Brevet FR2787563A1 — publié le 20000623

I(t) Echangeur de température annulaire La présente invention concerne un échangeur de température annulaire constitué d'au moins trois enveloppes tubulaires coaxiales dites respectivement enveloppe intérieure,20 enveloppe intermédiaire et enveloppe extérieure, ces enveloppes délimitant entre elles au moins une chambre annulaire de mise à température de produit intercalée entre deux chambres de circulation d'un fluide caloporteur Elle concerne plus particulièrement un échangeur de température annulaire dans lequel la chambre de mise à température de produit est pourvue d'au moins une entretoise radiale portée par l'enveloppe intermédiaire ou l'enveloppe intérieure de l'échangeur.30 Les échangeurs de température ou échangeurs de chaleur sont des appareils destinés à réchauffer et/ou à refroidir un fluide au moyen d'au moins un autre fluide circulant à une température différente. De tels appareils sont notamment35 utilisés dans le domaine de l'agro-alimentaire et sont bien connus à ceux versés dans cet art. En fonction du produit à réchauffer ou à refroidir, on 2 distingue trois grandes familles d'échangeurs tubulaires. La première famille d'échangeurs, dits échangeurs mono- tube, est constituée par des échangeurs formés de deux5 tubes concentriques. La seconde famille d'échangeurs, dits échangeurs de température multitubes, est constituée d'échangeurs formés de plusieurs tubes disposés à l'intérieur d'un tube externe10) ou enveloppe. La troisième famille d'échangeurs concerne les échangeurs dits annulaires. Ces échangeurs sont constitués de trois tubes concentriques, plus particulièrement adaptés au15 traitement de produits à viscosité élevée et à pH bas ou élevé. Les échangeurs de cette troisième famille, à laquelle appartient l'échangeur objet de l'invention, ont fait l'objet de nombreux perfectionnements au cours du temps. Il s'est révélé notamment nécessaire d'introduire,20 dans la chambre de mise à température des produits, au moins une entretoise radiale pour imposer au produit à traiter un parcours déterminé de manière à obtenir une température plus homogène en sortie de produit et à pouvoir augmenter la surface d'échange tout en maintenant un25 encombrement réduit de l'échangeur. L'introduction d'entretoises radiales dans la chambre de mise à température de produit est notamment décrite dans le brevet DE-A-415. 595. Les avantages de tels échangeurs sont30 notamment un temps de traitement court du fait de l'augmentation du transfert de chaleur et un traitement thermique plus homogène du produit du fait de la turbulence. Toutefois, les échangeurs annulaires développés à ce jour présentent encore un certain nombre d'inconvénients. En particulier, la fermeture des chambres est généralement réalisée de manière complexe au moyen d'un grand nombre de FIl = 11 rT 3 garnitures d'étanchéité. Il en résulte un risque de mélange des contenus desdites chambres. Par ailleurs, le nettoyage de tels échangeurs est souvent difficile en raison des temps de montage et de démontage de l'ensemble.5 Un premier but de la présente invention est de proposer un échangeur de température annulaire dont la conception est telle que toute communication entre la chambre de mise à température de produit et les chambres de circulation de10 fluide caloporteur est impossible tout en permettant de détecter aisément une fuite de produit dans la chambre de mise à température du produit. Un autre but de la présente invention est de proposer un échangeur de température dont la conception facilite le montage et le démontage des éléments le constituant de manière à permettre un nettoyage aisé de l'ensemble. Un autre but de la présente invention est de proposer un échangeur de température dont la conception permet la fabrication d'un tel échangeur avec des pièces simples. A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de température annulaire constitué d'au moins trois enveloppes25 tubulaires coaxiales dites respectivement enveloppe intérieure, enveloppe intermédiaire et enveloppe extérieure, ces enveloppes délimitant entre elles au moins une chambre annulaire de mise à température de produit intercalée entre deux chambres respectivement intérieure et30 extérieure de circulation d'un fluide caloporteur, la chambre de mise à température de produit étant pourvue d'au moins une entretoise radiale portée par l'enveloppe intermédiaire ou l'enveloppe intérieure, caractérisé en ce que le corps de l'échangeur est constitué d'un premier et35 d'un second ensembles monoblocs maintenus à l'état emboîté, de préférence par bridage, le premier ensemble monobloc étant formé des enveloppes extérieure et intermédiaire reliées entre elles à chacune de leurs extrémités au moyen 4 d'un flasque évidé pour former une chambre annulaire à entrée et sortie de fluide radiales externes, exempte de tout plan de joint avec la chambre de mise à température du produit, le second ensemble monobloc étant constitué de5 l'enveloppe intérieure, pourvue à chacune de ses extrémités d'une platine réalisée monobloc avec ladite enveloppe intérieure, cette platine munie sur sa tranche d'une garniture d'étanchéité comprimée à l'état emboité et assemblé des deux ensembles monoblocs, comportant au moins10 deux orifices formant buses, indépendants, débouchant, à l'état emboité desdits ensembles monoblocs, l'un dans la chambre intérieure de circulation d'un fluide caloporteur, l'autre dans la chambre de mise à température du produit, de sorte que toute communication de fluide entre lesdites15 chambres est rendue impossible. En effet, grâce à la conception des deux ensembles monoblocs, il n'existe aucune possibilité de communication entre lesdites chambres notamment à travers des zones20 pourvues de garnitures d'étanchéité. Par ailleurs, le nettoyage d'un tel échangeur est aisé. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en25 référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe partielle d'une extrémité d'un corps d'échangeur conforme à l'invention et la figure 2 représente une vue en coupe partielle de la garniture d'étanchéité dans son logement à l'état comprimé de ladite garniture. Comme mentionné ci-dessus, l'échangeur de température annulaire, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné au traitement de produits visqueux. Cet échangeur de température annulaire est constitué d'au moins trois TF II l ' T enveloppes tubulaires coaxiales représentées de 1 à 3 aux figures. Ces enveloppes sont constituées par de simples tubes cylindriques. L'enveloppe intérieure 3, l'enveloppe intermédiaire 2 et l'enveloppe extérieure 1 délimitent5 entre elles une chambre annulaire 4 de mise à température de produit intercalée entre deux chambres 5 et 6 de circulation d'un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur peut être constitué par de l'air ou de l'eau ou par tout autre fluide apte à être réchauffé ou refroidi. La chambre10 4 de mise à température de produit est pourvue par ailleurs d'au moins une entretoise radiale 7 portée par l'enveloppe intermédiaire 2 ou l'enveloppe intérieure 3 de l'échangeur. Dans les exemples représentés aux figures, l'entretoise radiale 7 est portée par l'enveloppe intérieure 3. Cette15 entretoise radiale affecte la forme d'une cloison spiralée pour conduire hélicoïdalement le produit à traiter entre lesdits chambres 5 et 6 de circulation de fluide caloporteur. La présence de cette entretoise radiale permet de maintenir un flux continu et homogène à l'intérieur de20 ladite chambre de mise à température de produit sans zone ou point de rétention et sans courant prioritaire souvent liés au flux laminaire. Cette entretoise radiale portée par l'enveloppe intérieure 3 est généralement fixée par soudage à la face externe de ladite enveloppe intérieure 3. Cette enveloppe intérieure 3 est par ailleurs pourvue, à chacune de ses extrémités, d'une platine 8 réalisée monobloc avec ladite enveloppe intérieure 3. A nouveau, cette platine 8 peut, pour former un ensemble monobloc avec3) l'enveloppe intérieure 3, être fixée par soudage à l'extrémité de l'enveloppe intérieure 3. Cette platine est munie sur sa tranche d'une garniture d'étanchéité 9. Cette platine 8 comporte par ailleurs au moins deux orifices 11, 12 formant des buses indépendants. Ces orifices débouchent pour l'un, représenté en 11 aux figures, dans la chambre intérieure 5 de circulation du fluide caloporteur, pour l'autre, représenté en 12 aux figures, dans la chambre 4 de mise à température du produit. Ces orifices 11, 12 formant 6 des buses sont constitués par des corps creux allongés de section quelconque à nouveau fixés généralement par soudage sur la platine 8 pour former un ensemble monobloc avec cette dernière. Ces orifices 11, 12 formant des buses sont5 pourvus à leur extrémité libre d'un taraudage ou d'un filetage permettant leur raccordement au circuit général de circulation de fluide caloporteur ou respectivement du produit à traiter. En effet, il est à noter que le produit à traiter ou le fluide caloporteur sont introduits à l'intérieur de ladite chambre au moyen d'une pompe. Généralement, le fluide caloporteur circule à contre- courant du produit à traiter. Platine 8, enveloppe intérieure 3, entretoise radiale 7, garniture d'étanchéité 9 et buses 11, 12 constituent un ensemble monobloc appelé par la suite second ensemble monobloc. Le corps de l'échangeur comporte par ailleurs un premier ensemble monobloc formé des enveloppes extérieure 1 et intermédiaire 2. Ces enveloppes 1, 2 sont reliées entre2) elles, à chacune de leurs extrémités, au moyen d'un flasque 13 évidé pour former une chambre annulaire 6 à entrée et sortie 10 de fluide radiales externes exempte de tout plan de joint avec la chambre 4 de mise à température du produit. Dans l'exemple représenté à la figure 1, seule la25 sortie radiale externe 10 de fluide a été représentée. Il doit toutefois être imaginé que le corps de l'échangeur est réalisé de manière identique à chacune de ses extrémités. Seules les flèches de circulation du fluide et du produit devront être inversées à l'extrémité opposée du corps de30 l'échangeur, les entrées de cette première extrémité du corps correspondant à des sorties à l'extrémité opposée et inversement. Il est à noter que le flasque évidé 13 est généralement fixé aux extrémités des enveloppes cylindriques 1 et 2 par soudage de telle sorte que tout risque de fuite de ce fluide par les extrémités de la chambre est évité. Enveloppe extérieure 1, enveloppe intermédiaire 2, flasque TVLiT1t'T évidé 13 et entrée et sortie de fluide radiales constituent alors un autre ensemble monobloc dit premier ensemble monobloc. Il est à noter que l'entrée et la sortie de fluide radiales externes de ce premier ensemble monobloc5 sont à nouveau constituées au moyen de pièces généralement tubulaires, rapportées, fixées par soudage sur l'enveloppe extérieure 1. Ces embouts formant buse sont à nouveau destinés à être raccordés au conduit général de circulation de fluide caloporteur.10 Les premier et second ensembles monoblocs ainsi constitués sont maintenus à l'état emboité de préférence par bridage. La bride 14 de maintien à l'état emboité des premier et second ensembles monoblocs positionnée à chaque extrémité15 desdits ensembles est agencée pour autoriser un jeu axial du second ensemble monobloc 3, 8 à l'état emboîté desdits ensembles, de manière à pallier aux variations dimensionnelles du second ensemble monobloc dues en particulier aux variations de température. En effet, comme20 le montre la figure 1, la bride 14 de maintien des premier et second ensembles monoblocs à l'état emboîté affecte la forme d'un flasque évidé solidarisé par des organes de maintien, tels que des vis 15, à une partie formant collerette du flasque de fermeture évidé 13 de la chambre25 extérieure 6 de circulation de fluide. Lesdits flasques 13 et 14 coopèrent entre eux de manière à ménager, à l'état assemblé, une gorge annulaire périphérique interne 19, représentée en détail à la figure 2, de logement de la garniture d'étanchéité 9 disposée sur la tranche de la30 platine 8 du second ensemble monobloc. Cette gorge 19 est conformée pour comprimer essentiellement radialement ladite garniture d'étanchéité 9. Dans l'exemple représenté, cette gorge est ménagée au moyen de deux pans coupés ménagés respectivement sur la périphérie intérieure des flasques35 évidés 13 et 14 de telle sorte que la gorge annulaire obtenue affecte sensiblement la forme d'un V dont la pointe est disposée dans le plan de joint desdits flasques assemblés à l'état non jointif. A l'état emboîté des deux 8 ensembles monoblocs, cet emboîtement étant maintenu par fixation de la bride 14, on constate que le second ensemble monobloc, constitué notamment de l'enveloppe intérieure 3 et de la platine 8, peut librement se déformer du fait du 5 jeu existant entre la platine 8 et la bride 14, celle-ci agissant uniquement sur la garniture d'étanchéité de la platine 8. Pour parfaire la construction d'un tel échangeur, l'enveloppe intérieure 3 est généralement pourvue intérieurement d'un corps 16, dit corps mort, maintenu dans ladite enveloppe 3 au moyen d'entretoises radiales 17 de manière à réduire le volume de la chambre 5 délimitée par cette enveloppe intérieure 3. Ce corps mort 16 peut à15 nouveau être constitué par un élément tubulaire cylindrique fermé à chacune de ses extrémités. L'enveloppe intérieure 3 comporte encore, au voisinage de chacune de ses extrémités portant une platine 8, un encochage 18 pour le débouché de l'un des orifices 12 de la platine 8 dans la chambre 4 de20 mise à température des produits. En résumé, pour permettre la construction d'un tel échangeur de température, on procède de la manière suivante: on choisit deux tubes cylindriques de diamètre différent et de longueur sensiblement identique. On relie ces tubes entre eux à chacune de leurs extrémités au moyen d'un flasque de fermeture évidé 13, ce flasque étant soudé aux extrémités de chacun des tubes pour former une chambre annulaire 6 qui correspondra à la chambre annulaire30 extérieure de circulation du fluide caloporteur. On rapporte sur la paroi périphérique 1 de cette chambre, au voisinage des extrémités de cette dernière, deux embouts tubulaires constituant respectivement l'un une entrée de fluide, l'autre une sortie 10 de fluide. Ces embouts35 tubulaires sont agencés pour pouvoir être raccordés à un circuit général de circulation de fluide. Cet assemblage ainsi réalisé constitue un premier ensemble monobloc de l'échangeur. On soude alors sur un troisième tube 3, de i-iII --TT 9 diamètre inférieur aux deux premiers tubes, une cloison spiralée 7. On introduit éventuellement à l'intérieur de ce tube un corps mort constitué par un tube cylindrique 16 fermé maintenu en position au moyen d'entretoises radiales5 17 soudées à la face interne de l'enveloppe intérieure. L'extrémité de ce tube 3 portant la cloison spiralée 7 est usinée pour ménager un encochage 18 au moyen d'une pièce rapportée par soudure. Chacune des extrémités de ce tube 3 est alors fermée au moyen d'une platine 8 fixée aux10 extrémités du tube par soudage. Cette platine 8 est elle- même équipée de deux éléments tubulaires de section quelconque formant des buses fixés par soudage à ladite platine 8. Ces éléments tubulaires constituent pour l'un l'entrée ou respectivement la sortie de circulation du15 fluide caloporteur et débouche dans ledit tube 3 tandis que l'autre élément tubulaire indépendant débouche à l'extérieur dudit tube. La tranche de la platine 8 est pourvue d'une garniture d'étanchéité 9 généralement constituée par un joint torique. Il est à noter que cette20 tranche est de préférence non rectiligne mais au contraire légèrement concave pour faciliter le logement de ce joint torique. Une fois ce second ensemble monobloc réalisé, ce dernier est introduit par coulissement à l'intérieur du premier ensemble monobloc préalablement constitué. Ce25 positionnement est facilité grâce à la présence de la cloison spiralée 7 formant entretoise entre les premier et second ensembles monoblocs. Lorsque le second ensemble monobloc est correctement positionné à l'intérieur du premier ensemble monobloc, lesdits ensembles sont assemblés30 au moyen d'une bride 14 maintenue en position par serrage au moyen d'un organe de vissage 15. Le serrage de cette bride 14 destiné à coopérer avec le flasque 13 du premier ensemble monobloc assure l'étanchéité de la chambre 4 de mise à température du produit par compression35 essentiellement radiale de la garniture d'étanchéité 9 portée par la platine 8. Une fois ce serrage effectué, l'échangeur est prêt à fonctionner. Un fluide caloporteur est alors introduit à l'extrémité du tube non représentée I ii 'l r TT I() par des ouvertures identiques à celles représentées en 10 et en 11 à la figure 1 et sera extrait de l'échangeur à travers les ouvertures 10, 11. Le produit à traiter est à l'inverse introduit dans la chambre 4 de mise à température5 de produit par la buse 12 et sera extrait de ce corps d'échangeur par une buse analogue à la buse 12 ménagée à l'extrémité opposée du tube non représentée. La longueur du corps de l'échangeur est choisie en fonction des exigences de l'utilisateur. De même, le pas de la cloison spiralée 710 est choisi en fonction de la vitesse devant être atteinte en sortie d'échangeur. On constate que la réalisation de l'échangeur telle que décrite ci- dessus ne nécessite que des éléments classiques15 du commerce, à savoir essentiellement des éléments tubulaires ou des flasques, de telle sorte que le coût d'un tel échangeur est particulièrement attractif. Par ailleurs, le montage et le démontage d'un tel échangeur sont aisés. Il suffit pour ce faire de dévisser les organes de maintien20 15 de la bride 14, d'enlever cette bride 14 puis d'extraire par coulissement le second ensemble monobloc du premier ensemble monobloc. La chambre de mise à température du produit peut alors être aisément nettoyée sans avoir à démonter aucun des ensembles monoblocs ainsi constitués.25 Par ailleurs, du fait de la conception de l'ensemble des chambres et de leur absence de communication entre elles, tout risque de fuite entre lesdites chambres est évité. Le seul risque de fuite est dû à la présence de la garniture30 d'étanchéité 9. Dans ce cas, cette fuite est immédiatement visible du fait que la garniture d'étanchéité communique directement avec l'extérieur du corps de l'échangeur. Une intervention peut alors être envisagée de manière extrêmement rapide en cas de fuite. Une telle solution35 évite la présence sur le corps de l'échangeur de chambre de détection de fuite comme on peut les trouver dans des échangeurs classiques. - Si lI s Ti l! REVENDICATIONS 1. Echangeur de température annulaire constitué d'au moins trois enveloppes tubulaires coaxiales dites respectivement enveloppe intérieure (3), enveloppe intermédiaire (2) et enveloppe extérieure (1), ces enveloppes délimitant entre elles au moins une chambre annulaire (4) de mise à température de produit intercalée entre deux chambres respectivement intérieure (5) et extérieure (6) de10 circulation d'un fluide caloporteur, la chambre de mise à température de produit (4) étant pourvue d'au moins une entretoise radiale (7) portée par l'enveloppe intermédiaire (2) ou l'enveloppe intérieure (3), caractérisé en ce que le corps de l'échangeur est constitué d'un premier et d'un second ensembles monoblocs maintenus à l'état emboité, de préférence par bridage (14), le premier ensemble monobloc étant formé des enveloppes extérieure (1) et intermédiaire (2) reliées entre elles à chacune de leurs extrémités au moyen d'un flasque évidé (13) pour former une20 chambre annulaire (6), à entrée et sortie (10) de fluide radiales externes, exempte de tout plan de joint avec la chambre (4) de mise à température du produit, le second ensemble monobloc étant constitué de l'enveloppe intérieure (3) pourvue à chacune de ses extrémités d'une platine (8) réalisée monobloc avec ladite enveloppe intérieure (3), cette platine (8), munie sur sa tranche d'une garniture d'étanchéité (9) comprimée à l'état emboîté et assemblé des deux ensembles monoblocs, comportant au moins deux orifices (11, 12) formant buses, indépendants, débouchant, à l'état ) emboité desdits ensembles monoblocs, l'un (11) dans la chambre intérieure (5) de circulation d'un fluide caloporteur, l'autre (12) dans la chambre (4) de mise à température du produit, de sorte que toute communication de fluide entre lesdites chambres (4, 5, 6) est rendue35 impossible. 2. Echangeur de température annulaire selon la revendication 1, 12 caractérisé en ce que l'entretoise radiale (7) portée par l'enveloppe intérieure (3) affecte la forme d'une cloison spiralée pour conduire hélicoïdalement le produit à traiter entre lesdites chambres (5, 6) de circulation de fluide5 caloporteur. 3. Ecàangeur de température annulaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bride (14) de maintien à l'état[o emboîté des premier et second ensembles monoblocs positionnée à chaque extrémité desdites ensembles est agencée pour autoriser un jeu axial du second ensemble (3, 8) monobloc à l'état emboîté desdits ensembles de manière à pallier aux variations dimensionnelles du second ensemble monobloc dues aux variations de température. 4. Echangeur de température annulaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bride (14) de maintien des premier2() et second ensembles monoblocs à l'état emboîté affecte la forme d'un flasque solidarisé par des organes de maintien (15) appropriés à une partie formant collerette du flasque de fermeture évidé (13) de la chambre extérieure (6) de circulation de fluide, lesdits flasques (13, 14) coopérant25 entre eux de manière à ménager, à l'état assemblé, une gorge annulaire périphérique interne (19) de logement de la garniture d'étanchéité (9) du second ensemble monobloc (3, 8), cette gorge (19) étant conformée pour comprimer essentiellement radialement ladite garniture d'étanchéité 3() (9). 5. Echangeur de température annulaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure (3) est35 pourvue intérieurement d'un corps (16), dit corps mort, maintenu dans ladite enveloppe (3) au moyen d'entretoises radiales (17) de manière à réduire le volume de la chambre (5) de circulation de fluide caloporteur délimitée par fnT -T rr. cette enveloppe intérieure (3). 6. Echangeur de température annulaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure (3) comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités portant une platine (8), un encochage (18) pour le débouché de l'un des orifices (12) de la platine (8) dans la chambre (4) de mise à température des produits. -inô 'l'-V-1