, 72.
  • the sealing device comprises a seal 72, in particular mounted tight between the internal wall of the calender 2 and the rear tubular plate 15.
  • the sealing device further comprises a clamping ring 70 mounted integral with a shoulder 50 of the grille 2.
  • a nut 71 makes it possible to secure the clamping ring 70 of the grille 2.
  • the sealing device comprises a bellows 70 fixed by a nut 71 on the calender 2 with the interposition of a first O-ring 72 between the calender 2 and the bellows 70, the bellows 70 being further fixed by a nut 74 on the head rear 12, with the interposition of a second seal 73, in particular O-ring, between the bellows 70 and the rear head 12.
  • the sealing device comprises a bellows 70 in one piece or assembled by welding with the calender 2, the bellows 70 being further fixed by a nut 74 on the rear head 12, with the interposition of a second seal 73, in particular O-ring, between the bellows 70 and the rear head 12.

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Abstract

The invention relates to a shell-and-tube heat exchanger (100) comprising: a shell (2) through which a first fluid is intended to flow; and a removable tubular assembly (1) for the circulation of a second fluid, the assembly (1) comprising: a front header (11) comprising a front casing (18), a front base (19), a front orifice for the inlet of the second fluid and a front tubular plate (14) secured to the front casing (18); a rear header (12) comprising a rear casing (20), a rear orifice for the outlet of the second fluid and a rear tubular plate (15) secured to the rear casing (20); a tubular bundle (13) comprising a set of tubes for the passage of the second fluid and being configured so that the second fluid flows only once through the shell (2) between the front orifice and the rear orifice.

Description

Échangeur de chaleur tube-calandreTube-and-shell heat exchanger
La présente invention porte sur un échangeur de chaleur tube-calandre.The present invention relates to a tube-and-shell heat exchanger.
On connaît différents types d’échangeurs de chaleur tube-calandre pour refroidir un gaz avec de l’eau. Ce type d’échangeur peut être utilisé pour refroidir de l’hélium, notamment lorsque ce gaz a été réchauffé par un compresseur. On connaît en outre la norme TEMA qui a été établie et qui est maintenue par l’association « Tubular Exchanger Manufacturer's Association ». Cette norme définit les principaux types d'échangeurs utilisés dans l'industrie.Different types of tube-and-shell heat exchangers are known for cooling a gas with water. This type of exchanger can be used to cool helium, particularly when this gas has been heated by a compressor. We also know the TEMA standard which was established and which is maintained by the “Tubular Exchanger Manufacturer's Association”. This standard defines the main types of exchangers used in the industry.
Un problème avec ces types d’échangeurs connus est qu’il est impossible d’avoir recours à un faisceau tubulaire démontable tout en offrant des pertes de charge minimales côté tube et tout en offrant une étanchéité maximale côté tube.A problem with these types of known exchangers is that it is impossible to use a removable tube bundle while offering minimal pressure losses on the tube side and while offering maximum sealing on the tube side.
La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un échangeur de chaleur tube-calandre s’étendant selon un premier axe longitudinal entre une partie avant et une partie arrière, l’échangeur comportant :
  • une calandre définissant un volume intérieur destiné à être traversé par un premier fluide ; et
  • un ensemble tubulaire démontable s’étendant selon le premier axe longitudinal et définissant un circuit pour la circulation d’un deuxième fluide, l’ensemble tubulaire démontable comportant :
    • une tête avant définissant une chambre avant pour le deuxième fluide, la tête avant comportant une boîte avant, un fond avant monobloc ou assemblé par soudage avec la boîte avant, un orifice avant pour l’entrée ou la sortie du deuxième fluide, une conduite avant débouchant dans l’orifice avant et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant, et une plaque tubulaire avant solidaire de la boîte avant ;
    • une tête arrière, définissant une chambre arrière pour le deuxième fluide, la tête arrière comportant une boîte arrière, un orifice arrière pour l’entrée ou la sortie du deuxième fluide, une conduite arrière débouchant dans l’orifice arrière et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière, et une plaque tubulaire arrière solidaire de la boîte arrière ;
    • un faisceau tubulaire comprenant un ensemble de tubes pour le passage du deuxième fluide et étant configuré pour que le deuxième fluide ne traverse qu’une seule fois la calandre entre l’orifice avant et l’orifice arrière,
la plaque tubulaire avant étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant, la plaque tubulaire arrière étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière, le faisceau tubulaire étant monobloc ou assemblé par soudage avec la plaque tubulaire avant et avec la plaque tubulaire arrière.The present invention aims to effectively remedy these drawbacks by proposing a tube-shell heat exchanger extending along a first longitudinal axis between a front part and a rear part, the exchanger comprising:
  • a calender defining an interior volume intended to be crossed by a first fluid; And
  • a removable tubular assembly extending along the first longitudinal axis and defining a circuit for the circulation of a second fluid, the removable tubular assembly comprising:
    • a front head defining a front chamber for the second fluid, the front head comprising a front box, a front bottom in one piece or assembled by welding with the front box, a front orifice for the entry or exit of the second fluid, a front pipe opening into the front port and being in one piece or assembled by welding with the front box, and a front tubular plate secured to the front box;
    • a rear head, defining a rear chamber for the second fluid, the rear head comprising a rear box, a rear orifice for the entry or exit of the second fluid, a rear pipe opening into the rear orifice and being in one piece or assembled by welding with the rear box, and a rear tubular plate secured to the rear box;
    • a tubular bundle comprising a set of tubes for the passage of the second fluid and being configured so that the second fluid only passes through the grille once between the front orifice and the rear orifice,
the front tube plate being in one piece or assembled by welding with the front box, the rear tube plate being in one piece or assembled by welding with the rear box, the tube bundle being in one piece or assembled by welding with the front tube plate and with the rear tube plate .
Ceci permet à l’ensemble tubulaire de coulisser relativement à la calandre et d’être ainsi facilement démontable, à savoir de permettre son extraction/insertion dans la calandre. Bien que l’ensemble tubulaire soit démontable relativement à la calandre, un tel échangeur offre des pertes de charge minimales au niveau de l’ensemble tubulaire. En effet, le fluide à refroidir ne circule qu’une seule fois à l’intérieur des tubes du faisceau, depuis la partie avant jusqu’à la partie arrière de l’échangeur. Un tel échangeur offre en outre une étanchéité maximale au niveau de l’ensemble tubulaire. En effet, le fluide qui circule à l’intérieur des tubes du faisceau ne peut pas s’échapper vers l’atmosphère.This allows the tubular assembly to slide relative to the grille and thus be easily removable, i.e. to allow its extraction/insertion into the grille. Although the tubular assembly can be dismantled relative to the calender, such an exchanger offers minimal pressure losses at the level of the tubular assembly. In fact, the fluid to be cooled only circulates once inside the bundle tubes, from the front part to the rear part of the exchanger. Such an exchanger also offers maximum sealing at the level of the tubular assembly. In fact, the fluid circulating inside the bundle tubes cannot escape to the atmosphere.
Selon une réalisation, le premier fluide est un fluide de refroidissement.According to one embodiment, the first fluid is a cooling fluid.
Selon une réalisation, le premier fluide comporte un liquide, notamment de l’eau.According to one embodiment, the first fluid comprises a liquid, in particular water.
Selon une réalisation, le deuxième fluide est destiné à être refroidi lors de son passage au travers de l’échangeur.According to one embodiment, the second fluid is intended to be cooled as it passes through the exchanger.
Selon une réalisation, le deuxième fluide comporte un gaz, notamment de l’hélium.According to one embodiment, the second fluid comprises a gas, in particular helium.
Selon une réalisation, le fond avant est bombé.According to one embodiment, the front bottom is curved.
Selon une réalisation, le fond avant s’étend sensiblement dans un plan orthogonal au premier axe et est coupé par le premier axe.According to one embodiment, the front bottom extends substantially in a plane orthogonal to the first axis and is intersected by the first axis.
Selon une réalisation, la tête avant comportant une bride de tête avant, notamment monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant ou avec la plaque tubulaire avant, pour permettre la fixation de la tête avant à une bride avant de calandre, la bride de tête avant ayant notamment sensiblement le même diamètre interne que celui de la bride avant de calandre.According to one embodiment, the front head comprising a front head flange, in particular in one piece or assembled by welding with the front box or with the front tubular plate, to allow the fixing of the front head to a front grille flange, the head flange front having in particular substantially the same internal diameter as that of the front grille flange.
Selon une réalisation, l’échangeur comporte un joint avant interposé entre la bride avant de calandre et la bride de tête avant, pour permettre l’étanchéité vis-à-vis du premier fluide.According to one embodiment, the exchanger comprises a front seal interposed between the front calender flange and the front head flange, to allow sealing with respect to the first fluid.
Selon une réalisation, la tête arrière comporte un profil convergent, le profil convergeant étant convergeant lorsque l’on se déplace le long du premier axe longitudinal dans la direction allant de la partie avant vers la partie arrière, sur au moins une portion du premier axe longitudinal, la portion étant notamment comprise entre la plaque tubulaire arrière et l’orifice arrière, la boîte arrière étant notamment conique.According to one embodiment, the rear head comprises a converging profile, the converging profile being converging when moving along the first longitudinal axis in the direction going from the front part towards the rear part, on at least a portion of the first axis longitudinal, the portion being in particular between the rear tubular plate and the rear orifice, the rear box being in particular conical.
Selon une réalisation, la tête avant comporte un organe de préhension pour le passage d’un outillage de levage permettant le démontage de l’ensemble tubulaire démontable relativement à la calandre.According to one embodiment, the front head comprises a gripping member for the passage of lifting tools allowing the dismantling of the removable tubular assembly relative to the grille.
Selon une réalisation, l’échangeur comporte un dispositif d’étanchéité vis-à-vis du premier fluide, le dispositif d’étanchéité étant notamment disposé entre une ouverture arrière de la calandre et la tête arrière. According to one embodiment, the exchanger comprises a sealing device with respect to the first fluid, the sealing device being arranged in particular between a rear opening of the grille and the rear head.
Selon une réalisation, le dispositif d’étanchéité comportant une garniture, notamment montée serrée entre la paroi interne de la calandre et la plaque tubulaire arrière, le dispositif d’étanchéité comportant notamment une bague de serrage montée solidaire d’un épaulement de la calandre.According to one embodiment, the sealing device comprising a gasket, in particular mounted tight between the internal wall of the calender and the rear tubular plate, the sealing device comprising in particular a clamping ring mounted integral with a shoulder of the calender.
En variante, le dispositif d’étanchéité comporte un soufflet fixé, notamment vissé, sur la calandre avec interposition d’un premier joint torique entre la calandre et le soufflet, le soufflet étant en outre fixé, notamment vissé, sur la tête arrière, avec interposition d’un deuxième joint, notamment torique, entre le soufflet et la tête arrière.Alternatively, the sealing device comprises a bellows fixed, in particular screwed, on the grille with the interposition of a first O-ring between the grille and the bellows, the bellows being further fixed, in particular screwed, on the rear head, with interposition of a second seal, in particular O-ring, between the bellows and the rear head.
En variante, le dispositif d’étanchéité comporte un soufflet monobloc ou assemblée par soudage avec la calandre, le soufflet étant en outre vissé sur la tête arrière, avec interposition d’un deuxième joint, notamment torique, entre le soufflet et la tête arrière.Alternatively, the sealing device comprises a one-piece bellows or assembled by welding with the grille, the bellows being further screwed onto the rear head, with the interposition of a second seal, in particular O-ring, between the bellows and the rear head.
Selon une réalisation, la conduite avant s’étend selon un deuxième axe formant un angle supérieur à 45° par rapport au premier axe, notamment formant un angle sensiblement égal à 90°.According to one embodiment, the front pipe extends along a second axis forming an angle greater than 45° relative to the first axis, in particular forming an angle substantially equal to 90°.
Selon une réalisation, la conduite arrière s’étend sensiblement selon le premier axe.According to one embodiment, the rear pipe extends substantially along the first axis.
Selon une réalisation, la calandre est dépourvue de chicane.According to one embodiment, the grille does not have a baffle.
Selon une réalisation, le faisceau tubulaire comporte des chicanes, notamment fixées sur la paroi externe d’au moins un des tubes.According to one embodiment, the tubular bundle comprises baffles, in particular fixed on the external wall of at least one of the tubes.
Selon une réalisation, la tête avant est dépourvue de couvercle démontable.According to one embodiment, the front head does not have a removable cover.
Selon une réalisation, la calandre est de type « simple passe », notamment de type « E » selon la norme « TEMA ».According to one embodiment, the grille is of the “single pass” type, in particular of the “E” type according to the “TEMA” standard.
Selon une réalisation, la tête avant est de type « C » selon la norme « TEMA », la tête avant étant dépourvue de couvercle démontable.According to one embodiment, the front head is type “C” according to the “TEMA” standard, the front head not having a removable cover.
Selon une réalisation, la tête arrière est de type « P » selon la norme « TEMA », la tête arrière étant dépourvue de couvercle démontable.According to one embodiment, the rear head is of type “P” according to the “TEMA” standard, the rear head not having a removable cover.
Selon une réalisation, l’ensemble tubulaire est dépourvu de joint entre la boîte avant et la plaque tubulaire avant.According to one embodiment, the tubular assembly has no joint between the front box and the front tubular plate.
Selon une réalisation, l’ensemble tubulaire est dépourvu de joint entre la boîte arrière et la plaque tubulaire arrière.According to one embodiment, the tubular assembly has no joint between the rear box and the rear tubular plate.
Selon une réalisation, le plus grand diamètre externe de la tête arrière est inférieur au plus petit diamètre interne de la calandre.According to one embodiment, the largest external diameter of the rear head is less than the smallest internal diameter of the grille.
Selon une réalisation, la tête arrière est dimensionnée pour permettre à la tête arrière de coulisser relativement à la calandre, selon le premier axe. According to one embodiment, the rear head is dimensioned to allow the rear head to slide relative to the grille, along the first axis.
Selon une réalisation, l’ensemble tubulaire est agencé pour être démontable relativement à la calandre, l’ensemble étant notamment monté coulissant relativement à la calandre, par exemple par la partie avant.According to one embodiment, the tubular assembly is arranged to be removable relative to the grille, the assembly being notably mounted to slide relative to the grille, for example by the front part.
Selon une réalisation, la calandre comporte une bride avant de calandre destinée à recevoir en butée, la bride de tête avant, lorsque l’ensemble tubulaire est monté à l’intérieur de la calandre, pour permettre la fixation de la tête avant à la calandre, notamment par au moins un système de fixation amovible.According to one embodiment, the grille comprises a front grille flange intended to receive in abutment, the front head flange, when the tubular assembly is mounted inside the grille, to allow the fixing of the front head to the grille , in particular by at least one removable fixing system.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given for illustrative purposes only but in no way limit the invention.
La est une représentation schématique d’un échangeur selon l’invention ; There is a schematic representation of an exchanger according to the invention;
La est une représentation schématique de l’échangeur de la , en position intermédiaire de démontage ; There is a schematic representation of the exchanger of the , in intermediate disassembly position;
La est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un dispositif d’étanchéité ; There is a schematic representation of a first embodiment of a sealing device;
La est une représentation schématique d’un deuxième exemple de réalisation d’un dispositif d’étanchéité ; et There is a schematic representation of a second embodiment of a sealing device; And
La est une représentation schématique d’un troisième exemple de réalisation d’un dispositif d’étanchéité. There is a schematic representation of a third embodiment of a sealing device.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.Identical, similar, or analogous elements retain the same reference from one figure to another.
Comme illustré à la , on a représenté un échangeur de chaleur tube-calandre 100 qui s’étend selon un premier axe longitudinal 40 entre une partie avant, pour recevoir un deuxième fluide et une partie arrière pour délivrer le deuxième fluide une fois refroidi. L'échangeur 100 comporte une calandre 2 définissant un volume interne destiné à être traversé par un premier fluide, tel qu’un fluide de refroidissement, par exemple un liquide tel que de l'eau.As illustrated in , there is shown a tube-shell heat exchanger 100 which extends along a first longitudinal axis 40 between a front part, to receive a second fluid and a rear part to deliver the second fluid once cooled. The exchanger 100 comprises a calender 2 defining an internal volume intended to be crossed by a first fluid, such as a cooling fluid, for example a liquid such as water.
L'échangeur 100 comporte en outre un ensemble tubulaire démontable 1 s’étendant selon le premier axe longitudinal 40 et définissant un circuit pour la circulation du deuxième fluide, tel qu’un gaz, par exemple de l’hélium ou du néon ou de l’azote ou un mélange comprenant au moins l’un parmi hélium, néon, azote, ou tout autre mélange approprié.The exchanger 100 further comprises a removable tubular assembly 1 extending along the first longitudinal axis 40 and defining a circuit for the circulation of the second fluid, such as a gas, for example helium or neon or nitrogen or a mixture comprising at least one of helium, neon, nitrogen, or any other suitable mixture.
L'ensemble 1 comporte :
  • une tête avant 11 définissant une chambre avant qui fait ici office de chambre de distribution pour le deuxième fluide, la tête avant 11 comportant une boîte avant 18, un fond avant 19 monobloc ou assemblé par soudage avec la boîte avant 18, un orifice avant pour l’entrée du deuxième fluide dans la chambre avant, une conduite avant 10 débouchant dans l’orifice avant et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant 18, et une plaque tubulaire avant 14 solidaire de la boîte avant 18 ;
  • une tête arrière 12, définissant une chambre arrière qui fait ici office de chambre de sortie pour le deuxième fluide, la tête arrière 12 comportant une boîte arrière 20, un orifice arrière pour la sortie du deuxième fluide, une conduite arrière 21 débouchant dans l’orifice arrière et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière 20, et une plaque tubulaire arrière 15 solidaire de la boîte arrière 20 ;
  • un faisceau tubulaire 13 comprenant un ensemble de tubes pour le passage du deuxième fluide et étant configuré pour que le deuxième fluide ne traverse qu’une seule fois la calandre 2 entre l’orifice avant et l’orifice arrière.
Set 1 includes:
  • a front head 11 defining a front chamber which here acts as a distribution chamber for the second fluid, the front head 11 comprising a front box 18, a front bottom 19 in one piece or assembled by welding with the front box 18, a front orifice for the entry of the second fluid into the front chamber, a front pipe 10 opening into the front orifice and being in one piece or assembled by welding with the front box 18, and a front tubular plate 14 secured to the front box 18;
  • a rear head 12, defining a rear chamber which here acts as an outlet chamber for the second fluid, the rear head 12 comprising a rear box 20, a rear orifice for the outlet of the second fluid, a rear pipe 21 opening into the rear orifice and being in one piece or assembled by welding with the rear box 20, and a rear tubular plate 15 secured to the rear box 20;
  • a tubular bundle 13 comprising a set of tubes for the passage of the second fluid and being configured so that the second fluid only passes through the calender 2 once between the front orifice and the rear orifice.
La plaque tubulaire avant 14 est monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant 18. La plaque tubulaire arrière 15 est monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière 20. Le faisceau tubulaire 13 est monobloc ou assemblé par soudage avec la plaque tubulaire avant 14. Le faisceau tubulaire 13 est monobloc ou assemblé par soudage avec la plaque tubulaire arrière 15.The front tubular plate 14 is in one piece or assembled by welding with the front box 18. The rear tubular plate 15 is in one piece or assembled by welding with the rear box 20. The tubular bundle 13 is in one piece or assembled by welding with the front tubular plate 14 The tubular bundle 13 is in one piece or assembled by welding with the rear tubular plate 15.
La conduite avant 10 est une conduite d’entrée pour le deuxième fluide. Elle comporte une bride de conduite avant 16 pour permettre la fixation avec une bride de raccordement avant 30 d’une entrée pour le deuxième fluide. Un joint est interposé entre la bride de conduite avant 16 et la bride de raccordement avant 30.Front line 10 is an inlet line for the second fluid. It includes a front pipe flange 16 to allow attachment with a front connection flange 30 of an inlet for the second fluid. A gasket is interposed between the front pipe flange 16 and the front connection flange 30.
La conduite avant 10 s’étend selon un deuxième axe 41, perpendiculaire au premier axe 40.The front pipe 10 extends along a second axis 41, perpendicular to the first axis 40.
La conduite arrière 21 est une conduite de sortie pour le deuxième fluide (à savoir, le gaz refroidi dans l’exemple considéré). Elle comporte une bride d’orifice arrière 17 pour permettre la fixation avec une bride de raccordement arrière d'un canal de raccordement arrière 31 avec une sortie pour le deuxième fluide. Un joint tel qu’un joint torique ou un joint écrasé est interposé entre la bride d'orifice arrière 17 et la bride de raccordement arrière 31.The rear pipe 21 is an outlet pipe for the second fluid (namely, the cooled gas in the example considered). It has a rear port flange 17 to allow attachment with a rear connection flange of a rear connection channel 31 with an outlet for the second fluid. A seal such as an O-ring or a crushed gasket is interposed between the rear port flange 17 and the rear connection flange 31.
La calandre 2 comporte une paroi tubulaire 51 comportant une ouverture avant configurée pour autoriser le passage de la tête arrière 12 et du faisceau tubulaire 13 à travers la calandre 2, lors du montage ou du démontage de l’ensemble tubulaire démontable 1 par rapport à la calandre 2.The grille 2 comprises a tubular wall 51 comprising a front opening configured to allow the passage of the rear head 12 and the tubular bundle 13 through the grille 2, during assembly or disassembly of the removable tubular assembly 1 relative to the grille 2.
Ceci permet à l’ensemble tubulaire démontable 1 de coulisser dans la calandre 2, relativement à la calandre 2.This allows the removable tubular assembly 1 to slide in the grille 2, relative to the grille 2.
La tête avant 11 comporte une bride de tête avant 22. La bride de tête avant 22 est monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant 18 ou avec la plaque tubulaire avant 14, pour permettre la fixation de la tête avant 11 à une bride avant de calandre 56.The front head 11 comprises a front head flange 22. The front head flange 22 is in one piece or assembled by welding with the front box 18 or with the front tubular plate 14, to allow the attachment of the front head 11 to a front flange grille 56.
La bride de tête avant 22 a sensiblement le même diamètre interne que celui de la bride avant de calandre 56.The front head flange 22 has substantially the same internal diameter as that of the front grille flange 56.
Un joint avant est interposé entre la bride avant de calandre 56 et la bride de tête avant 22, pour permettre l’étanchéité vis-à-vis du premier fluide.A front seal is interposed between the front grille flange 56 and the front head flange 22, to allow sealing against the first fluid.
La tête arrière 12 comporte un profil convergent, le profil convergeant étant convergeant lorsque l’on se déplace le long du premier axe longitudinal 40 dans la direction allant de la partie avant vers la partie arrière, sur au moins une portion comprise entre la plaque tubulaire arrière 15 et l’orifice arrière.The rear head 12 comprises a converging profile, the converging profile being converging when moving along the first longitudinal axis 40 in the direction going from the front part towards the rear part, on at least one portion comprised between the tubular plate rear 15 and the rear port.
Dans l’exemple considéré, la boîte arrière 20 est conique.In the example considered, the rear box 20 is conical.
La tête avant 11 comporte un organe de préhension 60 pour le passage d’un outillage de levage permettant le démontage de l’ensemble tubulaire démontable 1 relativement à la calandre 2.The front head 11 comprises a gripping member 60 for the passage of lifting tools allowing the dismantling of the removable tubular assembly 1 relative to the grille 2.
L’échangeur 100 est dépourvu de bride pour le serrage de la tête arrière 12 relativement à la calandre 2.The exchanger 100 does not have a flange for tightening the rear head 12 relative to the grille 2.
La représente l’échangeur de la , dans une position intermédiaire de démontage. Dans cette position intermédiaire de démontage, l’ensemble tubulaire 1 a coulissé en partie par rapport à la calandre 2.There represents the exchanger of the , in an intermediate disassembly position. In this intermediate disassembly position, the tubular assembly 1 has slid partially relative to the grille 2.
Pour monter l’ensemble tubulaire 1 dans la calandre 2, on fait coulisser l’ensemble tubulaire 1 selon le premier axe longitudinal 40, de la partie avant vers la partie arrière, jusqu’à ce que la bride d’orifice arrière 17 vienne en butée contre la bride de raccordement arrière 31.To mount the tubular assembly 1 in the grille 2, the tubular assembly 1 is slid along the first longitudinal axis 40, from the front part towards the rear part, until the rear orifice flange 17 comes into contact. stop against the rear connection flange 31.
Pour solidariser l’ensemble tubulaire 1 avec la calandre 2, chaque bride telle que décrite ci-dessus est solidarisée de la bride sur laquelle elle vient se positionner, par un écrou ou tout autre type de dispositif de liaison. Un joint tel qu’un joint torique ou un joint écrasé est interposé entre les deux brides pour permettre d’éviter les fuites du deuxième fluide vis-à-vis de l’atmosphère ou d’éviter les fuites du premier fluide avec l’extérieur de la calandre 2.To secure the tubular assembly 1 with the calender 2, each flange as described above is secured to the flange on which it is positioned, by a nut or any other type of connecting device. A seal such as an O-ring or a crushed seal is interposed between the two flanges to prevent leaks of the second fluid with respect to the atmosphere or to prevent leaks of the first fluid with the outside. of the grille 2.
Plus précisément, on fixe ensemble :
  • la bride de tête avant 22 avec la bride avant de calandre 56 ;
  • la bride d’orifice arrière 17 avec la bride de raccordement arrière 31 ;
  • la bride de conduite avant 16 avec la bride de raccordement avant 30.
More precisely, we set together:
  • the front head flange 22 with the front grille flange 56;
  • the rear port flange 17 with the rear connection flange 31;
  • the front pipe flange 16 with the front connection flange 30.
Enfin, on ajoute un dispositif d’étanchéité 70, 72, 73 vis-à-vis du premier fluide, entre une ouverture arrière de la calandre 2 et la tête arrière 12.Finally, a sealing device 70, 72, 73 is added with respect to the first fluid, between a rear opening of the grille 2 and the rear head 12.
Pour démonter l’ensemble tubulaire 1 de la calandre 2, on commence par désolidariser chaque bride avec la bride contre laquelle elle est positionnée, puis on retire le dispositif d’étanchéité 70. Enfin, on fait coulisser l’ensemble tubulaire 1 par rapport à la calandre 2, de sorte à l’extraire de la calandre 2.To dismantle the tubular assembly 1 from the calender 2, we start by separating each flange from the flange against which it is positioned, then we remove the sealing device 70. Finally, we slide the tubular assembly 1 relative to the grille 2, so as to extract it from the grille 2.
La représente un premier mode de réalisation du dispositif d’étanchéité 70, 72.There represents a first embodiment of the sealing device 70, 72.
Le dispositif d’étanchéité comporte une garniture 72, notamment montée serrée entre la paroi interne de la calandre 2 et la plaque tubulaire arrière 15. Le dispositif d’étanchéité comporte en outre une bague de serrage 70 montée solidaire d’un épaulement 50 de la calandre 2.The sealing device comprises a seal 72, in particular mounted tight between the internal wall of the calender 2 and the rear tubular plate 15. The sealing device further comprises a clamping ring 70 mounted integral with a shoulder 50 of the grille 2.
Un écrou 71 permet de solidariser la bague de serrage 70 de la calandre 2.A nut 71 makes it possible to secure the clamping ring 70 of the grille 2.
La représente un deuxième mode de réalisation du dispositif d’étanchéité 70, 72, 73.There represents a second embodiment of the sealing device 70, 72, 73.
Le dispositif d’étanchéité comporte un soufflet 70 fixé par un écrou 71 sur la calandre 2 avec interposition d’un premier joint torique 72 entre la calandre 2 et le soufflet 70, le soufflet 70 étant en outre fixé par un écrou 74 sur la tête arrière 12, avec interposition d’un deuxième joint 73, notamment torique, entre le soufflet 70 et la tête arrière 12.The sealing device comprises a bellows 70 fixed by a nut 71 on the calender 2 with the interposition of a first O-ring 72 between the calender 2 and the bellows 70, the bellows 70 being further fixed by a nut 74 on the head rear 12, with the interposition of a second seal 73, in particular O-ring, between the bellows 70 and the rear head 12.
La représente un troisième mode de réalisation du dispositif d’étanchéité 70, 73.There represents a third embodiment of the sealing device 70, 73.
Le dispositif d’étanchéité comporte un soufflet 70 monobloc ou assemblée par soudage avec la calandre 2, le soufflet 70 étant en outre fixé par un écrou 74 sur la tête arrière 12, avec interposition d’un deuxième joint 73, notamment torique, entre le soufflet 70 et la tête arrière 12.
The sealing device comprises a bellows 70 in one piece or assembled by welding with the calender 2, the bellows 70 being further fixed by a nut 74 on the rear head 12, with the interposition of a second seal 73, in particular O-ring, between the bellows 70 and the rear head 12.

Claims (10)

  1. Échangeur de chaleur tube-calandre (100) s’étendant selon un premier axe longitudinal (40) entre une partie avant et une partie arrière, l’échangeur (100) comportant :
    • une calandre (2) définissant un volume intérieur destiné à être traversé par un premier fluide, le premier fluide étant notamment un fluide de refroidissement ; et
    • un ensemble tubulaire démontable (1) s’étendant selon le premier axe longitudinal (40) et définissant un circuit pour la circulation d’un deuxième fluide, l’ensemble tubulaire démontable (1) comportant :
      • une tête avant (11) définissant une chambre avant pour le deuxième fluide, la tête avant (11) comportant une boîte avant (18), un fond avant (19) monobloc ou assemblé par soudage avec la boîte avant (18), un orifice avant pour l’entrée ou la sortie du deuxième fluide, une conduite avant (10) débouchant dans l’orifice avant et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant (18), et une plaque tubulaire avant (14) solidaire de la boîte avant (18);
      • une tête arrière (12), définissant une chambre arrière pour le deuxième fluide, la tête arrière (12) comportant une boîte arrière (20), un orifice arrière pour l’entrée ou la sortie du deuxième fluide, une conduite arrière (21) débouchant dans l’orifice arrière et étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière (20), et une plaque tubulaire arrière (15) solidaire de la boîte arrière (20) ;
      • un faisceau tubulaire (13) comprenant un ensemble de tubes pour le passage du deuxième fluide et étant configuré pour que le deuxième fluide ne traverse qu’une seule fois la calandre (2) entre l’orifice avant et l’orifice arrière,
    la plaque tubulaire avant (14) étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant (18), la plaque tubulaire arrière (15) étant monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte arrière (20), le faisceau tubulaire (13) étant monobloc ou assemblé par soudage avec la plaque tubulaire avant (14) et avec la plaque tubulaire arrière (15).    Tube-shell heat exchanger (100) extending along a first longitudinal axis (40) between a front part and a rear part, the exchanger (100) comprising:
    • a calender (2) defining an interior volume intended to be traversed by a first fluid, the first fluid being in particular a cooling fluid; And
    • a removable tubular assembly (1) extending along the first longitudinal axis (40) and defining a circuit for the circulation of a second fluid, the removable tubular assembly (1) comprising:
      • a front head (11) defining a front chamber for the second fluid, the front head (11) comprising a front box (18), a front bottom (19) in one piece or assembled by welding with the front box (18), an orifice front for the entry or exit of the second fluid, a front pipe (10) opening into the front orifice and being in one piece or assembled by welding with the front box (18), and a front tubular plate (14) secured to the front box (18);
      • a rear head (12), defining a rear chamber for the second fluid, the rear head (12) comprising a rear box (20), a rear port for entry or exit of the second fluid, a rear conduit (21) opening into the rear port and being in one piece or assembled by welding with the rear box (20), and a rear tubular plate (15) secured to the rear box (20);
      • a tubular bundle (13) comprising a set of tubes for the passage of the second fluid and being configured so that the second fluid only passes through the calender (2) once between the front orifice and the rear orifice,
    the front tubular plate (14) being in one piece or assembled by welding with the front box (18), the rear tubular plate (15) being in one piece or assembled by welding with the rear box (20), the tubular bundle (13) being in one piece or assembled by welding with the front tube plate (14) and with the rear tube plate (15).
  2. Échangeur (100) selon la revendication précédente, l’ensemble tubulaire (1) étant agencé pour être démontable relativement à la calandre (2), l’ensemble (1) étant notamment monté coulissant relativement à la calandre (2), par exemple par la partie avant.Exchanger (100) according to the preceding claim, the tubular assembly (1) being arranged to be removable relative to the calender (2), the assembly (1) being in particular slidably mounted relative to the calender (2), for example by the front part.
  3. Échangeur (100) selon l’une des revendications précédentes, la tête avant (11) comportant une bride de tête avant (22), notamment monobloc ou assemblée par soudage avec la boîte avant (18) ou avec la plaque tubulaire avant (14), pour permettre la fixation de la tête avant (11) à une bride avant de calandre (56), la bride de tête avant (22) ayant notamment sensiblement le même diamètre interne que celui de la bride avant de calandre (56).Exchanger (100) according to one of the preceding claims, the front head (11) comprising a front head flange (22), in particular in one piece or assembled by welding with the front box (18) or with the front tubular plate (14). , to allow the attachment of the front head (11) to a front grille flange (56), the front head flange (22) having in particular substantially the same internal diameter as that of the front grille flange (56).
  4. Échangeur (100) selon la revendication précédente, comportant un joint avant interposé entre la bride avant de calandre (56) et la bride de tête avant (22), pour permettre l’étanchéité vis-à-vis du premier fluide.Exchanger (100) according to the preceding claim, comprising a front seal interposed between the front calender flange (56) and the front head flange (22), to allow sealing with respect to the first fluid.
  5. Échangeur (100) selon l’une des revendications précédentes, la tête arrière (12) comportant un profil convergent, le profil convergeant étant convergeant lorsque l’on se déplace le long du premier axe longitudinal (40) dans la direction allant de la partie avant vers la partie arrière, sur au moins une portion du premier axe longitudinal (40), la portion étant notamment comprise entre la plaque tubulaire arrière (15) et l’orifice arrière, la boîte arrière (20) étant notamment conique. Exchanger (100) according to one of the preceding claims, the rear head (12) comprising a converging profile, the converging profile being converging when moving along the first longitudinal axis (40) in the direction going from the part front towards the rear part, on at least a portion of the first longitudinal axis (40), the portion being in particular between the rear tubular plate (15) and the rear orifice, the rear box (20) being in particular conical.
  6. Échangeur (100) selon l’une des revendications précédentes, la tête avant (11) comportant un organe de préhension (60) pour le passage d’un outillage de levage permettant le démontage de l’ensemble tubulaire démontable (1) relativement à la calandre (2).Exchanger (100) according to one of the preceding claims, the front head (11) comprising a gripping member (60) for the passage of lifting tools allowing the dismantling of the removable tubular assembly (1) relative to the grille (2).
  7. Échangeur (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant un dispositif d’étanchéité (70,72,73) vis-à-vis du premier fluide, le dispositif d’étanchéité étant notamment disposé entre une ouverture arrière de la calandre (2) et la tête arrière (12). Exchanger (100) according to one of the preceding claims, comprising a sealing device (70,72,73) with respect to the first fluid, the sealing device being arranged in particular between a rear opening of the calender ( 2) and the rear head (12).
  8. Échangeur (100) selon la revendication précédente, le dispositif d’étanchéité comportant une garniture (72), notamment montée serrée entre la paroi interne de la calandre (2) et la plaque tubulaire arrière (15), le dispositif d’étanchéité comportant notamment une bague de serrage (70) montée solidaire d’un épaulement (50) de la calandre (2).Exchanger (100) according to the preceding claim, the sealing device comprising a seal (72), in particular mounted tight between the internal wall of the calender (2) and the rear tubular plate (15), the sealing device comprising in particular a clamping ring (70) mounted integral with a shoulder (50) of the grille (2).
  9. Échangeur (100) selon la revendication 7, le dispositif d’étanchéité comportant un soufflet (70) fixé sur la calandre (2) avec interposition d’un premier joint torique (72) entre la calandre (2) et le soufflet (70), le soufflet (70) étant en outre fixé sur la tête arrière (12), avec interposition d’un deuxième joint (73), notamment torique, entre le soufflet (70) et la tête arrière (12).Exchanger (100) according to claim 7, the sealing device comprising a bellows (70) fixed on the calender (2) with the interposition of a first O-ring (72) between the calender (2) and the bellows (70) , the bellows (70) being further fixed on the rear head (12), with the interposition of a second seal (73), in particular O-ring, between the bellows (70) and the rear head (12).
  10. Échangeur (100) selon la revendication 7, le dispositif d’étanchéité comportant un soufflet (70) monobloc ou assemblée par soudage avec la calandre (2), le soufflet (70) étant en outre vissé sur la tête arrière (12), avec interposition d’un deuxième joint (73), notamment torique, entre le soufflet (70) et la tête arrière (12).
    Exchanger (100) according to claim 7, the sealing device comprising a bellows (70) in one piece or assembled by welding with the calender (2), the bellows (70) being further screwed onto the rear head (12), with interposition of a second seal (73), in particular O-ring, between the bellows (70) and the rear head (12).
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