Brevet FR2968390A1 — publié le 20120608

La présente invention se rapporte à un procédé de nettoyage d'un échangeur de chaleur à circulation en U. Elle concerne un procédé pour le nettoyage d'un échangeur de refroidissement de fluide contenant des substances pouvant se déposer sur les parois de l'échangeur. Cette invention est dirigée plus particulièrement mais non exclusivement sur un procédé de nettoyage d'un échangeur de refroidissement des gaz d'échappement recirculés d'un moteur à combustion interne, dénommé plus communément échangeur EGR (Exhaust Gas Recirculation), qui fait partie d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement. Un tel échangeur est généralement constitué d'un premier faisceau de tubes dans lequel circulent les gaz d'échappement recirculés à refroidir et un deuxième faisceau de tubes dans lequel circule un fluide de refroidissement, tel que de l'eau de refroidissement du moteur ou de l'air extérieur à température ambiante. Les deux faisceaux sont imbriqués à étanchéité l'un dans l'autre de manière à ce que les gaz d'échappement circulant dans les tubes de circulation des gaz d'échappement soient refroidis par échange thermique avec le fluide de refroidissement circulant dans les tubes de circulation de fluide de refroidissement. Un de ces types d'échangeur consiste à placer un tube de circulation des gaz d'échappement entre deux tubes de circulation de fluide de refroidissement et l'échange thermique se réalise au travers des parois de tubes. Dans un autre de ces types d'échangeur, le tube de circulation de fluide 30 de refroidissement est placé à l'intérieur du tube de circulation des gaz d'échappement. Dans ce type d'échangeur, les gaz d'échappement balayent la paroi externe du tube de circulation de fluide de refroidissement en se refroidissant par échange thermique avec celui-ci. Généralement, cet échangeur de chaleur comprend une première boîte collectrice avec une face ouverte placée à étanchéité sur une extrémité du faisceau de tubes de circulation des gaz d'échappement et au moins une séparation du faisceau de tubes de circulation des gaz d'échappement ainsi que du faisceau de tubes de circulation des gaz d'échappement en au moins deux sous faisceaux. La première boîte collectrice comprend au moins une paroi séparatrice pour partager cette boîte collectrice en au moins deux chambres. L'échangeur comprend également une deuxième boîte collectrice de renvoi avec une face ouverte placée, également à étanchéité, sur l'autre extrémité du faisceau de tubes. En fonctionnement, les gaz d'échappement, provenant généralement du collecteur d'échappement du moteur, sont introduits dans l'une des chambres de la première boîte collectrice. Ces gaz circulent dans le sous faisceau de tubes en relation avec cette chambre en se refroidissant par échange thermique avec le sous faisceau de tubes de circulation de fluide de refroidissement. Les gaz d'échappement refroidis sortent de l'autre extrémité du faisceau pour aboutir dans la deuxième boîte collectrice. A partir de cette deuxième boîte, les gaz circulent, en un sens inverse, dans l'autre sous faisceau, pour aboutir dans l'autre des chambres de la première boîte collectrice. Les gaz refroidis sortent ensuite de cette chambre pour être admis dans la chambre de combustion du moteur au travers du circuit de recirculation des gaz d'échappement. Ainsi, les gaz d'échappement suivent une circulation en U, ce qui a pour avantage d'obtenir une grande capacité d'échange avec une taille réduite de l'échangeur de chaleur. Un tel échangeur, bien que donnant satisfaction présente néanmoins des inconvénients non négligeables. En effet, les gaz d'échappement chauds contiennent des résidus susceptibles de se condenser, comme des particules de suie ou des hydrocarbures qui viennent en contact avec les parois des tubes et se déposent sur les parois de ceux-ci. Dans la suite de la description et pour des raisons de simplification, on désigne par "particules" l'ensemble des éléments constitutifs de l'encrassement. Il en résulte un encrassement des tubes qui a pour conséquence de réduire la capacité d'échange avec le fluide de refroidissement, ce qui provoque alors une dégradation des performances de cet échangeur, voire même d'aboutir au colmatage partiel ou total de l'échangeur. De plus, pour ce type d'échangeur, il se produit une accumulation de particules dans la deuxième boîte collectrice, accumulation qui est la conséquence du changement de sens de circulation des gaz dans cette boîte. Il est donc nécessaire, d'une part, de pouvoir contrôler l'état de l'encrassement des tubes ainsi que l'importance de cette accumulation de particules et, d'autre part, d'assurer leur nettoyage par tous moyens appropriés. Cependant, compte tenu de la configuration en U de l'échangeur de chaleur, il est quasiment impossible d'examiner l'état des parois des tubes et/ou l'accumulation des particules sans un appareillage de visualisation complexe et coûteux. Les opérations de nettoyage de cet échangeur se font donc de manière aléatoire ou systématique sans tenir compte de l'état réel d'encrassement des tubes. Lors de ces opérations de nettoyage, les particules de suie, qui sont détachées des parois des tubes du premier sous faisceau, arrivent dans la30 deuxième boîte collectrice. Compte tenu du changement de sens de la circulation du fluide de nettoyage dans l'autre sous faisceau et de l'énergie cinétique emmagasinée par ces particules, ces dernières se déposent au fond de cette boîte sans être entrainées vers l'autre sous faisceau. De ce fait, à la fin de cette opération de nettoyage, une quantité non négligeable de particules est présente et reste piégée dans la deuxième boîte collectrice, ce qui a pour conséquence que le nettoyage ne peut être réalisé avec l'efficacité souhaitée. La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus grâce à un procédé simple et économique permettant de nettoyer quasi totalement l'échangeur de chaleur tout en ayant la possibilité d'examiner l'état des tubes. 15 A cet effet, la présente invention concerne un procédé de nettoyage d'un échangeur de chaleur à circulation en U du fluide à refroidir, ledit échangeur comportant une boîte collectrice avec une admission du fluide à refroidir et une sortie de fluide refroidi, un faisceau de tubes de circulation de fluide à refroidir 20 partagé en deux sous faisceaux, et une boîte de renvoi pour diriger le fluide sortant de l'un des sous faisceaux vers l'autre des sous faisceaux, caractérisé en ce qu'il consiste : - à introduire un produit nettoyant sous pression dans la boîte collectrice de renvoi, 25 - à balayer les parois des tubes par le produit nettoyant dans un même sens de circulation pour les deux sous faisceaux, - à évacuer le produit nettoyant encrassé par l'entrée et la sortie de la boîte collectrice. 30 Le procédé peut consister, après le nettoyage de l'échangeur : - à introduire un produit de rinçage sous pression dans la boîte collectrice de renvoi, 10 - à balayer les parois des tubes par le produit de rinçage dans un même sens de circulation pour les deux sous faisceaux, - à évacuer le produit de rinçage encrassé par l'entrée et la sortie de la boîte collectrice. Le procédé peut consister à introduire le produit au travers d'une ouverture de l'une des parois de la boîte de renvoi. Le procédé peut consister à fermer l'ouverture par un moyen d'obturation. Le procédé peut consister à admettre le produit encrassé dans un bac. Le procédé peut consister à admettre le produit nettoyant encrassé dans le bac pour assurer la séparation des solides contenus dans le produit 15 nettoyant. L'invention concerne également un appareil de nettoyage d'un échangeur de chaleur qui comprend un bac de réception d'un produit, une tubulure d'aspiration de produit, une pompe de circulation de produit, une tubulure 20 d'alimentation de l'échangeur en produit. Le produit peut être un produit nettoyant ou un produit de rinçage. Un filtre peut être placé en regard de la tubulure d'aspiration. L'appareil de nettoyage peut comprendre une semelle de réception de l'échangeur à nettoyer. La semelle de réception peut être placée au dessus du bac de produit. L'appareil de nettoyage peut comprendre un adaptateur pour assurer la liaison entre la tubulure d'alimentation et l'échangeur. 10 25 30 L'invention se rapporte aussi à un échangeur de chaleur utilisé pour le procédé de nettoyage mentionné ci-dessus dans lequel cet échangeur comportant une boîte collectrice avec une admission du fluide à refroidir et une sortie de fluide refroidi, un faisceau de tubes de circulation de fluide à refroidir partagé en deux sous faisceaux, et une boîte de renvoi, caractérisé en ce que la boîte de renvoi comprend une ouverture et un moyen d'obturation amovible de ladite ouverture. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est un schéma montrant l'échangeur de chaleur à circulation en U et - la figure 2 qui illustre l'appareil pour procéder au nettoyage selon l'invention de l'échangeur de la figure 1. Sur la figure 1, l'échangeur de chaleur 10 fait partie d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement 12 d'un moteur à combustion interne dont 20 seule est illustrée la pièce de raccordement 14 à cet échangeur. Cet échangeur, dénommé plus communément échangeur EGR (Exhaust Gas Recirculation), permet de refroidir un fluide gazeux constitué par des gaz d'échappement provenant de l'échappement d'un moteur à combustion interne 25 (non représenté) avant de les réintroduire dans ce moteur. Dans l'exemple illustré, l'échangeur de refroidissement est un échangeur avec une circulation en U des gaz d'échappement. 30 Cet échangeur comprend un premier faisceau 16 de tubes 18, dits tubes de gaz, dans lesquels circulent les gaz d'échappement recirculés à refroidir. La première extrémité 20 de ce faisceau est reliée, de manière étanche, à la face ouverte d'une première boîte collectrice 22, dite boîte collectrice d'entrée et de sortie de gaz. Cette boîte est munie d'une paroi séparatrice 24 issue de la paroi de sommet 26 et aboutissant sur la première extrémité 20 de ce faisceau pour diviser cette boîte en deux chambres étanches 28 et 30. Chaque chambre est pourvue d'un orifice 32 et 34 dont le rôle sera mieux explicité dans la suite de la description. La deuxième extrémité 36 de ce faisceau est reliée, également de manière étanche, à la face ouverte d'une deuxième boîte collectrice 38, qui sera dénommée dans la suite de la description boîte de renvoi. La paroi de sommet 40 de cette boîte de renvoi, qui est en regard de la face ouverte, porte une ouverture sous la forme d'une fenêtre 42 qui est fermée par un moyen amovible 44, tel qu'un bouchon qui est maintenu sur cette paroi par tous moyens connus, comme par vissage, emboîtement,... Cet échangeur comprend également un deuxième faisceau 46 de tubes 48 dans lesquels circule un fluide de refroidissement, ici le liquide de refroidissement du moteur. Ces tubes sont baptisés, pour des raisons de simplification de la description, en tant que tubes de refroidissement. Une des extrémités des tubes de refroidissement est reliée à un collecteur d'admission 50 pour l'introduction du fluide de refroidissement alors que l'autre des extrémités est reliée à un collecteur d'évacuation 52 de ce fluide ayant parcouru les tubes 48. De manière préférentielle, chaque tube de refroidissement 48 est placé à l'intérieur d'un tube de circulation de gaz 18 de manière à ce que la paroi externe des tubes de refroidissement soit balayée par les gaz d'échappement pour refroidir ces gaz par échange thermique. Cet échangeur comprend ainsi une cloison longitudinale virtuelle 54 qui découle de la présence de la paroi séparatrice 24 de la boîte collectrice 22 et qui sépare le faisceau 16 de tubes de circulation des gaz en deux sous faisceaux de tubes 56 et 58 ainsi que le faisceau 46 de tubes de refroidissement en deux sous faisceaux 60 et 62. L'échangeur ainsi formé est monté fixement sur la pièce de raccordement 14 du circuit 12. Cette pièce de raccordement comporte un canal d'entrée 64 de gaz d'échappement chauds pour amener ces gaz à cet échangeur et un canal de sortie 66 de gaz d'échappement refroidis provenant du même échangeur. Pour le montage sur cette pièce, l'échangeur est placé sur celle-ci de manière à ce que les orifices d'admission 32 et de sortie 34 soient en correspondance respectivement avec les canaux d'entrée 64 et de sortie 66. Cet échangeur est ensuite fixé sur cette pièce par tous moyens connus, comme par vissage au travers de pattes 68 issues de la boîte collectrice 22. En fonctionnement, le faisceau de tubes de refroidissement 48 est alimenté en fluide de refroidissement entre le collecteur d'admission 50 (Flèche E) et le collecteur d'évacuation 52 (Flèche S). Les gaz d'échappement sont introduits dans la chambre 28 de la boîte collectrice 22 au travers du canal 64 et de l'orifice d'admission 32. Ces gaz circulent dans le sous faisceau 56 de tubes de gaz 18 en se refroidissant par échange thermique avec le sous faisceau 60 de tubes de refroidissement 48. Ces gaz d'échappement sortent de l'autre extrémité du faisceau en étant partiellement refroidis pour aboutir dans la boîte de renvoi 38. Ils circulent ensuite dans l'autre sous faisceau 58 de tubes de gaz, en un sens inverse de celui du sous faisceau 56, pour aboutir dans la chambre de sortie 30 de la boîte collectrice 22 d'où ils sont évacués, à l'état refroidis, vers le circuit de recirculation de gaz d'échappement au travers du canal de sortie 66. Durant ce cheminement en sens inverse des gaz dans les sous faisceau 58, ces derniers parachèvent leur refroidissement par échange thermique avec le sous faisceau 62 de tubes de refroidissement. Comme mentionné plus haut, il se produit, d'une part, un encrassement de la paroi interne des tubes de gaz 18 et de la paroi externe des tubes de refroidissement 48 lors de circulation des gaz et, d'autre part, un encrassement 70 dans la boîte de renvoi 38. Ces encrassements résultant notamment de l'accumulation de suies et de la condensation d'hydrocarbures. Par souci de simplification de la description, on désigne par "dépôt de particules" les différentes formes que revêt cet encrassement. Pour pouvoir apprécier, au moins visuellement, l'état d'encrassement des tubes et l'importance du dépôt de particules 70, le bouchon 44 est ôté de la boîte 38 de manière à ce que l'on puisse avoir accès à l'intérieur de cette boîte ainsi qu'aux tubes. Si l'état d'encrassement et/ou le dépôt de particules est jugé comme ayant atteints leurs limites, l'échangeur doit subir alors une opération de nettoyage qui consiste en un cycle de nettoyage proprement dit suivi d'un cycle de rinçage. Pour cela, l'échangeur 10, dépourvu de son bouchon 44, est placé dans un appareil de nettoyage 72 permettant d'enlever les particules de suie des tubes 18 et 48 et de la boîte de renvoi 38. Plus particulièrement, l'échangeur est fixé sur une semelle 74 au travers de vissage des pattes 68 issues de la paroi de sommet 26 de la boîte collectrice d'entrée et de sortie de gaz 22. Cette semelle comprend deux alésages 76 tels qu'ils sont en correspondance avec les orifices d'admission 32 et de sortie 34 de cette boîte. Cette semelle recouvre la face ouverte d'un bac 78 contenant d'abord un produit nettoyant 80, ici un produit contenant notamment du silicate de sodium et du 2-butoxyethanol et qui est commercialisé sous la dénomination "Nettoyant industriel Branson" en étant dilué à 100/0 dans de l'eau. Cet appareil comprend également un circuit de circulation 82 de produit nettoyant qui comprend une pompe de circulation 84, une tubulure d'aspiration de produit nettoyant 86 reliant l'intérieur du bac à cette pompe, et une tubulure d'alimentation 88 reliant la pompe 84 à l'échangeur 10 au travers d'un adaptateur 90. Plus précisément, l'adaptateur 90 est placé de manière étanche dans la fenêtre 42 en lieu et place du bouchon de la boîte de renvoi 38. Sans sortir du cadre de l'invention, il peut être envisagé de placer un filtre 92 (en trait pointillé sur la figure 2) en regard de l'embouchure de la tubulure d'aspiration 86 de manière à éviter que des corps indésirables, comme les particules, ne soient réaspirés par cette tubulure. Bien entendu, l'homme de métier évaluera aussi la distance nécessaire entre le fond du bac et l'extrémité de la tubulure d'aspiration 86 plongeant dans le produit nettoyant du bac pour éviter que les particules présentes au fond de ce bac ne soient réaspirées. 10 Après avoir mis en place l'échangeur sur la semelle et raccordé l'adaptateur 90 de la tubulure d'alimentation à la fenêtre 42 de la boîte de renvoi, la pompe 84 est actionnée. Le produit nettoyant est aspiré du bac 78 par la tubulure 86 puis circule, 15 en étant sous pression, dans la tubulure d'alimentation 88 pour aboutir dans la boîte de renvoi 38 au travers de la fenêtre 42. A partir de cette boîte, le flux de produit nettoyant (Flèches A) circule dans chacun des sous faisceaux 56 et 58 des tubes de gaz 18 dans le même sens en allant de la boîte de renvoi 38 vers les chambres 28 et 30 de la boîte 20 collectrice 22. Lors de cette circulation, le produit nettoyant entraîne avec lui les particules présentes dans la boîte de renvoi et décolle les particules de suie qui ont adhéré sur les parois des tubes de gaz 18 et de refroidissement 48. Le flux de produit nettoyant encrassé par les particules est ensuite évacué hors des chambres au travers des orifices 32, 34 et des alésages 76 pour aboutir dans le 25 bac 78. Dans ce bac, les particules se séparent du produit nettoyant par gravité et se déposent au fond de celui-ci (particules P). Ce cycle de nettoyage est alors reproduit autant de fois que nécessaire et plus particulièrement jusqu'à ce que l'on constate que le produit nettoyant 30 sortant de la boîte collectrice 22 ne comporte plus de particules.5 Après le nettoyage de cet échangeur, la pompe est arrêtée et l'échangeur se vide par gravité du produit nettoyant qu'il contient vers le bac 78. Après que le produit nettoyant ait été totalement évacué, alors que l'échangeur reste en place, soit le bac 78 est vidé de son produit nettoyant et des particules qu'il contient pour être remplacé par un produit de rinçage, comme de l'eau, soit le bac 78 est remplacé par un autre bac contenant de l'eau de rinçage. Suite à cela, la pompe 84 est mise en fonctionnement pour assurer le rinçage de l'échangeur selon le même cycle que celui du nettoyage avec l'introduction du produit de rinçage sous pression dans la boîte collectrice de renvoi, le balayage des parois des tubes 18 par le produit de rinçage dans un même sens de circulation pour les deux sous faisceaux, et l'évacuation du produit de rinçage encrassé par l'entrée 32 et la sortie 34 de la boîte collectrice 22 et les alésages 76 pour aboutir dans le bac 78. Après ce rinçage, l'adaptateur 90 est enlevé de la boîte de renvoi 22 en libérant la fenêtre 42. Cette fenêtre est ensuite obturée par la mise en place du bouchon 44, puis l'échangeur est démonté de la semelle 74. Après ce démontage, cet échangeur peut être stocké pour un usage ultérieur ou bien être remonté sur la pièce de raccordement 14. REVENDICATIONS1) Procédé de nettoyage d'un échangeur de chaleur (10) à circulation en U du fluide à refroidir, ledit échangeur comportant une boîte collectrice (22) avec une admission (32) du fluide à refroidir et une sortie (34) de fluide refroidi, un faisceau (16) de tubes de circulation (18) de fluide à refroidir partagé en deux sous faisceaux (56, 58), et une boîte de renvoi (38) pour diriger le fluide sortant de l'un (56) des sous faisceaux vers l'autre (58) des sous faisceaux, caractérisé en ce qu'il consiste : - à introduire un produit nettoyant (80) sous pression dans la boîte collectrice de renvoi (38), - à balayer les parois des tubes (18) par le produit nettoyant dans un même sens de circulation pour les deux sous faisceaux, - à évacuer le produit nettoyant encrassé par l'entrée (32) et la sortie (34) de la boîte collectrice (22). 2) Procédé de nettoyage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, après le nettoyage de l'échangeur : - à introduire un produit de rinçage sous pression dans la boîte collectrice de renvoi (38), - à balayer les parois des tubes (18) par le produit de rinçage dans un même sens de circulation pour les deux sous faisceaux, - à évacuer le produit de rinçage encrassé par l'entrée (32) et la sortie (34) de la boîte collectrice (22). 3) Procédé de nettoyage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le produit au travers d'une ouverture (42) de l'une des parois (40) de la boîte de renvoi (38). 4) Procédé de nettoyage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à fermer l'ouverture (42) par un moyen d'obturation (44). 5) Procédé de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à admettre le produit encrassé dans un bac (78). 6) Procédé de nettoyage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à admettre le produit nettoyant encrassé dans le bac (78) pour assurer la séparation des solides contenus dans le produit nettoyant. 7) Appareil de nettoyage d'un échangeur de chaleur selon le procédé de l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un bac (78) de produit (80), une tubulure d'aspiration (86) de produit, une pompe de circulation (84) de produit, une tubulure d'alimentation (88) de l'échangeur en produit. 8) Appareil de nettoyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le produit est un produit nettoyant. 9) Appareil de nettoyage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le produit est un produit de rinçage. 10) Appareil de nettoyage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'un filtre (92) est placé en regard de la tubulure d'aspiration (86). 11) Appareil de nettoyage selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle de réception (74) de l'échangeur 25 à nettoyer. 12) Appareil de nettoyage selon la revendication 11, caractérisé en ce que la semelle de réception (74) est placée au dessus du bac (78) de produit. 30 13) Appareil de nettoyage selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un adaptateur (90) pour assurer la liaison entre la tubulure d'alimentation (88) et l'échangeur (10). 14) Echangeur de chaleur utilisé pour le procédé de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 6, ledit échangeur comportant une boîte collectrice (22) avec une admission (32) du fluide à refroidir et une sortie (34) de fluide refroidi, un faisceau (16) de tubes de circulation (18) de fluide à refroidir partagé en deux sous faisceaux (56, 58), et une boîte de renvoi (38), caractérisé en ce que la boîte de renvoi (40) comprend une ouverture (42) et un moyen d'obturation amovible (44) de ladite ouverture.