Brevet FR2521713A1 — publié le 19830819

La présente invention se rapporte au nettoyage par na- vettes ou "racleurs" de tubes d'échangeurs de chaleur et elle constitue un-perfectionnement par rapport aux concepts révé- lés dans les brevets des EUA no 3 319 710, délivré le 16 mai 1967 aux noms de Heeren et autres et N O 4 124 065, délivré le 7 novembre 1978 aux noms de Leitner et autres. Il est déjà connu, du fait des brevets américains ci- dessus mentionnés, d'assembler des cages ou paniers allongés individuels d'emprisonnement d'élément de nettoyage aux deux extrémités de tubes s'étendant longitudinalement disposés dans une enveloppe d'échangeur de chaleur Les extrémités des tubes sont maintenues en place aux deux extrémités par des plaques tubulaires transversales Les paniers sont agencés pour contenir des éléments de nettoyage susceptibles de se dé- placer en va-et-vient, tels que des brosses Le fluide qui s'écoule dans une direction dans les tubes maintient les élé- ments de nettoyage emprisonnés dans leur chambre de panier respective tandis que le fluide est évacué vers l'extérieur à travers des ouvertures du type fente formées dans les pa- rois des paniers Après inversion du sens d'écoulement du fluide, les éléments de nettoyage sont repoussés hors de leur panier et dans les tubes, jusqu'aux paniers situés aux extrémités opposées des tubes,de façon à effectuer ainsi une action de nettoyage des tubes. On se référera à la demande debrevet français déposée le même jour que la présente demandé au nom de la demande- resse sous le titre "Dispositif de retenue de paniers pour éléments de nettoyage de tubes d'échangeur de chaleur" Sui- vant cette demande, une plaque deretenue de paniers est fer- mement fixée,par exemple par des boulons ou analogues, dans une disposition espacée vers l'extérieur par rapport à la face extérieure de la plaque tubulaire La plaque de retenue et ses moyens de montage coopèrent avec la plaque tubulaire pour retenir les paniers dans une position fixe par rapport à la plaque tubulaire et aux extrémités des tubes Les par- ties extérieures d'emprisonnement et de maintien d'élément de nettoyage des paniers s'étendent à l'extérieur de la plaque de retenue Les paniers comprennent des parties centrales ou intermédiaires qui traversent des ouvertures formées dans la plaque de retenue et des parties intérieures qui s'étendent dans l'espace formé entre la plaque de retenue et la plaque tubulaire et se terminent à l'intérieur de la plaque tubu- laire Les paniers sont fermement immobilisés à l'encontre d'un déplacement transversal par un support en deux points, un aux extrémités intérieures des paniers et un à un emplace- ment intermédiaire entre leurs extrémités Pour maintenir les paniers dans une position longitudinalement fixe, et dans un mode de réalisation, les parties intermédiaires des paniers sont vissées dans la plaque de retenue Dans un autre mode de réalisation, des épaulements adjacents aux extrémités inté- rieures des paniers sont en appui contre la plaque de retenue et contre la plaque tubulaire La plaque de retenue a un plus petit diamètre que la plaque tubulaire et est munie d'ouver- tures d'écoulement de fluide dégagées situées entre les pa- niers et entre les ouvertures de réception de panier de la plaque de retenue. Dans certains cas, par exemple lorsqu'il n'y a que peu d'espace disponible entre laplaque de retenue et l'extrémité de fond de l'échangeur de chaleur ou lorsqu'on désire utili- ser seulement de courts paniers, il n'est pas possible de dis- poser les paniers longitudinalement à l'extérieur de la plaque de retenue comme représenté dans la demande de brevet français précitée. Un but de la présente invention est de fournir les avan- tages de la plaque de retenue même lorsque les paniers ne s'é- tendent pas à l'extérieur de cette dernière. Conformément aux divers aspects de l'invention, les pa- niers sont positionnés de telle sorte que leur chambre de re- tenue d'élément de nettoyage qui comporte des ouvertures d'é- coulement de fluide dans ses parois latérales est disposée dans l'espace formé entre la plaque de retenue et la plaque. tubulaire Les parties d'extrémité extérieure des paniers sont en appui contre la plaque de retenue tandis que les parties d'extrémité intérieure des paniers sont positionnées par rap- port aux ouvertures de la plaque tubulaire de façonsà être en communication fluidique avec les tubes de l'échangeur de chaleur La plaque de retenue est traversée d'une série d'ou- vertures qui peuvent être en alignement axial avec les ouver- tures de la plaque tubulaire et en alignement axial avec les extrémités extérieures ouvertes despaniers axiaux Suivant une variante, les ouvertures de la plaque de retenue peuvent être disposées dans une configuration aléatoire essentielle- ment hors d'alignement avec les ouvertures de la plaque tubu- laire et hors d'alignement avec les paniers La surface to- tale des sections transversales des ouvertures formées au ha- zard dans une plaque de retenue est, de préférence, égale ou supérieure à la somme des surfaces des sections transversales des tubes de l'échangeur de chaleur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent les meilleurs modes de réali- sation de l'invention envisagés actuellement par les inven- teurs et dans lesquels: la Fig 1 est une représentation schématique d'un échan- geur de chaleur et de ses commandes de circulation du fluide; la Fig 2 est une vue partielle, en perspective, d'une partie de l'intérieur de l'échangeur de chaleur, cette vue montrant les paniers disposés entre la plaque tubulaire et la plaque de retenue; la Fig 3 est une vue en coupe longitudinale montrant un autre mode de réalisation des moyens de montage des pa- niers; la Fig 4 est une vue de l'extrémité extérieure d'un pa- nier; la Fig 5 est une vue en coupe longitudinale montrant un autre mode de réalisation des moyens de montage des pa- niers; la Fig 6 est une vue de face de la face extérieure d'une plaque de retenue dans laquelle des ouvertures sont formées dans une configuration aléatoire; et la Fig 7 est une vue en coupe longitudinale des moyens de montage représentés sur la Fig 6. La présente invention se rapporte à des échangeurs de chaleur du type tubulaire Une représentation schématique d'un tel échangeur et de ses commandes de circulation du fluide a été montrée sur la Fig 1 L'échangeur 1 comprend une enveloppe cylindrique 2 ayant des plaques de fermeture d'extrémité ou fonds 3 et 4 et: à l'intérieur de laquelle sont contenus une série de tubes 5 s'étendant longitudinale- ment Les extrémités ouvertes exposées des tubes 5 sont fixées à des plaques tubulaires circulaires transversales 6 et 7 dont chacune est espacée du fond respectif 3 et 4 Le fond 3 et la plaque tubulaire 6 forment une chambre 8 d'écou- lement de fluide tandis qu'une cloison 9 divise l'espace com- pris entre le fond 4 et la plaque tubulaire 7 en une paire de chambres d'écoulement de fluide 10 et 11 Un fluide d'échange de chaleur est introduit par un orifice 12 dans l'espace qui entoure les tubes 50 et est évacué par un orifice de sortie 13. L'échangeur de chaleur 1 est également raccordé à une source de fluide 14, à une pompe 15 et à une valve ou robinet 16 de renversement par divers conduits de la manière habitu- elle Un fluide est envoyé darns les tubes 5 par l'intermé- diaire des chambres 10, 8 et 11, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse selon la position du robinet 16. L'échangeur de chaleur 1 est muni de moyens de nettoyage des tubes A cette fin, les extrémités de chaque tube 5 sont assemblées à un dispositif d'emprisonnement qui, dans le pré- sent mode de réalisation, comprend un panier fendu allongé 17 s'étendant longitudinalement qui est coaxial avec le tube et est fabriqué en métal ou autre matière appropriée Le panier comporte des fentes 18 Les diamètres intérieurs du tube 5 et du panier 17 sont à peu près égaux L'extrémité extérieure de chaque panier 17 est munie d'une paire d'étroites pattes 19 qui sont repliées et jointes entre elles, par exemple par une soudure 20, pour former une butée Les pattes 19 ont une largeur telle que des espaces d'écoulement de fluide impor- tants 21 sont formés dans l'extrémité extérieure du panier, laquelle peut être considérée comme étant essentiellement ou- verte Dans certains cas et selon l'agencement des éléments, comme dans le mode de réalisation représenté sur les Fig 6 et 7, l'extrémité du panier peut être complètement ouverte. Chaque panier comporte une paroi cylindrique 22 qui con- tient les ouvertures ou fentes 18 d'écoulement de fluide et il forme une chambre d'emprisonnement ou de capture 23 pour retenir un dispositif 24 de nettoyage de tube qui est conçu pour se déplacer en va-et-vient entre les paniers d'extrémité à l'intérieur de son tube 5 respectif lors du renversement du sens d'écoulement du fluide par le robinet 16 Le dispositif 24 peut être d'un type désiré quelconque, celui représenté comportant un ressort hélicoïdal 25 qui peut se déplacer le long d'une tige centrale 26. Dans le présent mode de réalisation, chaque tube 5 est représenté comme pénétrant dans une ouverture 27 formée dans la plaque tubulaire 6 et comme comportant une partie d'extré- mité élargie 28 qui est montée à force dans l'extrémité ext 6- rieure de l'ouverture Une plaque de retenue 29 de forme géné- rale circulaire est disposée à l'extérieur de la plaque tubu- laire 6 dans une disposition espacée et parallèle à cette plaque à l'intérieur de la chambre 8 Des moyens sont prévus pour fixer fermement en place la plaque de retenue 29 par rapport à la plaque tubulaire 6 A cette fin et dans le pré- sent mode de réalisation, une série de boulons 30 disposés en cercle traversent la plaque 29 et sont vissés dans la plaque tubulaire 6 Des écrous 31 vissés sur les extrémités exté- rieures filetées des boulons servent à immobiliser la plaque 29 en place sur les boulons On peut modifier l'espacement longitudinal entre la plaque 29 et la plaque tubulaire 6 en ajustant les boulons. La plaque de retenue 29 montée coopère avec la plaque tubulaire 6 pour maintenir chaque panier 17 en place par rap- port à la plaque tubulaire 6 et à l'extrémité du tube 5. Comme représenté sur les Fig 2 et 3, la plaque de rete- nue 29 est munie de plusieurs ouvertures d'écoulement de fluide espacées 32 qui sont disposées en alignement axial avec les ouvertures 27 de la plaque tubulaire. Pendant l'assemblage, les paniers 17, qui ont des par- ties d'extrémité intérieure 33 à section décroissante sont engagés télescopiquement dans les parties élargies 28 des tubes de sorte que les paniers sont coaxiaux avec les ouver- tures 27 de la plaque tubulaire et en communication flui- dique avec les tubes 5 La plaque de retenue 29 est ensuite boulonnée sur la plaque tubulaire 6 La plaque de retenue 29 est ainsi en appui contre chacun des paniers et les empri- sonne, les fentes 18 étant disposées entre la plaque de re- tenue 29 et la plaque tubulaire 6 En outre, chaque ouverture 32 est en alignement axial avec son panier 17. Dans le mode de réalisaticn de la Fig 3, les ouvertures 32 ont un plus petit diamètre que les extrémités extérieures des paniers 17 Dans ce cas, la partie périphérique de la plaque de retenue 29 qui entoure une ouverture 32 est en ap- pui contre l'extrémité extérieure du panier correspondant qu'elle maintient prisonnier. Dans certains cas, il peut être souhaitable que la par- tie périphérique de la plaque 29 soit en butée d'emprisonne- ment contre une butée prévue sur La partie d'extrémité exté- rieure de la paroi 22 du panier Dans le mode de réalisation de la Fig 5, l'ouverture 32 a de La plaque de retenue a ap- proximativement le même diamètre que la paroi 22 et cette dernière est munie d'une butée fixe représentée comme étant constituée par une bague annulaire 34 qui comporte un épaule- ment 35 qui est en butée contre la plaque 29. Le mode de réalisation des Fig 6 et 7 représente une construction légèrement différente dans laquelle la plaque de retenue 29 est munie d'une série d'ouvertures espacées 36 qui sont disposées dans une configuration aléatoire de sorte qu'il n'y a au plus qu'un petit nombre des ouvertures qui soient alignées axialement avec les ouvertures 27 de la plaque tubulaire Les ouvertures 36 ont un diamètre nettement plus petit que les extrémités extérieures complètement ou- vertes des paniers 17 de sorte que,lorsque la plaque de rete- nue 29 est boulonnéeles parties de la plaque situées entre les ouvertures 36 sont en appui d'une manière aléatoire contre l'extrémité du panier respectif qu'elles emprisonnent. Dans ce cas, la plaque de retenue 29 sert également de butée contre laquelle le dispositif de nettoyage 24 vient an appui lorsqu'il pénètre dans le panier 17. Pour empêcher que la perte de charge dans l'échangeur soit accrue d'une manière indésirable, le nombre et les di- mensions des ouvertures 36 de la plaque de retenue sont tels que la surface totale des sections transversales des ouver- tures 36 dans une quelconque plaque 29 est à peu près égale ou supérieure à la somme des surfaces des sections transver- sales des tubes 5. Bien que les dessins représentent les aspects de l'in- vention telle qu'appliquée à la plaque tubulaire 6, il est envisagé que la même construction soit normalement utilisée avec la plaque tubulaire 7. REVENDICATIONS 1 Un échangeur de chaleur tubes ( 5) de circulation de fluide s'étendant longitudinale- ment et des plaques tubulaires ( 6, 7), les plaques tubu- laires comportant des ouvertures ( 27) en communication avec les extrémités des tubes, caractérisé en ce qu'il comporte: a) une plaque de retenue ( 29); b) des moyens ( 30, 31) servant à monter fermement la plaque de retenue dans une disposition espacée par rapport à la face extérieure de la plaque tubu- laire ( 6, 7); c) une série de paniers ( 17) pour recevoir des éléments ( 24) de nettoyage de tube à mouvement de va-et-vient, chacun des paniers de la série de paniers étant monté coaxiale- ment avec une ouverture respective 127) de la plaque tubulaire et comportant des parois ( 22) s'étendant longitudinalement dans lesquelles sont formées des ouvertures les maintient prisonniers; et e) chacun des paniers s'éten- dant entre la plaque de retenue et la plaque tubulaire avec les ouvertures ( 18) d'écoulement de fluide disposées dans l'espace situé entre ces deux plaques. 2 Echangeur de chaleur selon la re-;endication 1, caracté- risé en ce que: a) la plaque de retenue ( 29) est munie d'une série d'ouvertures d'écoulement de fluide espacées ( 32; 32 a): et b) les ouvertures de la plaque de retenue sont en aligne- ment axial avec les ouvertures ( 27) de la plaque tubulaire ( 6, 7). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que:a)lespanie-rs O 7) ont des extrémités extérieures ouvertes; et b) les ouvertures ( 32; 32 a) de la plaque sont alignées axialement avec les extrémités extérieures des pa- niers. 4 Echangeur de chaleur selon la revendicatiion 3, caracté- risé en ce que les parties de la plaque de retenue ( 29) qui entourent les ouvertures ( 32) sont en appui contre les extré- mités extérieures des paniers qu'elles retiennent prisonniers. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que les parties d'extrémité extérieure des parois ( 22) des paniers ( 17) comportent des moyens de butée ( 34, 35) qui sont en appui contre les parties de la plaque de retenue ( 27) qui entourent périphériquement les ouvertures ( 32 a) de la palque de retenue. 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la plaque de retenue ( 29) est munie d'une série d'ouvertures d'écoulement de fluide espacées ( 36) disposées en une configuration aléatoire dans l'ensemble hors d'aligne- ment axial avec les ouvertures ( 27) de la plaque tubulaire. 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que les parties de la plaque de retenue ( 29) situées entre les ouvertures ( 36) disposées de manière aléatoire sont en appui contre les extrémités extérieures des paniers ( 17) qu'elles retiennent prisonniers. 8 Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que les ouvertures ( 36) disposées de manière aléa- toire dans la plaque ont un plus petit diamètre que les extré- mités extérieures despaniers ( 17). 9 Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que la plaque de retenue ( 29) sert également de butée d'arrêt pour les éléments de nettoyage ( 24) qui entrent dans les paniers. 10 Echangeur de chaleru selon l'une des revendications 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le nombre et les dimensions des ouvertures ( 36) disposées de manière aléatoire dans la plaque de retenue ( 29) sont tels que la surface totale de leurs sections transversales dans ladite plaque est au moins égale à la somme des surfaces de sections transversales des tubes ( 5) de l'échangeur de chaleur.