Brevet FR2496246A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un échangeur de chaleur entre deux fluides dont l'un comporte des substances susceptibles d'incrustation ou entartrage. Dans le but d'accroître le rendement d'un processus, par exemple dans la fabrication de la pàte au sulfate, il est nécessaire de réchauffer préalablement une liqueur épaisse à haute température, avant traitement dans le bouilleur de récupération. Ce réchauffage est effectué à la vapeur dans un échangeur de chaleur normalement du genre à tube. Mais, du fait de la température élevée, les tubes s'encrassent de matière incrustante et d'impuretés de la liqueur épaisse. Cependant, cet échangeur doit être ouvert à intervalles réguliers et les tubes nettoyés pour maintenir l'efficacité à un degré suffisant. Cette opération doit être effectuée le plus souvent non seulement dans une ambiance chaude et peu acceptable, ce qui, de plus, entralne des prix de revient plus élevés du processus. Afin d'éviter l'interruption du fonctionnement par ce nettoyage, l'échan- geur doit être doublé, de sorte qu'un échangeur est utilisé pendant le nettoyage de l'autre. Ces interruptions de fonctionnement, aussi bien que les échangeurs supplémentaires, entraînent l'accroissement des coûts de production de l'usine. La présente invention permet de maintenir les surfaces chaudes, imprégnées par la liqueur épaisse, nettes d'incrustations et donc un rendement régulier de l'échangeur, sans interruptions du processus. Il est naturellement possible d'appliquer l'invention à d'autres usages nécessitant un nettoyage répété de surfaces d'échange. Les objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'exemples préférés de réalisation, et des dessins annexés-sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont des coupes transversales selon les lignes II-II et 111-III de la figure 1, respectivement; - la figure 4 est une coupe analogue à la figure 3 d'une variante de l'appareil; et - la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 d'une autre variante. L'appareil selon l'invention comprend deux parois 1 et 2 d'extrémités, dont la première est munie d'un palier radial 3 d'un arbre rotatif 4, qui traverse centralement la paroi respective d'extrémité et qui est supporté par un roulement de poussée 5. Le passage de l'arbre à travers la paroi 1 est rendu étanche par un joint mécanique 6 et, a travers la paroi 2, par un bottier 7 enfer- mant le roulement 5 et qui est raccordé de manière étanche à cette paroi. La paroi 2 comporte un orifice 8 d'admissiondans le'cas présent, de liqueur épaisse, et la paroi 1 un orifice 9 de sortie de cette liqueur. Entre ces deux parois, des éléments creux annu- laires 11 discoldaux sont disposes séparément en alternance, de manière que l'élément le plus proche de chaque paroi d'extrémité porte sur un séparateur 11. Entre les différentes pièces: parois 1, 2, éléments 10 et séparateurs 11, sont inclus des anneaux 12 d'étanchéité. L'échangeur en état de marche présente ainsi la forme d'un cylindre et les différentes pièces sont maintenues en étanchéité mutuelle par des tiges a filetage (non représentées) qui traversent les parois 1, 2 d'extrémités dans des trous 13. Un élément creux 10 est représenté en coupe sur la figure 3. Le passage 14 de l'arbre est indiqué au centre et assure l'étanchéité intérieure de l'élément. Entre ce passage et la péri- phérie de l'élément, s'étend une paroi 15 radiale. D'un côté de cette paroi, est située une admission 16 de vapeur, alors que de l'autre côté se trouve un échappement 17. De l'autre côté de la paroi 15, selon le même diamètre, est ménagé un orifice 18 d'admis- sion de la liqueur épaisse, lequel est étanche par rapport a l'intérieur de l'élément creux. La vapeur s'écoule schématiquement dans l'élément 10, comme indique par les flèches P. Il apparatt de cette figure 1 que les éléments 10 sont tournés en alternance mutuelle de 1800 par rapport à l'arbre 4, de sorte que la liqueur en écoulement par l'admission 8 suit un trajet en zigzag vers l'échappement 9. Dans l'espace compris entre deux éléments 10 voisins et,respectivement, entre une paroi d'extrémité 1, 2 et un élément 10, s'étend depuis l'arbre 4, sur tout l'intérieur d'un séparateur 11, un bras non rotatif 19 de nettoyage, dont l'épaisseur ou hauteur est adaptée à celle du séparateur, de sorte que, dans l'échangeur monté, le bras ne se déplace qu'avec un faible jeu entre les éléments 10 pendant la rotation de l'arbre 4. On voit sur la figure 1 que les bras 19 sont décalés alternativement de 1800. Il apparaît de la figure 1 que la vapeur de réchauffage de la liqueur pénètre depuis l'admission 20 vers l'entrée 6 de l'élément 10 le plus haut, y circule selon lesdites flèches P et en sort par l'échappement 17. Puis la vapeur est envoyée, par un conduit de raccordement, dans le troisième élément et de celui-ci vers le cinquième et ainsi de suite, puissous forme de condensat, est évacuée par l'échappement 21. De même manière, de la vapeur passe par l'admission 22 dans le second élément 10, puis par un conduit de raccordement dans le quatrième élément et enfin est évacuée en condensat à travers l'échappement 23. Les admissions 20 et 22 sont de préférence reliées à un collecteur de vapeur commun (non représenté) et également les échappements 21 et 23 à un collec- teur commun (non représenté) de condensais. La liqueur épaisse à réchauffer-par la vapeur passe à travers l'admission 8 de la paroi 2 et s'écoule à contre-courant de la vapeur entre les éléments annulaires 10 et sort par l'échap- pement 9. Les bras 19 (figures 1 et 2) sont disposés en travers d'une ouverture 18 de l'un des éléments voisins 10. Ainsi, le courant de liqueur entre deux éléments peut être divisé efficacement par le bras en deux écoulements, sensiblement uniformes, autour de l'arbre 4. On voit sur la figure 2 que la liqueur s'écoule de part et d'autre du bras 19', traverse l'orifice 18' entre les éléments, et sort par l'orifice 18" o le courant est de nouveau divisé par le bras 19". L'écoulement est indiqué schématiquement par la lettre Q. Au réchauffage dans l'échangeur, la liqueur a tendance, comme indiqué plus haut, à former des précipitations et dépets qui "brûlent" sur les surfaces d'échange. La rotation de l'arbre 4, à intervalles convenables par un moteur non représenté, déplace les bras 19 entre les éléments et assure la propreté des surfaces à l'encontre d'incrustations. Des éléments convenables de commande arrêtent toujours l'arbre de manière à placer les bras 19 dans la position représentée sur la figure 2, relativement aux ouvertures 18. En calant les bras à l'arbre par clavettes ou rainures coulissantes, on peut simplifier l'assemblage et le démontage de l'appareil simplement par desserrage des tiges à filetage entre les parois 1 et 2 d'extrémités en libérant mutuellement les sépara- teurs et les éléments pour enlever les bras par rapport à l'arbre. La figure 4 représente une variante de réalisation de l'élément 10. L'ouverture de l'élément représenté est en forme de secteur 28 de cercle et les cotés de cette ouverture remplacent la paroi 15 décrite dans la première réalisation. Cette variante simplifie la fabrication. Il n'est pas indispensable dans le cadre de l'invention de décaler mutuellement en alternance les ouvertures 18 et les bras 19 de 1800. On a représenté sur la figure 4, qui se substitue à la figure 2, des bras 19 qui sont orientés dans la même direction, de sorte que les ouvertures 18' et 18" ne sont décalées en alternance que d'un angle réduit. Au repos de l'arbre 4 et des bras 19, ceux-ci sont placés entre les ouvertures des éléments voisins, de sorte que la liqueur est propulsée sensiblement sur un demi-tour entre les deux éléments. On voit en se reportant à nouveau à la figure 2 qu'il est possible d'orienter les bras dans la même direction, par exemple selon la position 19', de sorte que chaque seconde ouverture serait divisée par le bras et chaque seconde ouverture 18" serait entièrement libre au repos de l'arbre 4. Il est également évident que les séparateurs 11 peuvent être remplacés par des rebords agencés directement sur les éléments et ayant chacun une hauteur correspondant à la moitié de celle du séparateur. Ainsi, le nombre de surfaces d'étanchéité et d'anneaux 12 d'étanchéité serait réduit de moitié environ. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur entre deux fluides, dont l'un contient des substances susceptibles d'incrustation ou entartrage, cet échangeur étant caractérisé en ce qu'il comprend deux parois d'extrémités (1, 2), un arbre rotatif (4) s'étendant entre ces parois, des éléments (10) creux et disco!daux ayant un passage central (14) pour l'arbre, et une ouverture (18) le traversant située d'un côté de ce passage et rendue étanche avec l'intérieur de l'élément, une admission (16) et un échappement (17) du second fluide, en ce que des bras de nettoyage (19) sont reliés, avec possibilité de tourner, à l'arbre (4) et s'en étendant radialement, en ce que l'échangeur à l'état assemblé comporte une admission (9) de premier fluide dans une paroi (2) et un échappement de celui-ci dans l'autre paroi (1), et en ce que sont insérés entre les parois d'extrémités en alternance un bras (19) de nettoyage et un élément (10), de manière que les bras de nettoyage, par la rotation de l'arbre, peuvent se déplacer entre les éléments voisins et, respectivement, entre une paroi d'extrémité et l'élément voisin. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (4) est entrainé par intermittence et à intervalles déterminés de fonctionnement. 3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures (18) de deux éléments voisins (10) sont décalées mutuellement de 180 autour de l'arbre et en ce que les bras (19) de nettoyage à l'état immobilisé s'étendent sensiblement selon le centre de l'ouverture (18) de l'élément (10) respectif, de sorte que deux parties de surface de l'ouverture, sensiblement égales, sont situées de part et d'autre du bras (19), respectivement. 4. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures (18) de deux éléments (10) voisins sont décalées mutuellement d'un secteur de cercle inférieur à 80 autour de l'arbre (4), mais selon un angle minimal, en ce que le bras (19) déplaçable entre ces éléments en position de repos soit dans ledit secteur et entre les ouvertures, en les dégageant entièrement (figure 5). 5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments de paroi (15) sont situés dans l'élément (10) et s'étendent, entre le passage (14) et la périphérie interne de l'élément, en une position comprise entre l'admission (16) et l'échappement (17). 6. Echangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments de paroi sont constitués par une paroi (15) de séparation située dans l'élément (10) sur le côté du passage (14) radialement opposé à l'ouverture (18). 7. Echangeur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'ouverture (]8) s'étend radialement entre le passage (14) et la périphérie de l'élément (10),et en ce que les éléments de paroi sont compris entre les parois (15) de l'ouverture. 8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre deux éléments (10) voisins, est interposé un anneau (11) séparateur, en ce que des joints annulaires (12) d'étanchéité sont situés entre les éléments et les séparateurs et, respectivement, entre les anneaux et les parois d'extrémités et en ce que des tiges de connexion à filetage sont disposées entre les parois (1, 2) pour resserrer mutuellement les éléments (10), les séparateurs (11) et les joints (12). 9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bras (19) de nettoyage sont reliés, étant dêplaçables axialement, à l'arbre (4) par clavetage, ou rainures de coulissement, de genre connu.