Brevet FR2874080A1 — publié le 20060210

La présente invention concerne les échangeurs et notamment les échangeurs destinés à assurer un échange thermique entre deux fluides. Sur un plan général on sait que les échangeurs de chaleur mettant en uvre des fluides sont constitués de deux circuits isolés l'un de l'autre mais qui sont en contact thermique le plus élevé possible, et qui sont respectivement parcourus par les deux fluides. On sait également que l'entretien des échangeurs de chaleur, et en particulier leur nettoyage, est généralement une opération longue et difficile à réaliser de façon efficace, voire même parfois impossible. Les échangeurs de type dit à plaques sont démontables plaque par plaque si bien qu'il est ainsi possible d'accéder à leurs circuits, même s'il s'agit là d'une opération longue à mettre en uvre. Cependant ces échangeurs, en raison de leur conception même, sont donc d'une exploitation coûteuse. C'est pourquoi on s'est tourné vers les échangeurs spiralés qui sont constitués à partir de deux feuilles de tôle qui sont enroulées et sont maintenues écartées l'une de l'autre par des picots. Après enroulement on procède à la soudure des bords de feuille de tôle de façon à créer deux circuits de fluide indépendants, à savoir un premier circuit compris entre les deux feuilles de tôle enroulées et soudées et un second circuit compris entre les différentes spires de l'enroulement. Pour des raisons relevant du mode de construction, l'utilisateur n'a pas accès aussi bien à l'espace compris entre les deux feuilles enroulées, qu'à celui compris entre les diverses spires de l'enroulement, si bien qu'il est dans l'impossibilité de réaliser un nettoyage mécanique efficace de cet échangeur et que l'on doit alors se contenter de nettoyage de type chimique, ce qui est souvent insuffisant pour certaines applications. Or ces échangeurs, de par leur constitution, nécessitent pour un bon entretien efficace que l'on puisse accéder non seulement aux enroulements eux-mêmes mais également à leur espace interspires. Or celui-ci est des plus réduits ce qui rend encore plus problématique leur nettoyage des échangeurs. Cependant, nombre d'applications qui seraient ouvertes à ce type d'échangeurs, telles que des utilisations dans le domaine de l'alimentaire, du médical, de la pharmacie, de la chimie fine, ou de électronique notamment, impliquent des nettoyages périodiques d'une grande efficacité. La présente invention a pour but de proposer des moyens permettant à un utilisateur de réaliser un tel nettoyage, et ceci de façon simple et rapide. La présente invention a ainsi pour objet un échangeur de chaleur comprenant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide, ou faisceau, étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois et le second circuit étant constitué par un volume contenant le faisceau, chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide, caractérisé en ce que ledit volume est constitué d'une enveloppe tubulaire indépendante du premier circuit qui est pourvue de moyens d'accès au faisceau de façon à permettre l'extraction de celui-ci hors de l'enveloppe. L'enveloppe tubulaire pourra comporter deux fonds, dont 30 l'un au moins pourra être amovible, et qui sont respectivement traversés par les moyens d'entrée et de sortie du fluide, et des moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les fonds et les moyens d'entrée et de sortie du fluide du faisceau. Ces moyens d'entrée et de sortie pourront être respectivement constitués de deux tubes longitudinaux et les moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les tubes et les fonds pourront être constitués de joints toriques ou d'un presse-étoupe. Afin d'éviter de soumettre le faisceau à une pression trop forte ayant pour conséquences de déformer le métal constituant l'enroulement au delà de sa limite élastique on disposera autour du faisceau un limiteur dont le diamètre interne sera égal au diamètre maximal que l'on souhaite ne pas dépasser. Ce limiteur pourra être constitué d'une bague ou d'un fourreau. La présente invention a également pour objet un procédé d'intervention, tel que par exemple un nettoyage, sur un faisceau d'un échangeur de type spiralé comportant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide, ou faisceau, étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois, ou faisceau, et le second circuit étant constitué par un volume délimité par une enveloppe contenant le faisceau, chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - soumettre, avant son retrait, le faisceau à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, de façon à le faire. se contracter, une fois le faisceau extrait de son enveloppe interrompre la dépression, - procéder à l'intervention sur le faisceau, - soumettre de nouveau le faisceau à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, afin de le faire se contracter avant sa mise en place dans l'enveloppe, - remettre le faisceau à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été remis en place 10 dans son enveloppe. Le procédé pourra comporter une étape préliminaire consistant à déconnecter le faisceau de son circuit. On pourra également suivant l'invention favoriser l'opération d'intervention en soumettant le faisceau, une fois celui-ci extrait de son enveloppe, et avant l'intervention, à une surpression et/ou à un échauffement relatif par rapport à l'enveloppe, qui aura pour effet d'écarter les spires de l'enroulement les unes des autres. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un échangeur suivant l'invention. La figure 2 est une vue en perspective d'un faisceau 25 constituant l'échangeur représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective de l'enveloppe renfermant le faisceau représenté sur la figure 2. Les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'un faisceau d'un échangeur suivant "l'invention respectivement équipé d'un manchon et de bagues de limitation de son diamètre extérieur. On a représenté sur les figures 1 à 3 un échangeur suivant l'invention qui est essentiellement constitué d'une enveloppe 1 qui est destinée à recevoir un faisceau 3. Le faisceau 3 est constitué d'un enroulement spiralé de deux feuilles de tôle 5 qui sont écartées l'une de l'autre et soudées afin de prévoir entre elles un circuit de fluide. L'écartement de ces deux feuilles de tôle 5 est assuré par une série de "picots" 7 qui sont créés et répartis sur la surface de la tôle avant le pliage de celle-ci. Ces picots 7, une fois l'enroulement effectué, assurent également un écartement régulier et contrôlé entre les spires. L'espace compris entre les deux feuilles de tôle pliées comporte un conduit d'alimentation 9 et un conduit d'évacuation 11. L'enveloppe 1 est constituée d'un tube cylindrique 13 dont le diamètre interne correspond au diamètre externe du faisceau 3, de façon à pouvoir recevoir celui-ci. L'enveloppe 1, ainsi que représenté sur la figure 3, possède un conduit d'alimentation 15 en fluide et un conduit d'évacuation 17. Le tube 13 est fermé d'une part par un fond 19 qui est fixe et qui est traversé par le conduit d'évacuation 11 du faisceau 3 avec interposition d'un joint torique d'étanchéité 23 et d'autre part, à son autre extrémité, par un fond 25 amovible et qui, à cet effet, est maintenu par trois brides de serrage 27 qui prennent appui sur une collerette 29 du tube 13. Un joint torique 31 assure l'étanchéité entre le couvercle 25 et le conduit d'alimentation 9 du faisceau 3. Ainsi, par un simple démontage du fond amovible 25 on a un accès au faisceau 3, après avoir soit déconnecté celui-ci des tuyaux d'alimentation reliés à ses conduites 9 et 11, soit en disposant d'une sortie 11 de longueur suffisante. On sait que ce type d'échangeurs nécessite un jeu minimal entre le faisceau 3 et la face interne du tube dans lequel il est disposé. Or dans certains échangeurs notamment en acier inoxydable qui sont destinés à des applications qui requièrent une attention particulière, notamment dans le domaine de la pharmacie ou dans le domaine alimentaire, il est nécessaire que le faisceau puisse être retiré de son enveloppe sans, au cours de cette opération, former des rayures sur la paroi interne du tube, de telles rayures constituant notamment des lieux de nidations pour les bactéries. Pour résoudre cette difficulté on fait en sorte que le faisceau 3 soit déformable au niveau de son diamètre sous l'effet d'une contrainte. Pour rendre ainsi le faisceau déformable on jouera sur l'épaisseur et la nature de l'acier utilisé. Sur un échangeur assemblé que l'on souhaite démonter on provoquera la rétraction du faisceau 3 en reliant l'une des entrées 9 ou 11 de celui-ci à une pompe à vide, après avoir obturé l'autre entrée, afin de créer un vide partiel. On pourra alors démonter le faisceau sans risquer de rayer la face interne de l'enveloppe 1. Une fois le faisceau 3 démonté on supprimera le vide de façon qu'il se dilate et reprenne son diamètre naturel initial, puis on procédera à l'intervention (notamment à un nettoyage mécanique) sur celui-ci. L'intervention pourra être rendue plus facile et plus efficace si l'on dilate le faisceau 3 au delà de son diamètre nominal en lui appliquant cette fois ci une surpression. On prendra soin au cours de cette opération de ne pas le déformer au delà de la limite élastique du matériau utilisé, afin qu'il puisse reprendre son diamètre nominal dès la fin du nettoyage et de l'interruption de la surpression. Afin de limiter la déformation à une valeur maximale contrôlée du faisceau 3 on pourra, ainsi que représenté sur la figure 4, entourer celui-ci, avant d'appliquer la surpression, d'une bague ou d'un manchon 20 dont le diamètre interne est égal au diamètre maximal possible que peut prendre le faisceau 3 sans subir de déformation au delà de sa limite élastique. On peut également faire appel à des bagues 20, ainsi que représenté sur a figure 5. Une fois l'intervention sur le faisceau terminé on fait de nouveau le vide dans celui-ci de façon à pouvoir le mettre en place facilement dans l'enveloppe 1, puis on déconnecte la pompe à vide de façon que le faisceau reprenne ses dimensions et forme nominales. On peut également suivant l'invention faire appel à une variation relative de température pour faire se contracter ou se dilater le faisceau. Ainsi, avant le démontage du faisceau de son enveloppe, on pourra faire circuler dans le faisceau un liquide fortement refroidi, notamment voisin de 0 C, afin de le faire se contracter, et on pourra, dans le même temps, soumettre l'enveloppe à une température supérieure à la température amiante afin de la faire se dilater. Bien entendu, suivant l'invention on pourra faire agir de façon simultanée sur le faisceau soit la dépression et le 5 refroidissement, soit la surpression et le chauffage. 9 REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur comprenant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide, ou faisceau (3), étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois et le second circuit étant constitué par un volume contenant le faisceau (3), chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide, caractérisé en ce que ledit volume est constitué d'une enveloppe tubulaire (1) indépendante du premier circuit qui est pourvue de moyens d'accès (25) au faisceau (3) de façon à permettre l'extraction de celui-ci hors de l'enveloppe (1). 2.- Echangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (1) comporte deux fonds (19,25) dont l'un au moins est amovible et qui sont respectivement traversés par les moyens d'entrée (9) et de sortie (11) du fluide, et des moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les fonds et les moyens d'entrée et de sortie du fluide du faisceau (3). 3.- Echangeur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens d'entrée et de sortie du fluide du faisceau (3) sont respectivement constitués de deux tubes longitudinaux (9,11) et les moyens aptes à assurer l'étanchéité entre les tubes et le fonds sont constitués de joints toriques (23,31 ou d'un presse-étoupe. 4.- Dispositif limiteur du diamètre externe d'un faisceau (3) d'un échangeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un élément calibré (20) dont le diamètre interne est égal au diamètre externe maximal que l'on souhaite admissible et qui est destiné à être disposé autour de celui-ci après qu'il ait été sorti de l'enveloppe (1) afin d'en contrôler le diamètre lorsqu'on le soumet à une surpression et/ou une élévation contrôlée de température. 5.- Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le susdit élément est constitué d'une bague ou d'un fourreau (20). 6.- Procédé d'intervention, tel que notamment un nettoyage, sur un faisceau d'un échangeur de chaleur de type spiralé comportant deux circuits de fluides isolés l'un de l'autre en contact d'échange thermique intime, un premier circuit de fluide étant constitué par un enroulement spiralé de deux parois, ou faisceau, et le second circuit étant constitué par un volume délimité par une enveloppe contenant le faisceau, chaque circuit comportant ses propres moyens d'entrée et de sortie de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - soumettre, avant son retrait, le faisceau à une 20 dépression, et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, de façon à le faire se contracter, - remettre le faisceau à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été extrait de son enveloppe afin de lui faire recouvrer ses dimensions initiales, - procéder à l'intervention sur le faisceau, - soumettre de nouveau le faisceau à une dépression et/ou à un refroidissement relatif par rapport à son enveloppe, afin de le faire se contracter avant sa mise en place dans l'enveloppe, - remettre le faisceau à la pression et/ou à la température ambiante une fois qu'il a été remis en place dans son enveloppe. 7.- Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en 5 ce qu'il comporte une étape préliminaire consistant à déconnecter le faisceau de son circuit. 8.- Procédé suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comporte une étape intermédiaire consistant, avant l'étape d'intervention sur, à soumettre le faisceau à une surpression et/ou à une augmentation de température par rapport à la température ambiante, de façon à le faire se dilater. 9.- Procédé suivant la revendication 8 caractérisé en ce que, avant l'application au faisceau (3) de ladite surpression et/ou de ladite augmentation de température, on dispose autour de celui-ci un dispositif limiteur de son diamètre suivant l'une des revendications 4 ou 5.