Brevet FR2086107A1 — publié le 19711231

i 2086107 la présente invention, concernant des échangeurs de chaleur, est plus spécifiquement relative à un échangeur de chaleur d'ion type comportant une multiplicité d'éléments de tuyaux enroulés en hélice qui sont empilés les uns au-dessus 5 des autres, dont les extrémités sont reliées à des colonnes montantes formant des entrées et des sorties pour l'un des fluides de l'échangeur de chaleur, l'autre fluide circulant en contact avec les parois extérieures des éléments de tuyaux à l'intérieur d'un volume défini extérieurement par une che-10 mise qui entoure les éléments de tuyaux. Dans les échangeurs de chaleur de l'art antérieur du type décrit ci-dessus, dans lesquels chaque hélice forme un disque sensiblement circulaire et dans lesquels tous les disques sont situés dans des plans perpendiculaires à un axe pas-15 sant par leurs centres, l'une des colonnes montantes se trouve à la circonférence de l'empilage en hélice, tandis que l'autre est montée suivant cet axe, c'est-à-dire au centre des hélices, la façon normale de relier les co lonnas aux hélices se fait par soudure ou brasage. Néanmoins il résulte 20 de ce qui vient d'être dit au sujet de la position centrale d'une colonne montante que si pour une raison quelconque, par exemple par suite de corrosion ou de vibrations mécaniques ou par combinaison de ces effets ou à cause d'autres conditions de travail désavantageuses, l'un des éléments d'hélice 25 éclate, de sorte qu'il s'ensuit une fuite nécessitant le remplacement de l'élément, un tel remplacement ne peut être effectué sans démonter en même temps tous les autres éléments des deux côtés de l'élément défectueux. En conséquence dans me telle situation il sera nécessaire de couper un très grand 30 nombre de jonctions brasées ou soudées et, une fois le travail de réparation teiminé, de rétablir la liaison de tous les éléments en établissant de nouvelles jonctions semblables. Un autre désavantage d'un échangeur de chaleur du type ici envisagé est que même si l'on pouvait accepter -35 tout au moins provisoirement et en attendant une meilleure époque pour effectuer les travaux de réparation - la réduction de capacité de l'appareil, provoquée par la disparition éventuelle d'un nombre relativement petit d'éléments, cet expédient n'a jamais pu être utilisé néanmoins, car les colonnes montan-40 tes étaient communes à tous les éléments. 71 12923 2 2086107 L'objet principal de l'invention consiste à fournir un échangeur de chaleur dans lequel les désavantages et les limitations dont il a été question ci-dessus ont été éliminés. Conformément à l'idée principale de l'invention, ceci 5 a été obtenu en prévoyant un échangeur de chaleur conçu dans l'ensemble comme exposé ci-dessus, mais dont toutes ses colonnes montantes sont placées à l'intérieur de la chemise de l'appareil, mais à l'extérieur des éléments d'hélice suivant le sens radial. En outre toutes les colonnes montantes s'é-10 tendant au-delà de tous les éléments d'hélice sont situées dans la même moitié de la circonférence des hélices. L'avantage technique le plus significatif résultant d'une telle disposition consiste en ce que lorsqu'un élément individuel tombe en panne, ses raccords aux deux colonnes 15 montantes peuvent être commodément coupés, puisque les deux colonnes sont facilement accessibles à cause de leur emplacement en dehors de l'empilage d'éléments. Néanmoins il est plus important encore qu'après déconnexion de l'élément il puisse être extrait de l'empilage sans qu'il soit nécessaire 20 de déconnecter des éléments adjacents qui ne..sont pas tombés en panne. Ceci implique non seulement une réduction très importante du coût des réparations elles-^iêmes, mais surtout que le temps nécessaire pour effectuer un tel travail de réparation est réduit au minimum, ce qui entraîne une forte ré-25 duction correspondante des frais accompagnant le fonctionnement discontinu de l'appareil. Conformément à une autre caractéristique importante de l'invention, tous les éléments hélicoïdaux de l'échangeur de chaleur ou bien tous les éléments se trouvant dans une 30 certaine pile de l'appareil sont divisés en deux parties ou davantage, dont chacune est reliée à sa paire propre de colonnes montantes, toutes les colonnes montantes qui s'étendent au-delà de plus d'une dite partie étant situées à l'intérieur de la même moitié de la circonférence de la pile. Ceci 35 élimine l'obligation d'arrêter le fonctionnement de tout l'appareil lorsqu'une panne ne touche pas toutes les parties ; il suffit alors de déconnecter seulement la partie en panne, ce S 6 qui/fait au moyen de vannes de coupure convenables montées sur les colonnes montantes afférentes. Par conséquent on n'a 40 plus besoin d'interrompre complètement le fonctionnement, la 71 12923 3 2086107 seule conséquence de l'incident étant la réduction de la capacité de l'appareil. On décrira maintenant plus en détail un mode de réalisation de l'invention à titre non limitatif, en se référant 5 au dessin ci-joint illustrant une vue en perspective, en partie arrachée, d'un échangeur de chaleur conçu suivant l'invention, dont les éléments hélicoïdaux sont divisés en trois parties. L'échangeur de chaleur illustré comprend une base 1 10 qui supporte, par une jonction à collerette 2, une chemise sensiblement cylindrique 3» Selon le mode de réalisation préféré la chemise est supposée renfermer une seule pile d'éléments en hélice seulement et elle est pourvue d'un collet de fond 4- et d'un collet de dessus 5 pour relier l'appareil 15 à une conduite débitant l'un des fluides de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire celui absorbant ou celui fournissant la chaleur. En conséquence ce fluide circulera sensiblement verticalement à travers 1'échangeur et au cours de cette circulation il léchera les parois extérieures des éléments indi-20 viduels 6 de la pile. Chaque élément a la forme d'un disque circulaire sensiblement plat. Une série de ces disques est montée les uns au dessus des autres pour former ainsi la pile. Chaque élément est construit en un tuyau qui habituellement est en cuivre ou en r.cier et dont chacune de ses deux extré-25 mités est reliée à deux colonnes montantes 7 et 8 par brasure ou soudage ou de totite autre manière convenable. Néanmoins, comme il apparaît d'après le dessin, seuls les éléments situés dans la troisième partie, supérieure, de la pile sont reliés aux colonnes montantes 7 et 8. L'appareil 30 est pourvu de deux autres paires de colonnes montantes, à savoir 9, 10 et 11 et 12, qui sont placées à côté des colonnes 7 et 8 et reliées respectivement aux éléments formant la partie intermédiaire et la troisième partie, de fond, de la pile. En d'autres tenues la pile est divisée en trois parties, 35 référencées A, B et C. On supposera maintenant qu'ion échangeur de chaleur tel que représenté sur le dessin est en fonctionnement et qu'un de ses éléments d'hélice se détériore, de sorte qu'il se produit une fuite qui a pour conséquence un mélange non auto-40 risé des deux fluides. L'invention permet alors d'opérer comme 71 12923 * 2086107 suit. la première étape consiste à vidanger l'appareil, après quoi les boulons de la jonction à collerette 2 sont enlevés, ce qui permet de soulever la chemise 3 et de l'enle-5 ver. Tous les éléments sont librement accessibles, non seulement pour l'inspection de toutes leurs jonctions aux colonnes montantes, jonctions qui représentent les points les plus critiques, en particulier lorsque l'appareil est exposé à vibrer, mais aussi pour la déconnexion sélective de l'élé-10 ment ou des éléments défectueux. Comme toutes les colonnes montantes se trouvent à la circonférence de la pile, ceci permet non seulement le débranchement d'un ou de plusieurs éléments de façon commode en comparaison avec les dispositifs de l'art antérieur comportant des colonnes montantes dispo-15 sées centralement, mais également que lors du détachement d'un élément de ces colonnes, l'élément puisse être déplacé horizontalement et extrait de la pile sans qu'on soit gêné par une colonne centrale. Par contre dans les échangeurs de chaleur de l'art antérieur comportant des colonnes montantes 20 disposées centralement, comme cela a été indiqué ci-dessus et comme on le fait effectivement, il est nécessaire d'enlever tous les éléments de part et d'autre de celui défectueux avant que ce dernier puisse être démonté. Il faut néanmoins satisfaire line deuxième condition afin d'éviter un travail 25 supplémentaire, à savoir que toutes les colonnes montantes s'étendant sur toute la hauteur de la pile doivent être situées dans la même moitié de sa circonférence. Le dessin montre clairement que cette condition est compatible avec la division de la pile en plusieurs parties, qui entraîne à son 30 tour l'emploi d'une multiplicité de colonnes montantes. Il est également évident qu'un élément réparé ou remplacé peut être commodément rebranché et que le temps total nécessaire pour l'exécution des travaux de réparation est considérablement réduit en comparaison avec celui nécessaire dans les 35 échangeurs de chaleur de conception classique comprenant des éléments hélicoïdaux. Dans certaines applications, telles que celles dans lesquelles 1'échangeur de chaleur forme partie d'une chaîne d'appareils pour effectuer une opération chimique, même le 40 temps considérablement réduit pour les réparations, qui est 71 12923 5 2086107 obtenu grâce à l'invention, peut entraîner de sérieuses perturbations. Néanmoins l'invention résout aussi bien ce problème par division de la pile en plusieurs parties - soit trois parties suivant le mode de réalisation illustré - cha— 5 cune de ces parties étant pourvue de sa paire propre de colonnes montantes. Ces colonnes sont reliées à des tuyaux situés à l'extérieur de la chemise par l'intermédiaire de vannes de coupure (non représentées), de sorte que 1'échangeur de chaleur peut fonctionner avec une ou plusieurs parties dé-10 branchées. Comme on le comprend immédiatement, pour que l'appareil soit utilisable de cette façon, il doit être surdi-mensionné, lorsque toutes ses parties fonctionnent, par rapport à la capacité nominale requise. Néanmoins les calculs ont clairement montré que les frais plus élevés pour obtenir 15 un appareil surdimensionné de cette façon sont plus que compensés par la sécurité additionnelle obtenue, en premier lieu par la garantie vis-à-vis d'une interruption complète du fonctionnement. Quand on exploite l'invention en pratique, on peut aussi envisager de dimensionner l'échangeur de chaleur 20 de manière traditionnelle, auquel cas la réduction de capacité se produisant lorsqu'une partie défectueuse doit être débranchée est au contraire compensée par une charge réduite pendant le temps optimal pour effectuer les travaux de réparation. 25 Ainsi qu'il apparaît de la description ci-dessus, l'i dée générale de l'invention consiste à apprécier qu'on obtient des avantages structurels et fonctionnels importants lorsque les deux extrémités de chacun des éléments en hélice individuels sont placées à la circonférence. Comme les échangeurs 30 de chaleur du type ici exposé sont normalement montés, avec l'axe longitudinal de la chemise disposé verticalement, on a utilisé ici des dénominations telles que colonnes "montantes" afin de simplifier la description. Pour la même raison on indique dans les revendications que les éléments sont empilés 35 (verticalement) les uns au-dessus des autres. Néanmoins d'après ce qui a été dit ci-dessus il est clair qu'il ne faut pas interpréter ces expressions à la lettre, mais plutôt de façon descriptive. Il est entendu aussi que le nombre de piles ou d'empilements disposés à l'intérieur d'une chemise commune 40 peut être choisi de façon arbitraire. 71 12923 6 2086107 REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité d'é léments de tuyau enroulés en hélice, empilés les uns au-dessus des autres, et ayant leurs extrémités reliées à des colonnes 5 montantes constituant des entrées et des sorties pour l'un des fluides de 1'échangeur de chaleur, l'autre fluide circulant en contact avec des parois extérieures des éléments à l'intérieur d'un volume défini extérieurement par une chemise entourant l'empilement, caractérisé en ce que toutes les co-10 lonnes montantes sont placées à l'intérieur de la chemise, mais radialement à l'extérieur de l'empilement, toutes les colonnes montantes s'étendant sur la hauteur totale de ^empilement et étant situées à l'intérieur de la même moitié de sa circonférence. 15 2. Echangeur de chaleur selon revendication 1, carac térisé en ce que les éléments sont divisés en parties dont chacune est connectée à sa paire propre de colonnes montantes et toutes les colonnes montantes s'étendant au-delà de plus d'une partie étant placées à l'intérieur de la même moitié 20 de la circonférence de l'empilement. 3. Echangeur de chaleur selon revendication 2, carac térisé par des moyens permettant un branchement et un débranchement sélectifs des diverses parties.