Brevet FR2834782A1 — publié le 20030718

Echangeur de chaleur avec facilité d'entretien. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur amélioré dans la mesure où il présente un certain nombre de caractéristiques qui rendent son entretien plus facile, moins contraignant et moins dangereux. Elle a pour but essentiel de rendre possible le décrassage d'un échangeur de chaleur, même de taille importante, par une unique personne, dans des conditions de sécurité et de simplicité qui font défaut dans les échangeurs utilisés jusqu'alors. Le domaine de l'invention est d'une façon générale celui de la chaudronnerie. Dans ce domaine, on utilise fréquemment différents appareils à pression tels que les chaudières, les réchauffeurs, les vaporiseurs ou encore les échangeurs. Les échangeurs de chaleur sont, d'une façon générale, des appareils destinés à réchauffer ou à refroidir un fluide au moyen d'un autre fluide circulant à une température différente. Un échangeur typique disponible dans l'état de la technique est représenté à la figure 1. Sur cette figure, un échangeur 100 présente une partie centrale 101 cylindrique ; une première face 102, respectivement une deuxième face 103 opposé à la première face 102, du cylindre constituant la partie centrale 101 sert de support à un premier couvercle 104, respectivement à un deuxième couvercle 105. Chacun des couvercles est constitué d'un collerette 107 servant de support à une boîte 108. Le plus souvent, dans l'état de la technique, on trouve dans la boîte 108 un ensemble de tuyaux courbés appelés retour dont chacune des extrémités est reliée à un tuyau contenu dans la partie centrale 101. Cette structure permet de réaliser des échangeurs de chaleurs appelés multi-parcours dans la mesure où un premier fluide est amené, grâce au système de retour, à parcourir plusieurs fois la longueur du cylindre constituant la partie centrale 101. Dans l'état de la technique, le plus souvent, seul le premier couvercle 104 peut être retiré de l'ensemble constituant l'échangeur 100. A cet effet, des boulons 106 sont disposés de façon régulièrement espacés sur la collerette 107 du premier couvercle 104 de telle sorte qu'ils puissent fixer hermétiquement le premier couvercle 104 sur la partie centrale 101. Un premier fluide F1 entre dans l'échangeur 100 au niveau d'une première ouverture 109 ménagée sur le premier couvercle 104 et ressort de l'échangeur 100 au niveau d'une deuxième ouverture 110 ménagée dans le deuxième couvercle 105. Un deuxième fluide F2 est amené par un système de tuyauterie 113 au niveau d'une troisième ouverture 111 ménagée dans la partie latérale du cylindre constituant la partie centrale 101 et ressort par une quatrième ouverture 112 également réalisée dans cette même partie centrale 101. Le plus souvent, le premier fluide F1 est un fluide énergétique qui circule dans les différents tuyaux existant dans la partie centrale 101, le deuxième fluide F2 étant un liquide à réchauffer ou à refroidir qui circule librement à l'intérieur de la partie centrale 101 entre les différents tuyaux prévus pour la circulation du premier fluide F1. Un des principaux problèmes rencontrés avec les échangeurs de chaleur de l'état de la technique réside dans l'entretien de ces échangeurs. Cet entretien est réglementé et doit, dans la plupart des cas, être effectué périodiquement. Il a pour but essentiel de supprimer les dépôts de calcaire, ou de toute autre impureté, qui pourraient s'être produits du fait de la circulation incessante de fluides au sein de l'échangeur 100. L'entretien de tels échangeurs pose de grandes difficultés car il est très encombrant à mettre en oeuvre. En effet, les échangeurs fréquemment utilisés dans la chaudronnerie peuvent avoir une longueur de plusieurs mètres et avoir un diamètre voisin du mètre, le couvercle amovible 104 pouvant peser jusqu'à plusieurs centaines de kilos. Ainsi, dans un premier temps, il faut démonter l'ensemble des systèmes de tuyauterie qui sont connectés à l'échangeur 100 pour amener le premier et le deuxième fluide. Dans un deuxième temps, qui constitue la principale difficulté de l'entretien, il faut retirer le couvercle amovible 104. Du fait de son poids, il est fréquemment nécessaire d'installer un palan au plafond surplombant l'échangeur 100 afin de ramener ce dernier à hauteur d'homme, ou tout au moins à le dégager des systèmes de tuyauterie démontés. Il faut ensuite, le plus souvent, installer un échafaudage destiné à recevoir le couvercle une fois que celui-ci sera démonté. Une telle intervention nécessite donc plusieurs personnes, prend beaucoup de temps et reste dangereuse, le couvercle amovible pouvant tomber à la moindre faute d'inattention lors de l'opération de démontage du couvercle. Par ailleurs, les installateurs de systèmes de chaudronnerie et thermiques sont aujourd'hui confrontés à un problème supplémentaire qui est celui de la réduction de la place disponible pour l'installation de tels systèmes. Or ils ne peuvent que très rarement optimiser la place dont ils disposent, les échangeurs de l'état de la technique étant nécessairement disposés de façon horizontale afin de faciliter les différentes opérations d'entretien qui viennent d'être décrites. En effet, la présence d'échangeurs verticaux nécessiterait une opération supplémentaire de basculement de l'échangeur qui pourrait s'avérer périlleuse. Ainsi, une place non négligeable dans le sens de la hauteur est souvent perdue lors de la mise en place des systèmes de chaudronnerie et thermiques. La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur qui permet de pallier l'ensemble des problèmes qui viennent d'être exposés. Dans l'invention, on a prévu des moyens qui permettent de positionner l'échangeur dans une position d'entretien, c'est à dire le plus souvent en position horizontale et débarrassé d'au moins un couvercle, de façon simple et sans effort excessif si bien que cette opération peut être réalisée rapidement et de façon sécurisée par un unique employé. En outre dans l'invention on prévoit un support particulier de l'échangeur qui permet de basculer ce dernier pour le ramener dans une position d'entretien. Ainsi, dorénavant et grâce à l'invention, il est tout à fait concevable, voir recommandé pour gagner de la place, de disposer les échangeurs en position verticale. De plus, dans l'invention, on a prévu un système d'ouverture destiné à au moins un des deux couvercles tel que le poids du couvercle considéré ne constitue plus un obstacle pour la personne qui effectue l'entretien. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comportant notamment une partie centrale dans laquelle au moins un premier fluide peut être réchauffé ou refroidi au moyen d'au moins un deuxième fluide, la partie centrale présentant une paroi latérale terminée par une première et une deuxième faces opposées, au moins la première des deux faces opposées étant obturée au moyen d'un premier couvercle, caractérisé en ce que le premier couvercle est articulé par rapport à la partie centrale au moyen d'une première charnière. Dans un mode de réalisation particulier, l'axe de rotation de la première charnière est vertical lorsque l'échangeur est disposé dans une position d'entretien, qui peut correspondre avec une position horizontale de l'échangeur. Dans un mode de réalisation préféré, l'échangeur comporte un système de basculement pour pouvoir faire pivoter l'échangeur. Le système de basculement peut être composé d'un premier pied et d'un deuxième pied, disposés de part et d'autre de la paroi latérale de l'échangeur, la partie centrale de l'échangeur étant reliée au premier pied, respectivement au deuxième pied, au moyen d'une première pièce de maintien, respectivement d'une deuxième pièce de maintien, de telle sorte que l'échangeur puisse pivoter autour d'un axe défini par les deux pièces de maintien. On peut prévoir une goupille de blocage pour maintenir l'échangeur dans une position d'entretien, ou une position de travail, ou éventuellement une position intermédiaire. Selon un exemple de réalisation de l'invention, l'échangeur peut comporter un deuxième couvercle articulé par rapport à la partie centrale au moyen d'une deuxième charnière dont l'axe de rotation est vertical lorsque l'échangeur est disposé dans une position d'entretien. Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, chaque charnière est constituée au moins d'un premier couple de pièces, présentant un logement circulaire pour laisser passer une tringle correspondant à l'axe de rotation de la charnière, fixées à la partie centrale et d'un deuxième couple de pièces, présentant un logement oblong pour laisser passer ladite tringle, fixées à chaque couvercle. Dans une position fermée, la tringle de chaque charnière est ainsi traversée par un plan défini par une surface de contact entre la partie centrale et le couvercle correspondant à la charnière considérée. Selon un exemple particulier de réalisation de l'invention, la partie centrale est de forme cylindrique avec une paroi circulaire définissant un espace intérieur de circulation des fluides, l'espace intérieur de circulation des fluides comportant un ensemble de tuyaux linéaires ou cintrés, c'est à dire en forme de U,, qui peuvent par exemple être disposés au coeur de la partie centrale, pour faire circuler un premier fluide, un deuxième fluide, par exemple de la vapeur d'eau, circulant à l'extérieur des tuyaux linéaires ou cintrés. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1, déjà décrite, une représentation schématique d'un échangeur de l'état de la technique ; - aux figures 2a, 2b et 2c une illustration du pivotement rendu possible grâce à l'échangeur de l'invention ; - à la figure 3, une vue de face d'un couvercle de l'échangeur selon l'invention ; - à la figure 4, une vue de dessus d'un couvercle de l'échangeur selon l'invention ; - à la figure 5, une représentation en détail d'une des pièces constituant l'articulation entre un couvercle et une partie centrale de l'échangeur selon l'invention ; - à la figure 6, une représentation en détail d'une deuxième pièce constituant l'articulation entre le couvercle et la partie centrale de l'échangeur selon l'invention ; - à la figure 7, une représentation schématique en perspective de l'échangeur selon l'invention dans une position ouverte. Dans la description des différentes figures qui suivent, une même pièce apparaissant sur plusieurs figures sera toujours désignée par la même référence. Aux figures 2a, 2b et 2c, on voit un échangeur 200 selon l'invention respectivement dans une position verticale, oblique, et horizontale. L'échangeur 200 comporte une partie centrale 210, approximativement de forme cylindrique ; la partie centrale possède une première face 201 et une deuxième face 202 opposées. Un premier couvercle 203, respectivement un deuxième couvercle 204, est disposé sur la première face 201, respectivement sur la deuxième face 202. On retrouve les différentes ouvertures 109 à 112 déjà présentes dans les échangeurs de l'état de la technique décrits à la figure 1. Ces différentes ouvertures ont toujours pour fonction de faire entrer ou sortir les différents fluides intervenant au sein de l'échangeur. Selon l'invention, l'échangeur 200 est équipé d'un système de basculement 205 qui permet de faire basculer l'échangeur essentiellement d'une position verticale (figure 2a) à une position horizontale (figure 2c). La position horizontale pourra être désignée comme la positon d'entretien, même s'il est envisageable de définir une position d'entretien qui ne soit pas horizontale. Le système de basculement 205 est composé d'un premier pied 206 et d'un deuxième pied 207 qui sont disposés de façon symétrique autour de l'échangeur de façon à pouvoir le faire pivoter selon un axe de rotation horizontal, perpendiculaire à un plan défini par chacun des pieds du système de basculement, et dans le sens de la longueur, c'est à dire dans un sens susceptible de faire passer un couvercle 203 ou 204 de l'échangeur 200 d'une position haute à une position basse. De façon préférée, la hauteur des pieds doit être suffisante pour que l'échangeur 200 puisse être positionné dans une position verticale. Dans un exemple préféré, l'axe de rotation passe par le sommet des pieds 206 et 207 et par le centre de l'échangeur correspondant approximativement à son centre de gravité. Une pièce de maintien, ou de liaison, 208 est disposée de chaque côté de la partie centrale 210 de façon à assurer une jonction pivotante entre la partie centrale 210 et les pieds 206 et 207 du système de basculement 205. Les pièces de liaison peuvent par exemple être soudées sur la partie centrale 210 et comporter une ouverture adaptée pour recevoir une pièce matérialisant l'axe de rotation du système de basculement 205. Une goupille de blocage, non représentée, peut être insérée dans au moins une des pièces de liaison 208 afin de bloquer la rotation de l'échangeur 200 dans une position qui peut être choisie parmi plusieurs positions prédéterminées. Ces positions prédéterminées peuvent par exemple correspondre aux trois positions représentées aux figures 2a, 2b et 2c. Aux figures 3 et 4, on a représenté le premier couvercle 203, respectivement en vue de face et de dessus, lorsque l'échangeur 200 est dans une position d'entretien. On voit sur ces figures que la partie centrale 210 et le premier couvercle 203 sont mis en contact par l'intermédiaire de deux collerettes de jonction 301 et 302 solidaires respectivement de la partie centrale 302 et du premier couvercle 203. Ces collerettes de jonction sont de forme circulaire et de diamètre sensiblement identique. Elles sont reliées au moyen d'une charnière 303 qui, en vue de dessus, se situe à l'extrémité droite des collerettes. La charnière 303 définit ainsi un axe de rotation vertical 304 autour duquel peut être articulé le couvercle 203. Tout le poids du couvercle est ainsi supporté par l'axe de la charnière 303 si bien que le couvercle peut passer d'une position fermée représentée en traits pleins aux figures 3 et 4 à une position ouverte représentée en traits discontinus sur ces mêmes figures. Comme on le voit sur ces figures, la charnière 303 est essentiellement constituée d'un premier couple de pièces 305 et d'un deuxième couple de pièces 306. Le premier couple de pièces 305 est solidaire de la collerette 302 assujettie au couvercle 203, alors que le deuxième couple de pièces 306 est solidaire de collerette 301 assujettie à la partie centrale 200. La charnière 303 est donc constituée essentiellement de deux articulations en pivotement, chaque articulation étant composée d'une pièce 305 en contact avec une pièce 306. La charnière 303 comporte également une tige 307 symbolisant l'axe de rotation de la charnière. Le détail des pièces 305 et 306 est respectivement représenté aux figures 5 et 6. A la figure 5, on voit que la pièce 305 comporte un logement de forme sensiblement oblongue 500 destiné à laisser passer la tringle 307. La pièce 306 présente pour sa part un logement de forme parfaitement circulaire 600 destiné également à laisser passer la tringle 307. Le logement oblong a approximativement la forme d'une ellipse dont le petit côté correspond au diamètre du logement circulaire 600. La présence d'un logement oblong 500 sur les pièces 305 permet de bénéficier d'un léger jeu entre les pièces 305 et 306 de telle sorte que, dans une position fermée, l'axe de rotation défini par la tringle 307 peut être traversé par le plan de jonction défini entre la collerette 301 et la collerette 302 lorsque l'échangeur 200 est dans une position fermée. Sur le couvercle 203 est ménagé un coude d'éjection 308 destiné à accepter ou à éjecter le premier fluide. Ce coude d'éjection 308 comporte une valve de vidange 309. Le coude d'éjection se termine par une bride 311 destinée à recevoir un tuyau pour faire circuler le premier fluide, l'axe de rotation de la charnière 303 étant parallèle au plan de la bride 311 du coude d'éjection 308. Lorsque le couvercle 203 est rabattu sur la partie centrale 210 de l'échangeur, des boulons 310 peuvent alors être vissés à différents emplacements préalablement prévus à cet effet sur la collerette 302. Ces emplacements sont de préférence équitablement répartis sur tout le pourtour de la collerette 302. Ils sont environ une vingtaine. Ils permettent d'assurer l'étanchéité entre les deux collerettes 301 et 302. Un bon serrage de ces boulons 310 assure par ailleurs que l'axe de rotation de la charnière 303 est effectivement ramené dans le plan de jonction entre les deux collerettes 301 et 302. La figure 7 montre une vue en perspective d'un échangeur selon l'invention disposé dans une position d'entretien avec un des couvercles en position ouverte. On peut ainsi illustrer la structure interne de l'échangeur selon l'invention. Sur cette figure on voit que la partie centrale 210 est constituée d'une multitude de tuyaux rectilignes 700 qui sont disposés dans le coeur de la partie centrale 200. Dans certains échangeurs, on peut trouver jusqu'à 1500 tuyaux. De préférence, dans l'invention, les deux couvercles 203 et 204 sont articulés par rapport à la partie centrale au moyen d'une charnière telle que celle décrite aux figures 3 et 4. Ainsi, lorsque les deux couvercles 203 et 204 sont dans une position ouverte, un personnel d'entretien peut aisément distinguer quels sont les tuyaux qui nécessitent un nettoyage particulier en regardant au travers de ces tuyaux. Dans d'autres exemples de réalisation, les tuyaux rectiligne peuvent être remplacés par des tuyaux cintrés. Sur la figure 7, on voit également qu'un couvercle 203 ou 204 est constitué essentiellement d'une partie creuse 701 débouchant sur le coude d'éjection 308. Dans d'autres exemples de réalisation, le couvercle et/ou les couvercles 203 et 204 ne sont pas totalement creux mais présentent des retours qui permettent de réaliser des échangeurs à double parcours. Dans les échangeurs selon l'invention, le deuxième fluide, qui est le plus souvent constitué par de la vapeur d'eau de très haute qualité, et qui est envoyé dans l'échangeur par l'ouverture 111 pour être récupéré par l'ouverture 112, circule essentiellement en périphérie à l'intérieur de la partie centrale 210, et éventuellement entre les différents tuyaux 700 véhiculant le premier fluide. Dans un mode de réalisation particulier, chaque tuyau est assujetti par dudgeonnage, au niveau de chacune de ses extrémités, dans une plaque de la partie centrale 210 constituant, matérialisant, les faces opposées de la partie centrale. La vapeur d'eau présente dans l'échangeur étant de très haute qualité, l'entretien des parties de l'échangeur où cette vapeur d'eau circule ne nécessite pas un entretien aussi régulier et précis que l'exige celui des tuyaux véhiculant le premier fluide. Par ailleurs, on peut prévoir pour chaque couvercle articulé autour d'une charnière qu'il puisse venir se fixer sur un téton de centrage disposé sur la collerette 301 de la partie centrale 210. Enfin, il est évident que les différentes caractéristiques de l'invention, qui ont été décrites dans le cadre d'un échangeur destiné à être installé pour fonctionner en position verticale, sont identiques pour un échangeur destiné à être installé pour fonctionner en position horizontale. REVENDICATIONS 1-Echangeur de chaleur (200) comportant notamment une partie centrale (210) dans laquelle au moins un premier fluide peut être réchauffé ou refroidi au moyen d'au moins un deuxième fluide, la partie centrale (210) présentant une paroi latérale terminée par une première (201) et une deuxième faces (202) opposées, au moins la première des deux faces opposées étant obturée au moyen d'un premier couvercle (203), caractérisé en ce que le premier couvercle (203) est articulé par rapport à la partie centrale au moyen d'une première charnière (303). 2-Echangeur (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'axe de rotation de la première charnière (303) est vertical lorsque l'échangeur est disposé dans une position d'entretien. 3-Echangeur (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la position d'entretien est une position horizontale. 4-Echangeur (200) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un système de basculement (205) pour pouvoir faire pivoter l'échangeur (200). 5-Echangeur (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le système de basculement (205) est composé d'un premier pied (206) et d'un deuxième pied (207), disposés de part et d'autre de la paroi latérale de l'échangeur (200), la partie centrale (210) de l'échangeur (200) étant reliée au premier pied (206), respectivement au deuxième pied (207), au moyen d'une première pièce de maintien (208), respectivement d'une deuxième pièce de maintien (208), de telle sorte que l'échangeur (200) puisse pivoter autour d'un axe défini par les deux pièces de maintien (208). 6-Echangeur (200) selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le système de basculement (205) comporte une goupille de blocage pour maintenir l'échangeur (200) dans une position d'entretien, ou une position de travail, ou éventuellement une position intermédiaire. 7-Echangeur (200) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième couvercle (204) articulé par rapport à la partie centrale au moyen d'une deuxième charnière dont l'axe de rotation est vertical lorsque l'échangeur (200) est disposé dans une position d'entretien. 8-Echangeur (200) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque charnière (303) est constituée au moins d'un premier couple de pièces (306), présentant un logement circulaire (600) pour laisser passer une tringle (307) correspondant à l'axe de rotation de la charnière (303), fixées à la partie centrale (210) et d'un deuxième couple de pièces (305), présentant un logement oblong (500) pour laisser passer ladite tringle, fixées à chaque couvercle (203,204). 9-Echangeur (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que, dans une position fermée, la tringle (307) de chaque charnière (303) est traversée par un plan défini par une surface de contact entre la partie centrale (210) et le couvercle correspondant à la charnière considérée. 10-Echangeur (200) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie centrale (210) est de forme cylindrique avec une paroi circulaire définissant un espace intérieur de circulation des fluides, l'espace intérieur de circulation des fluides comportant un ensemble de tuyaux linéaires (700) ou cintrés pour faire circuler un premier fluide, un deuxième fluide circulant à l'extérieur des tuyaux linéaires (700) ou cintrés. 11-Echangeur (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les tuyaux linéaires (700) sont disposés au coeur de la partie centrale. 12-Echangeur (200) selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que le deuxième fluide est de la vapeur d'eau. 13-Echangeur (200) selon l'une des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que chaque tuyau (700) est assujetti par dudgeonnage, au niveau de chacune de ses extrémités, dans une plaque de la partie centrale (210) constituant les faces opposées (201 ; 202) de la partie centrale (210). 14-Echangeur (200) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque couvercle (203 ; 204) peut venir se fixer sur une collerette (301) de la partie centrale (210).