BE1026824B1 - Corps d’échange thermique - Google Patents

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BE1026824B1 BE20180146A BE201800146A BE1026824B1 BE 1026824 B1 BE1026824 B1 BE 1026824B1 BE 20180146 A BE20180146 A BE 20180146A BE 201800146 A BE201800146 A BE 201800146A BE 1026824 B1 BE1026824 B1 BE 1026824B1
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Abstract

Le corps d'échange thermique comporte un élément de deux feuilles enroulé en spirale, les feuilles présentant des zones lisses en bordure, des écarteurs (E1,E2,E3) s'étendant entre les feuilles ou entre les spires pour former des zones de passage pour le premier fluide (FB) ou le deuxième fluide (FA) ou pour former des zones de non passage.

Description

Corps d’échange thermique
La présente invention a pour objet un corps d’échange thermique entre un premier fluide (FB) avantageusement gazeux et un deuxième fluide (FA) avantageusement liquide ou gazeux.
Le corps d’échange thermique selon l’invention est un perfectionnement du corps d’échange décrit dans le document WO2013/142924 (correspondant à
US2015/0090431) ou encore un perfectionnement de l’échangeur décrit dans les brevets US6263961 et US6289978. Le contenu de ces documents est incorporé dans la présente description par référence.
Le corps d’échange selon ce document WO2013/142924 est un corps d’échange thermique entre un premier fluide (FB) et un deuxième fluide (FA), ledit corps étant adapté pour être placé dans un conduit ou une chambre (2) pour guider l’écoulement du premier fluide (FB) dans ou vers le corps d’échange (1), ce corps d’échange (1) comprenant:
- un élément (3) adapté pour être situé au moins partiellement dans ledit conduit ou chambre (2), ledit élément (3) étant constitué de deux feuilles (30,31) réalisées en une matière conductrice de la chaleur, lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux (30A,30B,31A,31B) pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs (32) pour ledit deuxième fluide (FA), ledit élément (3) étant enroulé pour former une structure sensiblement en spirale s'étendant dans ledit conduit ou chambre (2) de manière a définir dans le conduit ou chambre (2) entre les faces de spirales adjacentes de l’élément (3) un ou des canaux (36) pour le premier fluide (FB),
- au moins deux distributeurs sensiblement radiaux (4) pour amener ledit deuxième fluide (FA) dans l'élément (3) au voisinage d'un premier bord longitudinal ( 3 0A,31 A) au niveau des différentes spires, et au moins deux collecteurs sensiblement radiaux (5) pour collecter ledit deuxième fluide (FA) après son
BE2018/0146 passage dans ledit élément (3), lesdits collecteurs (5) étant adaptés pour collecter ledit deuxième fluide (FA) au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B,31B) au niveau des différentes spires, dans lequel la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) formant l'élément (3) présentent dans une zone centrale des déformations formant respectivement une première série de canaux (33) et une deuxième série de canaux (34), le bord (33A) des canaux (33) de la première série de la première feuille (30) tournée vers la deuxième feuille (31) contactant le bord (34A) de ou des canaux (34) de la deuxième série de la deuxième feuille (31) obligeant ledit deuxième fluide (FA) à parcourir un trajet entre au moins un des distributeurs (4) et au moins un des collecteurs (5), ledit trajet étant formé à la fois par des canaux (33) de la première série et des canaux (34) de la deuxième série, dans lequel la structure sensiblement en spirale présente un axe central, et dans lequel dans chaque plan radial (PR) passant par ledit axe central (AC), les canaux de la première série (33) d’une spire forment des sections de passage s’étendant entre une première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC) et une deuxième distance radiale (R2) à partir de l’axe central (AC) qui est plus grande que la première distance radiale, tandis que les canaux de la deuxième série (34) de la spire considérée forment des sections de passage s’étendant entre une troisième distance radiale (R3) à partir de l’axe central (AC) et une quatrième distance radiale (R4) égale ou inférieure à ladite première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC), mais qui est supérieure à la troisième distance radiale (R3).
Bien que ce corps d’échange présente de nombreux avantages quant à la récupération d’énergie contenue dans les fumées, la pratique a montré que de tels corps d’échange présentaient un ou plusieurs des problèmes potentiels suivants : • la création de grandes pertes de pression pour le fluide FA s’écoulant dans l’espace défini entre les feuilles formant l’élément en spirale. Ces pertes de charge ne permettent pas d’assurer un écoulement totalement homogène du deuxième fluide FA dans l’élément 3. Le fluide FA entre dans l’élément 3 via un distributeur présentant des fentes dans lesquelles sont introduites des parties ouvertes d’extrémité longitudinale de l’élément en spirale. Il en est de même
BE2018/0146 pour le collecteur. Ces pertes de charge importantes obligent de créer une surpression suffisante au niveau du distributeur, ce qui oblige d’utiliser des distributeurs robustes.
• Les extrémités longitudinales des feuilles sont soudées l’une à l’autre après aplatissement, réduisant alors encore la section de passage du deuxième fluide (FA) dans l’espace intérieur de l’élément en spirale. De plus, de tels aplatissements créent des zones de tension ou des zones favorisant le dépôt de calcaire, etc.
• L’enroulement des feuilles en spirale crée des tensions en particulier le long des bords longitudinaux, conduisant à une réduction de la résistance à la fatigue.
• Problème lié à des tensions générées lors de l’apparition de points chauds, ce qui est particulièrement le cas lors d’un encrassement dans le volume intérieur de l’élément 3.
• Problème d’étanchéité au niveau des extrémités longitudinales.
• Problème au niveau des passages permettant le passage du gaz chaud dans l’espace libre hors de l’élément (3) en spirale.
• Difficultés de positionnement et de montage des éléments collecteurs ou distributeurs de liquide sur un corps d’échange en spirale.
• Construction difficile pour assurer une bonne étanchéité.
L’invention a pour objet un corps d’échange qui permet de solutionner au moins partiellement un ou plusieurs des problèmes potentiels listés ci-avant.
Le corps d’échange selon l’invention est un corps d’échange du type décrit ciavant, qui présente en outre les caractéristiques suivantes:
* la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) présentent chacune le long de chacun de leurs bords longitudinaux (30A,31A,30B,31B) une zone lisse (Z1,Z2,Z3,Z4) ne présentant pas de déformations formant des canaux prolongeant chacun un ou des canaux (33,34) de la première ou deuxième série respectivement de la première feuille et de la deuxième feuille,
BE2018/0146 * chacune des zones lisses (Z1,Z2,Z3,Z4) de la première ou deuxième feuille (30,31) définit dans un plan radial (PR) pour une spire donnée une droite (Dl, D2,D3,D4) paralèlle à l’axe central (AC) s’étendant respectivement entre la première distance radiale (RI) et la deuxième distance radiale (R2) pour les sections des canaux (33) de la première feuille (30) dans ledit plan radial considéré (PR), et entre la troisième distance radiale (R3) et la quatrième distance radiale (R4) pour les sections de canaux (34) de la deuxième feuille (31) dans ledit plan radial considéré, * au voisinage d’un premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et d’un premier bord longitudinal (31 A) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z1,Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z2,Z4) de la deuxième feuille (31), tout en étant écartée de celle-ci d’un premier écartement radial (ER1) correspondant au moins à 50% de l’écartement maximal entre la deuxième distance radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux (33,34) de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un premier élément écarteur (El) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z1,Z2) au voisinage desdits premiers bords longitudinaux (30A,31A) desdites première et deuxième feuilles (30,31), * au voisinage du deuxième bord longitudinal (3 0B) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et du deuxième bord longitudinal (3 IB) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale opposées respectivement audit premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et audit premier bord longitudinal (31 A) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z4) de la deuxième feuille (31), tout en étant écartée de celle-ci d’un deuxième écartement radial (ER2) correspondant au moins à 50% (en particulier de 50 à 90%, de préférence de 60 à85%) de l’écartement maximal entre la deuxième distance
BE2018/0146 radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un deuxième élément écarteur (E2) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z3,Z4) au voisinage desdits deuxièmes bords longitudinaux (30B,31 B) desdites première et deuxième feuilles (30,31), et * des troisièmes écarteurs (E3) s’étendent entre des parties de spires adjacentes de l’élément (3), et * lesdits premier, deuxième écarteurs et troisièmes écarteurs (E1,E2,E3) définissent des zones de passage (ZP) pour le passage du deuxième fluide (FA) dans ou hors de canaux des première et deuxième feuilles (30,31) depuis un distributeur (4) ou vers un collecteur (5) et des zones d’obturation (ZO) s’opposant au passage du premier fluide (FB) et du deuxième fluide (FA) dans des canaux des première et deuxième feuilles (30,31).
Le corps d’échange selon l’invention a selon des formes de réalisation avantageuses une ou plusieurs des particularités suivantes, en particulier une combinaison de celles-ci :
- le premier élément écarteur (El) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31), tandis que le deuxième élément écarteur (E2) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31). Et/ou
- pour la première feuille (30) ou la deuxième feuille (31) présente au voisinage de son premier bord longitudinal une première zone lisse et au voisinage de son deuxième bord longitudinal une deuxième zone lisse, dans lequel dans un plan radial déterminé, la première zone lisse et la deuxième zone lisse d’une feuille au niveau d’une spire définissent deux droites coaxialles parallèles à l’axe central. Et/ou
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- des troisièmes écarteurs (E3) sont situés entre des spires adjacentes de l’élément (3) de manière à définir des zones de non passage (ZNP) du premier fluide (FB) de la chambre ou conduit (2) vers le volume défini entre les spires de l’élément (3) et du volume défini entre les spires de l’élément 3 vers le conduit ou chambre (2). De façon avantageuse, les zones de passage (ZP) définies par les premier et deuxième écarteurs sont situées entre deux troisièmes écarteurs.
De préférence, des troisièmes écarteurs (E3) sont disposés entre les spires de l’élément (3) pour définir des secteurs radiaux associés chacun à un distibuteur ou à un collecteur du deuxième fluide (FA). Et/ou
- le premier écarteur et/ou le deuxième écarteur sont montés de manière amovible entre les feuilles (30,31) de l’élément. Ceci permet un remplacement aisé et un accès facile à l’intérieur du corps d’échange. Et/ou
- la première zone lisse et/ou la deuxième zone lisse d’une feuille ou des feuilles présentent des protubérances ou des butées pour assurer un positionnement correct du premier écarteur et/ou du deuxième écarteur, et/ou des troisièmes écarteurs.
Et/ou
- le premier écarteur (El) et/ou deuxième écarteur (E2) se présente(nt) sous la forme d’une série de tronçons distincts et/ou sous la forme d’une bande continue présentant des ouvertures pour définir les zones de passage vers le volume intérieur de l’élément défini entre les feuilles ou des zones aptes à être déformées (en particulier perforées ou percées) pour définir des zones de passage vers le volume intérieur de l’élément (3).
Avantageusement, les premier et deuxième écarteurs (E1,E2) ont la forme d’un boudin ou bande continu apte à être percé. Ce boudin ou bande est de préférence réalisée en mousse à cellules fermées, compressible élastiquement. et/ou
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- le distributeur et/ou le collecteur est/sont une pièce montée amovible sur l’élément (3), ladite pièce présentant une face destinée à être tournée vers l’élément (3), ladite face portant une série de doigts creux adaptés pour être insérés dans des zones ouvertes. Et/ou
- la première zone lisse et/ou la deuxième zone lisse d’une ou des feuilles est/sont prolongée(s) par une ou des portions repliées de la première ou deuxième feuille (30,31). Les portions repliées présentent avantageusement des fentes s’étendant depuis le bord libre jusqu’à la ligne de pliage, ceci pour faciliter le cintrage de la ou des zones lisses. Et/ou
- le premier écarteur (El) et/ou le deuxième écarteur (E2) comprennent un ou des moyens pour guider le deuxième fluide provenant d’une ouverture de l’écarteur considéré vers une série de canaux ou un ou des moyens pour collecter le deuxième fluide provenant d’une série de canaux vers une ouverture de l’écarteur considéré. Ces moyens de guidage sont par exemple constitués par un canal ou des canaux s’étendant dans un écarteur considéré (E1,E2) et présentant une série d’ouvertures ou de passages dirigés vers les canaux définis entre les deux feuilles 30,31. Et/ou
- les première et deuxième feuilles (30,31) sont attachées l’une à l’autre au moins dans leurs zones centrales présentant des déformations définissant des canaux 33,34. Par exemple, les feuilles sont reliées l’une à l’autre par des points de soudure. Les points de soudure sont avantageusement réalisés lors de l’enroulement des feuilles 30,31. Et/ou
- une combinaison de deux ou plus de deux de ces caractéristiques.
L’invention a égélament pour objet un échangeur de chaleur comprenant au moins une chambre ou conduit (2) dans lequel est logé au moins un corps d'échange suivant l'invention, tel que décrit ci-avant. L’échangeur comporte en outre au moins un distributeur ou une chambre pour distribuer le premier fluide entre les
BE2018/0146 spires du corps d’échange et/ou un collecteur ou chambre pour collecter le premier fluide (FB) sortant du volume formé entre les spires du corps d’échange.
L’invention a encore pour objet un échangeur de chaleur dont le corps d’échange est monté amovible par rapport à la chambre ou conduit.
En particulier, le premier et deuxième écarteurs (E1,E2) sont montés au moins partiellement de manière amovible par rapport à l’élément (3) en spirale.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un échangeur de chaleur selon l’invention pour assurer un échange thermique entre un premier fluide (FB) gazeux s’écoulant à travers les espaces définis entre les spires de l’élément 3, et un deuxième fluide FA liquide s’écoulant dans l’élément 3 enroulé en spirale.
Dans le cadre de cette utilisation, un autre objet de l’invention pour assurer une maintenance améliorée de l’échangeur est un procédé de nettoyage ou de maintenance d’un échangeur de chaleur selon la revendication précédente, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
- on sépare le corps d’échange de la chambre ou conduit;
- on enlève les distributeurs et les collecteurs du corps d’échange ;
- on enlève au moins partiellement les écarteurs (E1,E2) de l’élément (3) de manière à avoir un accès aisé à l’espace situé entre les feuilles formant les spires de l’élément (3) ;
- on fait passer au moins un fluide de nettoyage entre les feuilles ;
- on fait passer au moins un fluide gazeux pour évacuer des dépôts et le fluide de nettoyage restant ;
- on réinstalle au moins partiellement les ou des écarteurs sur l’élément (3);
- on nettoye les distributeurs et collecteurs si nécessaire ;
- on nettoye si nécessaire le conduit ou chambre ;
- on replace les distributeurs et collecteurs sur l’élément (3), et
- on replace le corps d’échange dans la chambre ou conduit.
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Des particularités et détails de l’invention ressortiront de la description détaillée suivante dans laquelle il est fait référence aux dessins ci annexés.
Dans ces dessins,
- la figure 1 est une vue plane d’une première feuille (30);
- la figure 2 est une vue plane d’une deuxième feuille (31) ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en coupe le long des lignes III-III et IV-IV desdites première et deuxième feuilles (30,31);
- la figure 5 est une vue en coupe de deux feuilles (30,31) associées l’une à l’autre, avant leur enroulement;
- la figure 6 est une vue en coupe (dans un plan radial) d’une série de spires adjacentes obtenues par enroulement des feuilles (30,31) de la figure 5;
- la figure 7 est une vue avant partielle de la série de spires adjacentes de la figure 5;
- les figures 8A et 8B/C/D sont une vue en coupe (dans un plan radial) d’une autre série de spires adjacentes obtenues par enroulement des feuilles (30,31) et des vues à plus grande échelle de parties (parties extrêmes et partie centrale) des spires adjacentes de la figure 8A;
- la figure 9 est une vue en perspective schématique d’un corps comprenant une série de spires adjacentes de la figure 8A;
- les figures 10, 11 et 12 sont des vues à plus grande échelle d’un bord longitudinal de deux spires de la figure 9 (lignes X-X, XI-XI et XII-XII);
- la figure 13 est une vue schématique d’une feuille montrant le chemin suivi par le deuxième fluide FA entre un distributeur et des collecteurs, la feuille étant montrée à plat;
- la figure 14 est une vue schématique en perspective d’un corps d’échange, avec des distributeurs et des collecteurs;
- la figure 15 est une vue schématique en perspective d’un corps d’échange selon le document WO2013/142924, tandis que la figure 16 est une vue d’un échangeur muni d’un corps d’échange selon WO2013/142924, la figure 17 étant une vue des feuilles formant le corps d’échange avant leur enroulement;
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- la figure 18 est une vue partielle d’une bande (53) adaptée pour former un écarteur (E1,E2);
- la figure 19 est une vue en perspective d’un distributeur ou collecteur pour un corps d’échange, et
- la figure 20 est une vue d’un détail d’une partie d’une forme de réalisation d’une bande (53).
Description de l’invention
L’invention est un perfectionnement du corps d’échange selon WO 2013/142924, ou encore selon US6263961 et US6289978. A titre d’exemple de corps d’échange pouvant être perfectionné, référence est faite au corps représenté aux figures 15 à 17 du présent mémoire qui correspond au corps d’échange représenté respectivement aux figures 1,21 et 22A de WO 2013/142924.
Le corps d’échange selon l’invention est un corps d’échange thermique entre un premier fluide (FB) et un deuxième fluide (FA), ledit corps étant adapté pour être placé dans un conduit ou une chambre (2) pour guider l’écoulement du premier fluide (FB) dans ou vers le corps d’échange (1).
Les fluides FA et FB peuvent s’écouler dans une même direction générale (cocourant) ou dans des directions générales opposées (contre-courant). Les fluides FA et FB peuvent être gazeux ou liquides, et peuvent subir éventuellement un changement de phase (partiel ou total) dans l’échangeur. Par exemple, un fluide peut se condenser au moins partiellement sur les parois de l’échangeur en spirale ou s’évaporer au moins partiellement le long des parois de l’échangeur en spirale.
Le corps d’échange (1) comprend:
- un élément (3) adapté pour être situé au moins partiellement dans ledit conduit ou chambre (2), ledit élément (3) étant constitué de deux feuilles (30,31) réalisées en une matière conductrice de la chaleur (par exemple en acier ou en aluminium),
BE2018/0146 lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux (30A,30B,31A,31B) pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs (32) pour ledit deuxième fluide (FA), ledit élément (3) étant enroulé pour former une structure sensiblement en spirale s'étendant dans ledit conduit ou chambre (2) de manière a définir dans le conduit (2) entre les faces de spirales adjacentes un ou des canaux extérieurs (36) pour le premier fluide (FB),
- au moins deux distributeurs sensiblement radiaux (4) pour amener ledit deuxième fluide (FA) dans l'élément (3) au voisinage d'un premier bord longitudinal (3 OA,31 A) au niveau de ou des différentes spires, et au moins deux collecteurs sensiblement radiaux (5) pour collecter ledit deuxième fluide (FA) après son passage dans ledit élément (3), lesdits collecteurs (5) étant adaptés pour collecter ledit deuxième fluide (FA) au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B,3 IB) au niveau de ou des différentes spires, dans lequel la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) formant l'élément (3) présentent dans une zone centrale des déformations formant respectivement une première série de canaux (33) et une deuxième série de canaux (34), le bord (33A) des canaux (33) de la première série de la première feuille (30) tournée vers la deuxième feuille (31) contactant le bord (34A) de ou des canaux (34) de la deuxième série de la deuxième feuille (31) obligeant ledit deuxième fluide (FA) à parcourir un trajet entre au moins un des distributeurs (4) et au moins un des collecteurs (5), ledit trajet étant formé à la fois par des canaux (33) de la première série et des canaux (34) de la deuxième série, dans lequel la structure sensiblement en spirale présente un axe central (AC, axe de l’enroulement), et dans lequel dans chaque plan radial (PR) passant par ledit axe central (AC), les canaux de la première série (33) d’une spire forment des sections de passage s’étendant entre une première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC) et une deuxième distance radiale (R2) à partir de l’axe central (AC) qui est plus grande que la première distance radiale (RI), tandis que les canaux de la deuxième série (34) de la spire considérée forment des sections de passage s’étendant entre une troisième distance radiale (R3) à partir de l’axe central (AC) et une quatrième distance radiale (R4) égale ou inférieure à ladite
BE2018/0146 première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC), mais qui est supérieure à la troisième distance radiale (R3).
Dans cette figure 15, (L) désigne la largeur du corps d’échange, tandis que (36) désigne l’espace libre entre spires de l’élément (3) définissant le volume (volume extérieur à l’élément 3) de passage pour le premier fluide FB. (Z) désigne la direction de l’axe d’enroulement qui est également l’axe central AC.
(35) désigne une amenée du deuxième fluide FA destinée pour amener le fluide (par exemple de l’eau) aux distributeurs radiaux (4).
Dans les figures 16 et 17, les références (40) et (50) désignent des couronnes extérieures pour alimenter des distributeurs 4 et pour collecter du fluide des collecteurs (5), tandis que (100) et (101) désignent la conduite d’amenée du premier fluide FB et la conduite d’évacuation du premier fluide hors de la chambre 2.
A la figure 17, la référence 102 désigne des points de soudure des feuilles 30,31 entre elles, points de soudure avantageusement réalisés avant et/ou après et/ou pendant enroulement.
Dans le corps d’échange selon l’invention, la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) présentent chacune le long de chacun de leurs bords longitudinaux (30A,31A,30B,31B) une zone lisse (Z1,Z2,Z3,Z4) ne présentant pas de déformations formant des canaux prolongeant chacun un ou des canaux (33,34) de la première ou deuxième série respectivement de la première feuille et de la deuxième feuille (voir figures 1, 2, 3 et 4). Avant enroulement les zones lisses situées de part et d’autre d’une zone centrale avec déformation pour définir des canaux 33, 34 sont des zones planes sans déformation. Une fois enroulées, les zones lisses forment une spirale.
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Chacune des zones lisses (Z1,Z2,Z3,Z4) de la première ou deuxième feuille (30,31) définit dans un plan radial (PR) pour une spire donnée une droite (Dl, D2, D3, D4) paralèlle à l’axe central (AC) s’étendant respectivement entre la première distance radiale (RI) et la deuxième distance radiale (R2) pour les sections des canaux (33) de la première feuille (30) dans ledit plan radial considéré (PR), et entre la troisième distance radiale (R3) et la quatrième distance radiale (R4) pour les sections de canaux (34) de la deuxième feuille (31) dans ledit plan radial considéré, (voir figures 6 et 7) Lors de l’enroulement les zones lisses des feuilles définissent ainsi un canal de largeur radiale importante par rapport à la largeur radiale moyenne des canaux définis entre les feuilles 30,31.
Au voisinage d’un premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et d’un premier bord longitudinal (31 A) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z1,Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z2,Z4) de la deuxième feuille (31), tout en étant écartée de celle-ci d’un premier écartement radial (ER1) correspondant au moins à 50% (par exemple de 50 à 90%) de l’écartement maximal entre la deuxième distance radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux (33,34) de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un premier élément écarteur (El) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z1,Z2) au voisinage desdits premiers bords longitudinaux (30A,31A) desdites première et deuxième feuilles (30,31).
Au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et du deuxième bord longitudinal (31 B) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale opposées respectivement audit premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et audit premier bord longitudinal (31 A) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z4) de la deuxième feuille (31), tout en étant écartée de celle-ci d’un deuxième écartement
BE2018/0146 radial (ER2) correspondant au moins à 50% ( par exemple de 50 à 90%) de l’écartement maximal entre la deuxième distance radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un deuxième élément écarteur (E2) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z3,Z4) au voisinage desdits deuxièmes bords longitudinaux (30B,31B) desdites première et deuxième feuilles (30,31).
Lesdits premier et deuxième écarteurs (E1,E2) avec les troisième écarteurs (E3) définissent des zones de passage (ZP) pour le passage du deuxième fluide (FA) dans ou hors de canaux des première et deuxième feuilles (30,31) depuis un distributeur (4) ou vers un collecteur (5) et des zones d’obturation (ZO) s’opposant au passage du premier fluide (FB) et du deuxième fluide (FA) dans des canaux des première et deuxième feuilles (30,31). (voir figure 19 dans laquelle les spirales sont représentées de manière schématique)
Le premier élément écarteur (El) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31), tandis que le deuxième élément écarteur (E2) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31).
Les écarteurs E3 forment avec des parties d’écarteurs El, E2 des zones radiales de non passage ZNP de fluide à la fois pour le premier fluide FB et pour le deuxième fluide FA. Entre deux zones de non passage ZNP, soit des écarteurs E1,E2 sont agencés pour obturer le passage entre deux feuilles 30,31 d’un élément 3, soit des écarteurs E3 pour obturer des parties de passage entre des spires adjacentes.
La figure 10 montre en coupe le corps d’échange le long d’un plan radial coupant une section radiale du corps d'échange pour laquelle les bords longitudinaux 30A,31A de l’élément 3 en spirale ne sont pas obturés par un écarteur El, tandis que des écarteurs E3 s’étendent entre les spires adjacentes. Dans cette section
BE2018/0146 radiale ZP, le passage du deuxième fluide FA vers les canaux intérieur de l’élément 3 est possible.
La figure 11 montre en coupe une section radiale pour laquelle des écarteurs El et E3 forment une zone de non passage. Dans cette zone des écarteurs El et E3 obturent d’une part l’élément 3 le long des bords longitudinaux (on entend dans le présent mémoire par bord longitudinal, le bord extrême d’une feuille, qui après enroulement forme une spirale) de l’élément 3, et d’autre part l’espace entre spires adjacentes. Dans cette section radiale comportant des écarteurs El et E3, il est possible d’associer les écarteurs E1,E3 par une bandelette recouvrant alors les bords libres en spirale des feuilles 30, 31.
La figure 12 montre en coupe une section radiale comportant des écarteurs El de manière à permettre le passage de gaz entre les spires de l’élément 3.
La figure 13 montre le parcours suivi par le deuxième fluide FA (en traits pleins) le long de la face avant de la feuille montrée sous forme développée ou plane et par le premier fluide FB (en traits interrompus) le long de la face arrière de la feuille 30. Les écarteurs El et E2 sont montrés le long de la face avant de la feuille. Dans la partie centrale, le mouvement des fluides FA,FB décrit des zigzags suite aux déformations formant les canaux 33.
La figure 18 est une vue schématique d’un écarteur E1,E2 sous la forme d’une bande flexible et compressible 53 présentant des passages pour le deuxième fluide FA. La face supérieure de la bande est munie d’une couche ou d’un film qui peut être soit retiré ou percé pour permettre le passage du deuxième fluide FA au travers de la bande 53.
La figure 19 montre en perspective un distributeur ou collecteur 4,5 avec sur une face plane 55 des doigts creux 55 A destinés à former des passages pour le deuxième fluide FB. Ces doigts 55A serevnt alors à éventuellement percés le film
BE2018/0146 et/ou la bande, et/ou à s’insérer de manière étanche dans des passages 51 de la bande.
La figure 20 montre que la bande 53 présente une ouverture 51 associée à une partie évasée pour servir de moyen de distribution du deuxième fluide FA vers plusieurs canaux ou pour collecter du deuxième fluide de plusieurs canaux 33,34.
La bande 53 laisse avantageusement une partie des zones lisses en regard l’une de l’autre, cette partie formant alors une sorte de couronne en spirale de distribution ou de collecte du deuxième fluide FA.
Comme on le voit des figures, il ressort ce qui suit:
- pour la première feuille (30) ou la deuxième feuille (31) présente au voisinage de son premier bord longitudinal (3 0A,31 A) une première zone lisse (Z1,Z2) et au voisinage de son deuxième bord longitudinal (30B,31B) une deuxième zone lisse (Z3,Z4), dans lequel dans un plan radial déterminé (PR), la première zone lisse (Z1,Z2) et la deuxième zone lisse (Z3,Z4) d’une feuille (30,31) au niveau d’une spire définissent dans chaque plan radial, deux droites coaxialles (D1,D3 ou D2,D4) parallèles à l’axe central (AC).
- des troisièmes écarteurs (E3) sont situés entre des spires adjacentes de l’élément (3) de l’élément (3) de manière à définir des zones de non passage (ZNP) du premier fluide (FB) de la chambre ou conduit (2) vers le volume défini entre les spires de l’élément 3 et de non passage du premier fluide (FB) du volume défini entre les spires de l’élément (3) vers le conduit ou chambre (2).
- les zones de passage (ZP) définies par les premier et deuxième écarteurs (E1,E2) sont situées entre deux troisièmes écarteurs (E3).
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- des troisièmes écarteurs (E3) sont disposés entre les spires de l’élément (3) pour définir des secteurs radiaux associés chacun à un distibuteur (4) ou à un collecteur (5).
- le premier écarteur (El) et/ou le deuxième écarteur (E2) sont montés de manière amovible entre les feuilles (30,31) de l’élément (3). Ils sont par exemple insérés entre deux zones lisses et maintenus en position grâce à la compression de la bande entre les zones lisses.
- la première zone lisse (Z1,Z3) et/ou la deuxième zone lisse (Z2,Z4) d’une feuille ou des feuilles présentent des protubérances ou des butées (50) pour assurer un positionnement correct du ou des premiers écarteurs (El) et/ou du ou des deuxièmes écarteurs (E2), et/ou des troisièmes écarteurs (E3).
- le premier et/ou deuxième écarteur (E1,E2) se présentent sous la forme d’une série de tronçons distincts et/ou sous la forme d’une bande continue (53) présentant des ouvertures (51) pour définir les zones de passage (ZP) vers le volume intérieur de l’élément (3) défini entre les feuilles (30,31) ou des zones aptes à être déformées ou percées pour définir les zones de passage vers le volume intérieur de l’élément (3).
- les premier et deuxième écarteurs ont chacun la forme d’un boudin ou bande continu avec une partie (53A) apte à être percée ou à être retirée (par exemple sous le forme d’un film pelable).
- le distributeur (4) et/ou le collecteur (5) est une pièce montée amovible sur l’élément (3), ladite pièce présentant une face (55) destinée à être tournée vers l’élément (3), ladite face (55) portant une série de doigts creux (56) adaptés pour être insérés dans des zones ouvertes (51) ou pour percer la partie (53 A) de la bande ou boudin (53).
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- la première zone lisse (Z1,Z2) et/ou la deuxième zone lisse (Z3,Z4) d’une ou des feuilles (30,31) est/sont prolongée(s) par une ou des portions repliées (ZR) de la première ou deuxième feuille (30,31).
- le premier écarteur (El) et/ou le deuxième écarteur (E2) comprennent un ou des moyens (57) pour guider ou distribuer le deuxième fluide (FA) provenant d’une ouverture (51) de l’écarteur considéré vers une série de canaux ou un ou des moyens pour collecter le deuxième fluide (FA) provenant d’une série de canaux vers une ouverture de l’écarteur considéré.
- les première et deuxième feuilles (30,31) sont attachées l’une à l’autre, en particulier lors de leur enroulement, au moins dans leurs zones centrales présentant des déformations définissant des canaux (33,34).
L’invention a également pour objet un procédé de nettoyage ou de maintenance d’un échangeur selon l’invention, ledit procédé comprenant par exemple les étapes suivantes:
- on sépare le corps d’échange de la chambre ou conduit, par exemple en enlevant la chambre de distribution ou de collecte du premier fluide;
- on enlève les distributeurs et les collecteurs du corps d’échange ;
- on enlève au moins partiellement les écarteurs (E1,E2) de l’élément (3) de manière à avoir un accès aisé à l’espace situé entre les feuilles formant les spires de l’élément (3) ;
- on fait passer au moins un fluide de nettoyage entre les feuilles ;
- on fait passer au moins un fluide gazeux pour évacuer des dépôts et le fluide de nettoyage restant et/ou pour sécher le corps d’échange;
- on réinstalle au moins partiellement les ou des écarteurs sur l’élément (3);
- on nettoye les distributeurs et collecteurs si nécessaire ;
- on nettoye si nécessaire le conduit ou chambre ;
- on replace les distributeurs et collecteurs sur l’élément (3), et
- on replace le corps d’échange dans la chambre ou conduit.

Claims (18)

  1. Revendications
    1. Corps d’échange thermique entre un premier fluide (FB) et un deuxième fluide (FA), ledit corps étant adapté pour être placé dans un conduit ou une chambre (2) pour guider l’écoulement du premier fluide (FB) dans ou vers le corps d’échange (1), ce corps d’échange (1) comprenant:
    - un élément (3) adapté pour être situé au moins partiellement dans ledit conduit ou chambre (2), ledit élément (3) étant constitué de deux feuilles (30,31) réalisées en une matière conductrice de la chaleur, lesdites feuilles étant reliées l'une à l'autre au moins au voisinage de leurs bords longitudinaux (3OA,3OB,31A,31B) pour définir entre elles un ou des canaux intérieurs (32) pour ledit deuxième fluide (FA), ledit élément (3) étant enroulé pour former une structure sensiblement en spirale s'étendant dans ledit conduit ou chambre (2) de manière a définir dans le conduit (2) entre les faces de spirales adjacentes un ou des canaux (36) pour le premier fluide (FB),
    - au moins deux distributeurs sensiblement radiaux (4) pour amener ledit deuxième fluide (FA) dans l'élément (3) au voisinage d'un premier bord longitudinal (30A,31A) au niveau des différentes spires, et au moins deux collecteurs sensiblement radiaux (5) pour collecter ledit deuxième fluide (FA) après son passage dans ledit élément (3), lesdits collecteurs (5) étant adaptés pour collecter ledit deuxième fluide (FA) au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B,31 B) au niveau des différentes spires, dans lequel la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) formant l'élément présentent dans une zone centrale des déformations formant respectivement une première série de canaux (33) et une deuxième série de canaux (34), le bord (33A) des canaux (33) de la première série de la première feuille (30) tournée vers la deuxième feuille (31) contactant le bord (3 4A) de ou des canaux (34) de la deuxième série de la deuxième feuille (31 ) obligeant ledit deuxième fluide (FA) à parcourir un trajet entre au moins un des distributeurs (4)
    BE2018/0146 et au moins un des collecteurs (5), ledit trajet étant formé à la fois par des canaux (33) de la première série et des canaux (34) de la deuxième série, dans lequel la structure sensiblement en spirale présente un axe central (AC), et dans lequel dans chaque plan radial (PR) passant par ledit axe central (AC), les canaux de la première série (33) d’une spire forment des sections de passage s’étendant entre une première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC) et une deuxième distance radiale (R2) à partir de l’axe central (AC) qui est plus grande que la première distance radiale, tandis que les canaux de la deuxième série (34) de la spire considérée forment des sections de passage s’étendant entre une troisième distance radiale (R3) à partir de l’axe central (AC) et une quatrième distance radiale (R4) égale ou inférieure à ladite première distance radiale (RI) à partir de l’axe central (AC), mais qui est supérieure à la troisième distance radiale (R3), caractérisé en ce que la première feuille (30) et la deuxième feuille (31) présentent chacune le long de chacun de leurs bords longitudinaux (30A,31A,30B,31B) une zone lisse (Z1,Z2,Z3,Z4) ne présentant pas de déformations formant des canaux prolongeant chacun un ou des canaux (33,34) de la première ou deuxième série respectivement de la première feuille et de la deuxième feuille, en ce que chacune des zones lisses (Z1,Z2,Z3,Z4) de la première ou deuxième feuille (30,31) définit dans un plan radial (PR) pour une spire donnée une droite (Dl, D2,D3,D4) paralèlle à l’axe central (AC) s’étendant respectivement entre la première distance radiale (RI) et la deuxième distance radiale (R2) pour les sections des canaux (33) de la première feuille (30) dans ledit plan radial considéré (PR), et entre la troisième distance radiale (R3) et la quatrième distance radiale (R4) pour les sections de canaux (34) de la deuxième feuille (31) dans ledit plan radial considéré, en ce qu’ au voisinage d’un premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et d’un premier bord longitudinal (31 A) de la
    BE2018/0146 deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z1,Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z2,Z4) de la deuxième feuille (31 ), tout en étant écartée de celle-ci d’un premier écartement radial (ER1) correspondant au moins à 50% , de préférence de 50 à 90%, de l’écartement maximal entre la deuxième distance radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux (33,34) de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un premier élément écarteur (El) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z1,Z2) au voisinage desdits premiers bords longitudinaux (30A,31A) desdites première et deuxième feuilles (30,31), en ce qu’au voisinage du deuxième bord longitudinal (30B) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et du deuxième bord longitudinal (31 B) de la deuxième feuille (31) de l’élément (3) en spirale opposées respectivement audit premier bord longitudinal (30A) de la première feuille (30) de l’élément (3) en spirale et audit premier bord longitudinal (31 A) de la deuxième feuille (31 ) de l’élément (3) en spirale, au niveau d’une spire et dans un plan radial considéré (PR), la zone lisse (Z3) de la première feuille (30) est située en regard d’une zone lisse (Z4) de la deuxième feuille (31), tout en étant écartée de celle-ci d’un deuxième écartement radial (ER2) correspondant au moins à 50% de l’écartement maximal entre la deuxième distance radiale (R2) et la troisième distance radiale (R3) des sections des canaux de la spire considérée et dans le plan radial considéré (PR), un deuxième élément écarteur (E2) s’étendant entre au moins des parties desdites zones lisses (Z3,Z4) au voisinage desdits deuxièmes bords longitudinaux (30B,31B) desdites première et deuxième feuilles (30,31), en ce que des troisièmes écarteurs (E3) s’étendent entre des parties de spires adjacentes de l’élément (3), et en ce que lesdits premier, deuxième écarteurs et troisièmes écarteurs (E1,E2,E3) définissent des zones de passage (ZP) pour le passage du deuxième fluide (FA) dans ou hors de canaux des première et deuxième feuilles (30,31) depuis un
    BE2018/0146 distributeur (4) ou vers un collecteur (5) et des zones d’obturation (ZO) s’opposant au passage du premier fluide (FB) et du deuxième fluide (FA) dans des canaux des première et deuxième feuilles (30,31).
  2. 2. Corps d’échange selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément écarteur (El) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31), et en ce que le deuxième élément écarteur (E2) est au moins partiellement compressible et est au moins non solidaire d’au moins une des première et deuxième feuilles (30,31).
  3. 3. Corps d’échange selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour la première feuille (30) ou la deuxième feuille (31) présente au voisinage de son premier bord longitudinal (3 0A, 31 A) une première zone lisse (Z1,Z2) et au voisinage de son deuxième bord longitudinal (30B,31B) une deuxième zone lisse (Z3,Z4), dans lequel dans un plan radial déterminé (PR), la première zone lisse (Z1,Z2) et la deuxième zone lisse (Z3,Z4) d’une feuille (30,31) au niveau d’une spire définissent dans chaque plan radial, deux droites coaxialles (D1,D3 ou D2,D4) parallèle à l’axe central (AC).
  4. 4. Corps d’échange selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des troisièmes écarteurs (E3) sont situés entre des spires adjacentes de l’élément (3) de l’élément (3) de manière à définir des zones de non passage (ZNP) du premier fluide (FB) de la chambre ou conduit (2) vers le volume défini entre les spires de l’élément 3 et de non passage du premier fluide (FB) du volume défini entre les spires de l’élément (3) vers le conduit ou chambre (2).
  5. 5. Corps d’échange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les zones de passage (ZP) définis par les premier et deuxième écarteurs (E1,E2) sont situées entre deux troisièmes écarteurs (E3).
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  6. 6. Corps d’échange selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des troisièmes écarteurs (E3) sont disposés entre les spires de l’élément (3) pour définir des secteurs radiaux associés chacun à un distibuteur (4) ou à un collecteur (5)·
  7. 7. Corps d’échange selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier écarteur (El) et/ou le deuxième écarteur (E2) sont montés de manière amovible entre les feuilles (30,31) de l’élément (3).
  8. 8. Corps d’échange selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone lisse (Z1,Z3) et/ou la deuxième zone lisse (Z2,Z4) d’une feuille ou des feuilles présentent des protubérances ou des butées (50) pour assurer un positionnement correct du ou des premiers écarteurs (El) et/ou du ou des deuxièmes écarteurs (E2), et/ou des troisièmes écarteurs (E3).
  9. 9. Corps d’échange suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et/ou deuxième écarteur (E1,E2) se présentent sous la forme d’une série de tronçons distincts et/ou sous la forme d’une bande continue (53) présentant des ouvertures (51) pour définir les zones de passage (ZP) vers le volume intérieur de l’élément (3) défini entre les feuilles (30,31) ou des zones aptes à être déformées ou percées pour définir les zones de passage vers le volume intérieur de l’élément (3).
  10. 10. Corps d’échange suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que les premier et deuxième écarteurs (E1,E2) ont chacun la forme d’un boudin ou bande continu avec une partie (53A) apte à être percée ou retirée.
  11. 11. Corps d’échange suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le distributeur (4) et/ou le collecteur (5) est une pièce montée amovible sur l’élément (3), ladite pièce présentant une face (55) destinée à être tournée vers l’élément (3), ladite face (55) portant une série de doigts creux (56) adaptés pour être insérés
    BE2018/0146 dans des zones ouvertes (51) ou pour percer la partie (53 A) de la bande ou boudin (53).
  12. 12. Corps d’échange suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone lisse (Z1,Z2) et/ou la deuxième zone lisse (Z3,Z4) d’une ou des feuilles (30,31) est/sont prolongée(s) par une ou des portions repliées (ZR) de la première ou deuxième feuille (30,31).
  13. 13. Corps d’échange suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier écarteur (El) et/ou le deuxième écarteur (E2) comprennent un ou des moyens (57) pour guider ou distribuer le deuxième fluide (FA) provenant d’une ouverture (51) de l’écarteur considéré vers une série de canaux ou un ou des moyens pour collecter le deuxième fluide (FA) provenant d’une série de canaux vers une ouverture de l’écarteur considéré.
  14. 14. Corps d’échange suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième feuilles (30,31) sont attachées l’une à l’autre, en particulier lors de leur enroulement, au moins dans leurs zones centrales présentant des déformations définissant des canaux (33,34).
  15. 15. Echangeur de chaleur comprenant au moins une chambre ou conduit dans lequel est logé au moins un corps d'échange (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, et au moins un distributeur ou une chambre (C2) pour distribuer le premier fluide (FB) entre les spires du corps d’échange et/ou un collecteur ou chambre (Cl) pour collecter le premier fluide (FB) sortant du volume formé entre les spires du corps d’échange.
  16. 16. Echangeur de chaleur suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le corps d’échange (1) est monté amovible par rapport à la chambre ou conduit (2)·
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  17. 17. Echangeur de chaleur suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier et deuxième écarteurs (E1,E2) sont montés au moins partiellement de manière amovible par rapport à l’élément (3) en spirale.
  18. 18. Procédé de nettoyage d’un échangeur de chaleur selon la revendication précédente, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivante :
    - on sépare le corps d’échange de la chambre ou conduit;
    - on enlève les distributeurs et les collecteurs du corps d’échange ;
    - on enlève au moins partiellement les écarteurs (E1,E2) de l’élément (3) de manière à avoir un accès aisé à l’espace situé entre les feuilles formant les spires de l’élément (3) ;
    - on fait passer au moins un fluide de nettoyage entre les feuilles ;
    - on fait passer au moins un fluide gazeux pour évacuer des dépôts et le fluide de nettoyage restant ;
    - on réinstalle au moins partiellement les ou des écarteurs sur l’élément (3);
    - on nettoye les distributeurs et collecteurs si nécessaire ;
    - on nettoye si nécessaire le conduit ou chambre ;
    - on replace les distributeurs et collecteurs sur l’élément (3), et
    - on replace le corps d’échange dans la chambre ou conduit.
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