EP4556841A1 - Module d échangeur thermique et procédé associé - Google Patents

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EP4556841A1
EP4556841A1 EP23307008.5A EP23307008A EP4556841A1 EP 4556841 A1 EP4556841 A1 EP 4556841A1 EP 23307008 A EP23307008 A EP 23307008A EP 4556841 A1 EP4556841 A1 EP 4556841A1
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EP
European Patent Office
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fluid
heat exchanger
exchanger module
fraction
circulation channel
Prior art date
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Granted
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EP23307008.5A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP4556841B1 (fr
Inventor
Charles Bonnafous
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Nexson Group Industry
Original Assignee
Nexson Group Industry
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/04—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by spirally-wound plates or laminae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G15/00—Details
    • F28G15/003—Control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents

Definitions

  • This disclosure relates to heat exchangers, in particular spiral heat exchangers configured to treat a liquid phase of a fluid.
  • a spiral heat exchanger module typically comprises a central tubular portion and a spiral body comprising at least two sheets spirally wound around the central tubular portion.
  • the central tubular portion may be formed by a wound portion of the two sheets or by a separate tubular piece to which the two sheets are welded.
  • the two sheets spirally wound around the central tubular part define between them a first spiral-shaped circulation channel for the circulation of a hot fluid and a second spiral-shaped circulation channel for the circulation of a cold fluid.
  • the circulation of the hot fluid and the cold fluid inside the spiral circulation channels allows heat exchange between the fluids.
  • the modules can be configured to be stacked, in a vertical direction, to obtain a multi-stage heat exchanger assembly.
  • the modules each have openings at their ends configured to be mutually connected.
  • the hot fluid can undergo several successive heat exchanges within the heat exchanger assembly.
  • the hot fluid being treated may consist mainly of a gaseous phase, and each heat exchange results in condensation of a fraction of this gaseous phase.
  • the proportion of liquid phase in the hot fluid increases as it passes through successive modules.
  • increasing the proportion of liquid phase can make heat exchanges less efficient.
  • the liquid phase may contain chemical compounds that tend to form deposits on the internal walls of the heat exchanger modules and which can, after a certain time, cause clogging of the first circulation channel.
  • One aim of this presentation is therefore to improve the efficiency of heat exchanges within a multi-stage heat exchanger assembly.
  • the separator prevents part of the liquid phase of the first fluid, for example at least 80% of the liquid phase of the first fluid, from penetrating into the next module in the stack.
  • the proposed solution therefore proportionally reduces the liquid phase and makes it possible to increase the efficiency of heat exchanges within the multi-stage heat exchanger.
  • the separator comprises a passage allowing circulation of the first fraction of the first fluid towards first inlet openings of the other heat exchanger module, and a first partition wall having a first collection surface arranged to receive the first fluid from the first outlet openings, the first collection surface being oriented relative to the main axis to guide the first fraction of the first fluid by gravity away from the second fraction of the first fluid from the passage.
  • the first collection surface is oriented relative to the main axis to guide the second fraction of the first fluid by gravity towards an outlet pipe for the first fluid.
  • gravity can be advantageously used to prevent the liquid phase portion of the first fluid from entering the next module.
  • no additional energy input is required for separation.
  • the first dividing wall has a conical shape, having an axis coincident with the main axis.
  • the passage includes a passage opening located at a vertex of the cone.
  • the separator may be provided to comprise a second separating wall arranged to prevent the first fraction of the first fluid from the first outlet openings from reaching the passage.
  • the second partition wall extends around the main axis.
  • the second partition wall has a second collection surface oriented relative to the main axis to guide the first fraction of the first fluid by gravity towards the first collection surface.
  • heat exchanges are further improved by separating more liquids from the first fluid.
  • the second dividing wall has a conical shape, having an axis coincident with the main axis.
  • the heat exchanger module may be provided with an inlet pipe for injecting the second fluid from outside the body into the second channel of circulation and a first outlet pipe for discharging the second fluid from the second circulation channel to the outside of the body.
  • the module may be provided to include a nozzle for spraying a cleaning agent into the first fluid at the location where the first fluid enters the first circulation channel via the first inlet openings.
  • the cleaning product helps to reduce the risk of clogging the first circulation channel in which the first fluid circulates and to further improve thermal exchanges.
  • a heat exchanger assembly comprising at least two heat exchanger modules according to the first aspect, the heat exchanger modules being connected together, such that the first fraction of the first fluid containing the gas phase from one heat exchanger module of the heat exchanger assembly enters the first circulation channel via the first inlet openings of the body of another heat exchanger module of the heat exchanger assembly.
  • each heat exchanger module comprises nozzles for spraying a cleaning agent into the first fluid at the location where the first fluid enters the first circulation channel via the first inlet openings, the heat exchanger assembly comprising a control unit configured to control a flow rate and/or a temperature of the cleaning agent sprayed by each nozzle of each heat exchanger module as a function of a difference between a pressure of the first fluid at the outlet of the first outlet openings and a pressure of the first fluid at the inlet of the first inlet openings of the body of the heat exchanger module.
  • the cleaning product can therefore be injected as soon as the heat exchange decreases in the module, which saves cleaning product.
  • the second heat exchanger module is in accordance with the first aspect.
  • the heat exchanger assembly 1 is several meters high, for example 4 meters, and has a floor area of several square meters, for example 5 m 2 .
  • the heat exchanger assembly 1 has a mass of several hundred tons, for example 350 tons.
  • the heat exchanger assembly 1 is vertical.
  • the heat exchanger assembly 1 comprises a plurality of heat exchanger modules 2a, 2b, 2c stacked and fixedly connected to each other.
  • the heat exchanger assembly 1 comprises three heat exchanger modules 2a, 2b, 2c.
  • the exchanger assembly 1 may comprise more than three modules or fewer than three modules.
  • the modules are cylindrical in shape, but they may also be cubic, elliptical or any other shape suitable for manufacturing from sheet metal assemblies or by casting.
  • a first inlet pipe 5 communicates with an upper end of the heat exchanger assembly 1 and a first outlet pipe 7, opposite the inlet pipe 5, communicates with a lower end of the heat exchanger assembly 1.
  • Each heat exchanger module 2a, 2b, 2c comprises a respective inlet pipe 6a, 6b, 6c and a respective outlet pipe 8a, 8b, 8c.
  • Each heat exchanger module 2a, 2b, 2c may also comprise a plurality of inlet pipes and/or a plurality of outlet pipes. Connections 9a, 9c between inlet pipes and the outlet pipes are configured to mutually connect the heat exchanger modules.
  • the heat exchanger assembly 1 is configured to carry out a heat exchange between a first fluid A and a second fluid B in each heat exchanger module 2a, 2b, 2c.
  • a first fluid A for example a hot fluid to be cooled, enters the heat exchanger assembly 1 through the inlet pipe 5, at the upper level of the heat exchanger assembly, and leaves the heat exchanger assembly 1 through the outlet pipe 7, at the lower level of the heat exchanger assembly 1.
  • the first fluid A flows by gravity into the heat exchanger assembly 1, circulating successively in each heat exchanger module 2a, 2b, 2c.
  • the first fluid exchanges heat with a second fluid B, for example a refrigerant, which circulates through the heat exchanger assembly 1 via the inlet 6a, 6b, 6c and outlet 8a, 8b, 8c pipes of each module 2a, 2b, 2c.
  • a second fluid B for example a refrigerant
  • the heat exchanger module 2 comprises a body 3 in which the first A and the second fluid B can circulate to carry out a heat exchange between the first fluid A and the second fluid B.
  • the body 3 comprises four sheets 31, 32, 33, 34.
  • the sheets 31, 32, 33, 34 are wound in a spiral around the same main axis X, the sheets delimit between them a first circulation channel 50 and a second circulation channel 51.
  • the exchanger module 3 is configured to circulate the first fluid A longitudinally by relative to the main axis X through the first circulation channel 50.
  • a first face of the body and a second face of the body opposite the first face are defined by an edge 310, 311 of each sheet 31, 32, 33, 34.
  • the first face has inlet openings 24 to allow circulation of the first fluid A from the outside of the body 3 to the first circulation channel 50
  • the second face has outlet openings 25 to allow circulation of the first fluid A from the first circulation channel 50 to the outside of the body 3.
  • the first fluid A enters the body 3 through the inlet openings 24 then circulates in the first channel 50 delimited by the second and third sheets 32, 33 as well as the fourth and first sheets 34, 31 until reaching the outlet openings 25.
  • the heat exchanger module 2 is further configured to allow circulation of the second fluid B between the inlet pipe 6 and the outlet pipe 8.
  • the second circulation channel 51 is spiral-shaped.
  • the second fluid B enters the body 3 through the inlet pipe 6 and circulates a first time in a spiral towards the inside of the body 3 in the second channel 51 delimited by the first sheet 31 and the second sheet 32 to converge up to the main axis X then, it circulates a second time in a spiral towards the outside of the body 3 still in the second channel 51 delimited this time by the third sheet 33 and the fourth sheet 34 in order to move away from the main axis X until reaching the outlet pipe 8. Consequently, during the circulation of the two fluids A, B in the two channels 50, 51, a heat exchange takes place between the first fluid A and the second fluid B, through the sheets 31, 32, 33, 44.
  • the body 3 can comprise other sets of sheets, for example three sheets or two sheets, a number of sheets being limited to at least two in order to be able to delimit the first channel 50 and the second channel 51.
  • the heat exchanger module 2 further comprises a separator 4 configured to separate a liquid phase from a gaseous phase of the first fluid A at the outlet of the heat exchanger module 2.
  • the separator 4 is capable of allowing a first fraction A1 of the first fluid A, predominantly in the gaseous phase, to pass towards inlet openings of another exchanger module located below the exchanger module in the stack and, on the other hand, of preventing a second fraction A2, consisting of a liquid phase, from reaching the first inlet openings of the other heat exchanger module.
  • separator 4 is shown in Figure 4 .
  • the separator 4 comprises a first wall 41 and a second wall 42 located above the first wall 41.
  • the first wall 41 and the second wall 42 are each conical in shape, having as their axis the main axis X.
  • the walls 41, 42 may also be inclined planes or any other surface inclined relative to the main axis X.
  • the second fraction A2 consisting of a liquid phase is recovered by the first wall 41 which forms a surface for recovering the liquid phase.
  • the first wall 41 and the second wall 42 are inclined relative to the main axis X, so that when the axis X is positioned vertically (in normal use), the first wall 41 and the second wall 42 guide the second fraction A2 of the first fluid A by gravity away from the main axis X.
  • the first wall 41 further comprises a passage opening 43, through which the first fraction A1, which is predominantly in the gas phase of the first fluid A, can flow.
  • the passage opening 43 is located at the top of the cone formed by the first wall 41.
  • the second wall 42 is located above the first wall 41 while being arranged at a distance from the first wall 41.
  • the first part of the second fraction A2 is guided by the first wall 41 and by the second wall 42 to prevent it from flowing through the passage opening 43 towards the heat exchanger module located below.
  • the second wall 42 extends above the passage opening 43, so as to prevent the second part of the second fraction A2 from flowing through the passage opening 43 by guiding it towards the first wall 41.
  • the separator 4 thus makes it possible to block the second fraction A2 consisting of a liquid phase while allowing the first fraction A1 comprising the gaseous phase to pass because, when the first and second fractions A1, A2 flow by gravity into the heat exchanger module 2, the second fraction A2 consisting of a liquid phase is retained by the first recovery wall 41 while the first fraction A1, which is predominantly in the gaseous phase, is directed towards another heat exchanger module 2.
  • the heat exchanger module 2 may further comprise other evacuation pipes 12 communicating with the second surface, as illustrated for example to figures 1 , 2 And 3 , or connected to the second surface.
  • the heat exchanger module 2 comprises four nozzles 10 arranged near the place where the first fluid A enters the first circulation channel A via the inlet openings 24.
  • the heat exchanger module 2 can comprise a single nozzle, fewer than four nozzles or more than four nozzles.
  • the nozzles 10 are configured to spray a cleaning product, in liquid form, into the flow of the first fluid A, in order to clean the sheets and prevent components of the first fluid, such as naphthalene for example, from being deposited on the sheets.
  • the cleaning product may for example be a mixture of water and tar, more commonly called “tare”, which has the effect of removing the naphthalene from the sheets.
  • each heat exchanger module 2 of the heat exchanger assembly 1 may comprise a set of nozzles 10 for spraying cleaning product into the first fluid A at the inlet of the heat exchanger module 2.
  • only one heat exchanger module 2 may comprise a set of nozzles 10 or several heat exchanger modules 2 may comprise a set of nozzles 10.
  • the set of nozzles 10 may further be supplied via feed pipes 11 ( Figure 2 ).
  • the heat exchanger assembly 1 comprises a control unit configured to control a flow rate and/or a temperature of the cleaning product sprayed by each set of nozzles 10.
  • the control unit may control a flow rate and/or a temperature of the cleaning product sprayed by each nozzle of each heat exchanger module 2. It may be provided that the control unit can control a flow rate and/or a temperature of the cleaning product sprayed by a nozzle of each heat exchanger module 2 or of a heat exchanger module 2, or of each module of a plurality of heat exchanger modules.
  • control unit can control a flow rate and/or a temperature of the cleaning product sprayed by a plurality of nozzles of each heat exchanger module 2, or of a heat exchanger module 2, or of each module of a plurality of modules.
  • the control unit can further control a flow rate and/or a temperature of the cleaning product as a function of a difference between a pressure of the first fluid A at the outlet of the outlet openings 25 and a pressure of the first fluid A at the inlet of the inlet openings 24 of the body 3 of the heat exchanger module 2.
  • the control unit can also control the flow rate and/or the temperature of the cleaning product as a function of a minimum, a maximum or an average of a difference between a pressure of the first fluid A at the outlet of the outlet openings 25 and a pressure of the first fluid A at the inlet of the inlet openings 24 of the body 3 in each heat exchanger module 2, or in each module of a plurality of modules.
  • the heat exchanger assembly 1 is capable of implementing a method for treating the first fluid A, in which, with reference to the Figure 5 , the following steps are implemented.
  • the first fluid A circulates in the first circulation channel 50 of the body of a first heat exchanger module 2a.
  • the second fraction A2 of the first fluid A is evacuated, for example from the first heat exchanger module 2a.
  • the first fraction A1 of the first fluid A is injected into a first circulation channel 50 of a body 3 of a second heat exchanger module 2b.

Landscapes

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Abstract

Module d'échangeur thermique (2) comprenant :- un corps (3) comprenant au moins deux tôles (31, 32) spiralées, les tôles délimitant entre elles un premier canal de circulation (50) d'un premier fluide (A) et un deuxième canal de circulation (51) d'un deuxième fluide (B) ; et- un séparateur (4) pour recevoir le premier fluide (A) propre à laisser passer une première fraction (A1) du premier fluide (A) vers un autre module d'échangeur thermique situé en dessous du module d'échangeur thermique, et à empêcher une deuxième fraction (A2) du premier fluide (A) d'atteindre l'autre module d'échangeur thermique, la première fraction (A1) du premier fluide contenant une phase gazeuse, et la deuxième fraction (A2) du premier fluide étant constitué d'une phase liquide.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • Le présent exposé concerne les échangeurs thermiques, en particulier les échangeurs thermiques à spirales configurés pour traiter une phase liquide d'un fluide.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Un module d'échangeur thermique à spirales comprend généralement une partie tubulaire centrale et un corps à spirales comprenant au moins deux tôles enroulées en spirale autour de la partie tubulaire centrale. La partie tubulaire centrale peut être formée par une portion enroulée des deux tôles ou par une pièce tubulaire séparée sur laquelle sont soudées les deux tôles.
  • Les deux tôles enroulées en spirale autour de la partie tubulaire centrale définissent entre elles un premier canal de circulation en forme de spirale pour la circulation d'un fluide chaud et un deuxième canal de circulation en forme de spirale pour la circulation d'un fluide froid. La circulation du fluide chaud et du fluide froid à l'intérieur des canaux de circulation en spirales permet un échange de chaleur entre les fluides.
  • Les modules peuvent être configurés pour être empilés, dans une direction verticale, afin d'obtenir un ensemble d'échangeur thermique à plusieurs étages. Pour ce faire, les modules présentent chacun des ouvertures à leurs extrémités configurées pour être mutuellement raccordées. Ainsi, le fluide chaud peut subir plusieurs échanges de chaleur successifs au sein de l'ensemble d'échangeur thermique.
  • Cependant, dans certaines applications, le fluide chaud traité peut être constitué majoritairement d'une phase gazeuse, et chaque échange thermique entraine une condensation d'une fraction de cette phase gazeuse. Ainsi, la proportion de phase liquide dans le fluide chaud augmente à mesure que celui-ci traverse les modules successifs. Or, l'augmentation de la proportion de phase liquide peut rendre moins efficaces les échanges thermiques.
  • En effet, d'une part, une partie de la chaleur transférée entre le fluide chaud et le fluide froid sert à refroidir la phase liquide, ce qui limite l'efficacité du refroidissement de la phase gazeuse. D'autre part, la phase liquide peut contenir des composés chimiques qui ont tendance à former des dépôts sur les parois internes des modules d'échangeur thermique et qui peuvent au bout d'un certain temps provoquer un colmatage du premier canal de circulation.
    • EXPOSE GENERAL
  • Un but du présent exposé est donc d'améliorer l'efficacité des échanges thermiques au sein d'un ensemble d'échangeur thermique à plusieurs étages.
  • À cet effet, selon un premier aspect du présent exposé, il est proposé un module d'échangeur thermique comprenant :
    • un corps comprenant au moins deux tôles, chaque tôle étant enroulée en spirale autour d'un même axe principal, les tôles incluant une première tôle et une deuxième tôle délimitant entre elles un premier canal de circulation d'un premier fluide et un deuxième canal de circulation d'un deuxième fluide, séparé du premier canal de circulation, la première tôle et de la deuxième tôle présentant des bords définissant une première face du corps et une deuxième face du corps, opposée à la première face, la première face et la deuxième face s'étendant transversalement à l'axe principal, la première face présentant des premières ouvertures d'entrée pour autoriser une circulation du premier fluide depuis l'extérieur du corps vers le premier canal de circulation, et la deuxième face présentant des premières ouvertures de sortie pour autoriser une circulation du premier fluide depuis le premier canal de circulation vers l'extérieur du corps ; et
    • un séparateur pour recevoir le premier fluide s'écoulant à travers les premières ouvertures de sortie, le séparateur étant propre à laisser passer une première fraction du premier fluide vers des premières ouvertures d'entrée d'un autre module d'échangeur thermique situé en dessous du module d'échangeur thermique, et à empêcher une deuxième fraction du premier fluide d'atteindre les premières ouvertures d'entrée de l'autre module d'échangeur thermique, la première fraction du premier fluide contenant une phase gazeuse, et la deuxième fraction du premier fluide étant constitué d'une phase liquide.
  • Ainsi, le séparateur empêche une partie de la phase liquide du premier fluide, par exemple au moins 80% de la phase liquide du premier fluide, de pénétrer dans le module suivant dans l'empilement. La solution proposée réduit donc en proportion la phase liquide et permet d'augmenter l'efficacité des échanges thermiques au sein de l'échangeur thermique à plusieurs étages.
  • Dans un mode de réalisation possible, il peut être prévu que le séparateur comprenne un passage autorisant une circulation de la première fraction du premier fluide vers des premières ouvertures d'entrée de l'autre module d'échangeur thermique, et une première paroi de séparation présentant une première surface de collecte agencée pour recevoir le premier fluide en provenance des premières ouvertures de sortie, la première surface de collecte étant orientée par rapport à l'axe principal pour guider la première fraction du premier fluide par gravité en éloignant la deuxième fraction du premier fluide du passage.
  • Il peut être prévu en outre que la première surface de collecte soit orientée par rapport à l'axe principal pour guider la deuxième fraction du premier fluide par gravité vers une tubulure de sortie du premier fluide.
  • Par conséquent, la gravité peut être avantageusement utilisée pour empêcher la partie de la phase liquide du premier fluide de pénétrer dans le module suivant. Ainsi, aucun apport d'énergie supplémentaire n'est nécessaire pour la séparation.
  • Il peut être prévu que la première paroi de séparation présente une forme conique, ayant un axe confondu avec l'axe principal.
  • Il peut être également prévu que le passage comprenne une ouverture de passage située à un sommet du cône.
  • Il peut être prévu que le séparateur comprenne une deuxième paroi de séparation agencée pour empêcher la première fraction du premier fluide en provenance des premières ouvertures de sortie d'atteindre le passage.
  • Il peut être prévu en outre que la deuxième paroi de séparation s'étende autour de l'axe principal.
  • Il peut être également prévu que la deuxième paroi de séparation présente une deuxième surface de collecte orientée par rapport à l'axe principal pour guider la première fraction du premier fluide par gravité vers la première surface de collecte.
  • Ainsi, les échanges thermiques sont encore davantage améliorés en séparant davantage de liquides du premier fluide.
  • Il peut être prévu que la deuxième paroi de séparation présente une forme conique, ayant un axe confondu avec l'axe principal.
  • Il peut être prévu que le module d'échangeur thermique comprenne une tubulure d'entrée pour injecter le deuxième fluide depuis l'extérieur du corps vers le deuxième canal de circulation et une première tubulure de sortie pour évacuer le deuxième fluide depuis le deuxième canal de circulation vers l'extérieur du corps.
  • Ainsi, il est possible d'évacuer la partie de la phase liquide hors du module. L'évacuation permet en outre d'utiliser la partie de la phase liquide, par exemple en la faisant recirculer dans le module après l'avoir réchauffée.
  • Il peut être prévu que le module comprenne une buse pour pulvériser un produit de nettoyage dans le premier fluide à l'endroit où le premier fluide pénètre dans le premier canal de circulation via les premières ouvertures d'entrée.
  • Ainsi, le produit de nettoyage contribue à réduire le risque de colmater le premier canal de circulation dans lequel circule le premier fluide et d'améliorer encore davantage les échanges thermiques.
  • Selon un deuxième aspect du présent exposé, il est proposé un ensemble d'échangeur thermique, comprenant au moins deux modules d'échangeur thermique conformes au premier aspect, les modules d'échangeurs thermiques étant raccordés entre eux, de sorte que la première fraction du premier fluide contenant la phase gazeuse en provenance d'un module d'échangeur thermique de l'ensemble d'échangeur thermique pénètre dans le premier canal de circulation via les premières ouvertures d'entrée du corps d'un autre module échangeur thermique de l'ensemble d'échangeur thermique.
  • Il peut être prévu que chaque module d'échangeur thermique comprenne des buses pour pulvériser un produit de nettoyage dans le premier fluide à l'endroit où le premier fluide pénètre dans le premier canal de circulation via les premières ouvertures d'entrée, l'ensemble d'échangeur thermique comprenant une unité de contrôle configurée pour commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par chaque buse de chaque module d'échangeur thermique en fonction d'une différence entre une pression du premier fluide en sortie des premières ouvertures de sortie et une pression du premier fluide en entrée des premières ouvertures d'entrée du corps du module d'échangeur thermique.
  • Le produit de nettoyage peut donc être injecté dès lors que l'échange thermique diminue dans le module, ce qui permet d'économiser du produit de nettoyage.
  • Selon un troisième aspect du présent exposé, il est proposé un procédé de traitement d'un premier fluide, comprenant des étapes de :
    • faire circuler le premier fluide dans un premier canal de circulation d'un corps d'un premier module d'échangeur thermique conforme au premier aspect,
    • séparer le premier fluide s'écoulant à travers les premières ouvertures de sortie du corps du premier module d'échangeur thermique en une première fraction du premier fluide contenant une phase gazeuse, et en une deuxième fraction du premier fluide constitué d'une phase liquide,
    • évacuer la deuxième fraction du premier fluide, et
    • injecter la première fraction du premier fluide dans un premier canal de circulation d'un corps d'un deuxième module d'échangeur thermique.
  • Il peut être prévu que le deuxième module d'échangeur thermique est conforme au premier aspect.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 et la figure 2 illustrent des ensembles d'échangeur thermique ;
    • la figure 3 illustre schématiquement une vue de dessus en coupe d'un exemple de module d'échangeur thermique ;
    • la figure 4 illustre schématiquement une vue de face en coupe d'un module d'échangeur thermique ; et
    • la figure 5 est un organigramme d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé de traitement d'un fluide.
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • Un ensemble d'échangeur thermique 1, appelé également échangeur à étages, est illustré sur les figures 1 et 2. L'ensemble d'échangeur thermique 1 fait plusieurs mètres de haut, par exemple 4 mètres et présente une surface au sol de plusieurs mètres carrés, par exemple 5 m2. L'ensemble d'échangeur thermique 1 possède une masse de plusieurs centaines de tonnes, par exemple 350 tonnes.
  • En utilisation normale, l'ensemble d'échangeur thermique 1 est vertical. L'ensemble d'échangeur thermique 1 comprend une pluralité de modules d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c empilés et reliés fixement l'un par rapport à l'autre. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, l'ensemble d'échangeur thermique 1 comprend trois modules d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c. Bien entendu, l'ensemble d'échangeur 1 peut comprendre plus de trois modules ou moins de trois modules. Dans cet exemple, les modules sont de forme cylindrique, mais ils peuvent également être de forme cubique, elliptique ou tout autre forme qui convient pour une fabrication à partir d'assemblage de tôles ou bien par fonderie. Une première tubulure d'entrée 5 communique avec une extrémité haute de l'ensemble d'échangeur thermique 1 et une première tubulure de sortie 7, opposée à la tubulure d'entrée 5, communique avec une extrémité basse de l'ensemble d'échangeur thermique 1. Chaque module d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c comprend une tubulure d'entrée respective 6a, 6b, 6c et une tubulure de sortie respective 8a, 8b, 8c. Chaque module d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c peut également comprendre plusieurs tubulures d'entrée et/ou plusieurs tubulures de sortie. Des raccords 9a, 9c entre des tubulures d'entrée et les tubulures de sortie sont configurés pour relier mutuellement les modules d'échangeur thermique. L'ensemble d'échangeur thermique 1 est configuré pour réaliser un échange thermique entre un premier fluide A et un deuxième fluide B dans chaque module d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c. En fonctionnement, un premier fluide A, par exemple un fluide chaud à refroidir, entre dans l'ensemble d'échangeur 1 à travers la tubulure d'entrée 5, au niveau supérieur de l'ensemble d'échangeur thermique, et sort de l'ensemble d'échangeur thermique 1 à travers la tubulure de sortie 7, au niveau inférieur de l'ensemble d'échangeur thermique 1. Ainsi, le premier fluide A s'écoule par gravité dans l'ensemble d'échangeur thermique 1, en circulant successivement dans chaque module d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c. Dans chaque module d'échangeur thermique 2a, 2b, 2c, le premier fluide échange de la chaleur avec un deuxième fluide B, par exemple un fluide réfrigérant, qui circule à travers l'ensemble d'échangeur thermique 1 en passant par les tubulures d'entrée 6a, 6b, 6c et de sortie 8a, 8b, 8c de chaque module 2a, 2b, 2c.
  • Un exemple de module d'échangeur thermique 2 est illustré sur les figures 3 et 4. Le module d'échangeur thermique 2 comprend un corps 3 dans lequel peuvent circuler le premier A et le deuxième fluide B pour réaliser un échange thermique entre le premier fluide A et le deuxième fluide B. Le corps 3 comprend quatre tôles 31, 32, 33, 34. Les tôles 31, 32, 33, 34 sont enroulée en spirale autour d'un même axe principal X, les tôles délimitent entre elles un premier canal de circulation 50 et un deuxième canal de circulation 51. Le module d'échangeur 3 est configuré pour faire circuler le premier fluide A longitudinalement par rapport à l'axe principal X à travers le premier canal de circulation 50. Pour ce faire, une première face du corps et une deuxième face du corps opposée à la première face sont définies par un bord 310, 311 de chaque tôle 31, 32, 33, 34. La première face présente des ouvertures d'entrée 24 pour autoriser une circulation du premier fluide A depuis l'extérieur du corps 3 vers le premier canal de circulation 50, et la deuxième face présente des ouvertures de sortie 25 pour autoriser une circulation du premier fluide A depuis le premier canal de circulation 50 vers l'extérieur du corps 3. Ainsi, le premier fluide A entre dans le corps 3 à travers les ouvertures d'entrée 24 puis circule dans le premier canal 50 délimité par les deuxième et troisième tôles 32, 33 ainsi que les quatrième et première tôles 34, 31 jusqu'à atteindre les ouvertures de sortie 25. Le module d'échangeur thermique 2 est en outre configuré pour permettre une circulation du deuxième fluide B entre la tubulure d'entrée 6 et la tubulure de sortie 8. Le deuxième canal de circulation 51 est en forme de spirale. Ainsi, le deuxième fluide B entre dans le corps 3 par la tubulure d'entrée 6 et circule une première fois en spirale vers l'intérieur du corps 3 dans le deuxième canal 51 délimité par la première tôle 31 et la deuxième tôle 32 pour converger jusqu'à l'axe principal X puis, il circule une deuxième fois en spirale vers l'extérieur du corps 3 toujours dans le deuxième canal 51 délimité cette fois par la troisième tôle 33 et la quatrième tôle 34 afin de s'éloigner de l'axe principal X jusqu'à atteindre la tubulure de sortie 8. Par conséquent, au cours de la circulation des deux fluides A, B dans les deux canaux 50, 51, un échange thermique a lieu entre le premier fluide A et le deuxième fluide B, à travers les tôles 31, 32, 33, 44.
  • Bien entendu, le corps 3 peut comprendre d'autres jeux de tôles, par exemple trois tôles ou deux tôles, un nombre de tôles étant limité à au moins deux afin de pouvoir délimiter le premier canal 50 et le deuxième canal 51.
  • Le module d'échangeur thermique 2 comprend en outre un séparateur 4 configuré pour séparer une phase liquide d'une phase gazeuse du premier fluide A en sortie du module d'échangeur thermique 2. D'une part, le séparateur 4 est propre à laisser passer une première fraction A1 du premier fluide A, majoritaire en phase gazeuse, vers des ouvertures d'entrée d'un autre module d'échangeur situé en dessous du module d'échangeur dans l'empilement et, d'autre part, à empêcher une deuxième fraction A2, constituée d'une phase liquide, d'atteindre les premières ouvertures d'entrée de l'autre module d'échangeur thermique.
  • Un exemple de séparateur 4 est illustré en figure 4. Lorsque le module d'échangeur thermique 2 est en fonctionnement normal, le séparateur 4 se trouve sous les ouvertures de sortie 25. Le séparateur 4 comprend une première paroi 41 et une deuxième paroi 42 située au-dessus de la première paroi 41. La première paroi 41 et la deuxième paroi 42 sont chacune de forme conique, ayant pour axe l'axe principal X. Les parois 41, 42 peuvent également être des plans inclinés ou toute autre surface inclinée par rapport à l'axe principal X. Lorsque le premier fluide A traverse le séparateur 4, une première partie de la deuxième fraction A2 est recueillie directement par la première paroi 41 (sans s'écouler sur la deuxième paroi 42) et une deuxième partie de la deuxième fraction A2 est recueillie par la deuxième paroi 42 puis est guidée par la deuxième paroi 42 vers la première paroi 41. Ainsi, la deuxième fraction A2 constituée d'une phase liquide est récupérée par la première paroi 41 qui forme une surface de récupération de la phase liquide. La première paroi 41 et la deuxième paroi 42 sont inclinées par rapport à l'axe principal X, de sorte que lorsque l'axe X est positionné verticalement (en utilisation normale), la première paroi 41 et la deuxième paroi 42 guident la deuxième fraction A2 du premier fluide A par gravité en l'éloignant de l'axe principal X.
  • La première paroi 41 comprend en outre une ouverture de passage 43, à travers laquelle la première fraction A1 majoritaire en phase gazeuse du premier fluide A peut s'écouler. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, l'ouverture de passage 43 est située au sommet du cône formé par la première paroi 41. La deuxième paroi 42 est située au-dessus de la première paroi 41 tout en étant agencée à distance de la première paroi 41. La première partie de la deuxième fraction A2 est guidée par la première paroi 41 et par la deuxième paroi 42 pour l'empêcher de s'écouler à travers l'ouverture de passage 43 vers le module d'échangeur thermique situé en dessous. La deuxième paroi 42, s'étend au-dessus de l'ouverture de passage 43, de manière à empêcher la deuxième partie de la deuxième fraction A2 de s'écouler à travers l'ouverture de passage 43 en la guidant vers la première paroi 41. Le séparateur 4 permet ainsi de bloquer la deuxième fraction A2 constituée d'une phase liquide tout en laissant passer la première fraction A1 comprenant la phase gazeuse car, lorsque la première et la deuxième fraction A1, A2 s'écoulent par gravité dans le module d'échangeur thermique 2, la deuxième fraction A2 constitué d'une phase liquide est retenue par la première paroi 41 de récupération tandis que la première fraction A1 majoritaire en phase gazeuse est dirigée vers un autre module d'échangeur thermique 2. Pour évacuer la deuxième fraction A2 retenue par la première paroi 41 hors du module d'échangeur thermique 2, le module d'échangeur thermique 2 peut comprendre en outre d'autres tubulures d'évacuation 12 communiquant avec la deuxième surface, comme illustré par exemple aux figures 1, 2 et 3, ou reliées à la deuxième surface.
  • Sur la figure 4, le module d'échangeur thermique 2 comprend quatre buses 10 agencées à proximité de l'endroit où le premier fluide A pénètre dans le premier canal de circulation A via les ouvertures d'entrée 24. Bien entendu, le module d'échangeur thermique 2 peut comprendre une seule buse, moins de quatre buses ou plus de quatre buses. Les buses 10 sont configurées pour pulvériser un produit de nettoyage, sous forme liquide, dans le flux du premier fluide A, afin de nettoyer les tôles et éviter que des composants du premier fluide, tel que du naphtalène par exemple, ne se déposent sur les tôles. Le produit de nettoyage peut par exemple être un mélange d'eau et de goudron, plus communément appelé « tare », qui a pour effet de décoller le naphtalène des tôles. Le naphtalène et le produit de nettoyage s'écoulent par ruissellement jusqu'à atteindre l'ouverture de sortie 25. Le produit de nettoyage et le naphtalène qui s'écoulent sous forme liquide à partir des ouvertures de sortie 25 font partie de la deuxième fraction A2 qui est récupérée par le séparateur 4. Ainsi, le premier fluide A est davantage propre en sortie de chaque module d'échangeur 2 ce qui a pour effet de limiter les risques de colmatage dans un module d'échangeur thermique 2. Chaque module d'échangeur thermique 2 de l'ensemble d'échangeur thermique 1 peut comprendre un jeu de buses 10 permettant de pulvériser du produit de nettoyage dans le premier fluide A en entrée du module d'échangeur thermique 2. En variantes, seulement un module d'échangeur thermique 2 peut comprendre un jeu de buses 10 ou bien plusieurs modules d'échangeur thermique 2 peuvent comprendre un jeu de buses 10. Le jeu de buses 10 peut en outre être alimenté par l'intermédiaire de tubulures d'alimentation 11 (figure 2).
  • Il peut être prévu que l'ensemble d'échangeur thermique 1 comprenne une unité de contrôle configurée pour commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par chaque jeu de buses 10. L'unité de contrôle peut commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par chaque buse de chaque module d'échangeur thermique 2. Il peut être prévu que l'unité de contrôle puisse commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par une buse de chaque module d'échangeur thermique 2 ou d'un module d'échangeur thermique 2, ou de chaque module d'une pluralité de modules d'échangeur thermique. Il peut être également prévu que l'unité de contrôle puisse commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par une pluralité de buses de chaque module d'échangeur thermique 2, ou d'un module d'échangeur thermique 2, ou de chaque module d'une pluralité de modules. L'unité de contrôle peut en outre commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage en fonction d'une différence entre une pression du premier fluide A en sortie des ouvertures de sortie 25 et une pression du premier fluide A en entrée des ouvertures d'entrée 24 du corps 3 du module d'échangeur thermique 2. L'unité de contrôle peut également commander le débit et/ou la température du produit de nettoyage en fonction d'un minimum, un maximum ou une moyenne d'une différence entre une pression du premier fluide A en sortie des ouvertures de sortie 25 et une pression du premier fluide A en entrée des ouvertures d'entrée 24 du corps 3 dans chaque module d'échangeur thermique 2, ou dans chaque module d'une pluralité de modules.
  • Ainsi, l'ensemble d'échangeur thermique 1 est apte à mettre en oeuvre un procédé de traitement du premier fluide A, dans lequel, en référence à la figure 5, les étapes suivantes sont mises en oeuvre.
  • Au cours d'une étape E1, le premier fluide A circule dans le premier canal de circulation 50 du corps d'un premier module d'échangeur thermique 2a.
  • Au cours d'une étape E2, la première fraction A1 du premier fluide A s'écoulant à travers les premières ouvertures de sortie 25 du corps 3, majoritaire en phase gazeuse, est séparée de la deuxième fraction A2 du premier fluide A, constituée d'une phase liquide, par le séparateur 4.
  • Au cours d'une étape E3, la deuxième fraction A2 du premier fluide A est évacuée, par exemple hors du premier module d'échangeur thermique 2a.
  • Au cours d'une étape E4, la première fraction A1 du premier fluide A est injectée dans un premier canal de circulation 50 d'un corps 3 d'un deuxième module d'échangeur thermique 2b.
  • On pourra apporter à l'ensemble d'échangeur thermique, au module d'échangeur thermique et au procédé de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'exposé.

Claims (14)

  1. Module d'échangeur thermique (2) comprenant :
    - un corps (3) comprenant au moins deux tôles (31, 32), chaque tôle (31, 32) étant enroulée en spirale autour d'un même axe principal (X), les tôles incluant une première tôle (31) et une deuxième tôle (32) délimitant entre elles un premier canal de circulation (50) d'un premier fluide (A) et un deuxième canal de circulation (51) d'un deuxième fluide (B), séparé du premier canal de circulation (50), la première tôle (31) et de la deuxième tôle (32) présentant des bords (310, 311) définissant une première face du corps (3) et une deuxième face du corps (3), opposée à la première face, la première face et la deuxième face s'étendant transversalement à l'axe principal (X), la première face présentant des premières ouvertures d'entrée (24) pour autoriser une circulation du premier fluide (A) depuis l'extérieur du corps (3) vers le premier canal de circulation (50), et la deuxième face présentant des premières ouvertures de sortie (25) pour autoriser une circulation du premier fluide (A) depuis le premier canal de circulation (50) vers l'extérieur du corps (3) ; et
    - un séparateur (4) pour recevoir le premier fluide (A) s'écoulant à travers les premières ouvertures de sortie (25), le séparateur (4) étant propre à laisser passer une première fraction (A1) du premier fluide (A) vers des premières ouvertures d'entrée d'un autre module d'échangeur thermique situé en dessous du module d'échangeur thermique, et à empêcher une deuxième fraction (A2) du premier fluide (A) d'atteindre les premières ouvertures d'entrée de l'autre module d'échangeur thermique, la première fraction (A1) du premier fluide contenant une phase gazeuse, et la deuxième fraction (A2) du premier fluide étant constitué d'une phase liquide.
  2. Module d'échangeur thermique (2) selon la revendication 1, dans lequel le séparateur (4) comprend un passage autorisant une circulation de la première fraction du premier fluide vers des premières ouvertures d'entrée de l'autre module d'échangeur thermique, et une première paroi (41) de séparation présentant une première surface de collecte agencée pour recevoir le premier fluide (A) en provenance des premières ouvertures de sortie (25), la première surface de collecte étant orientée par rapport à l'axe principal (X) pour guider la première fraction (A1) du premier fluide (A) par gravité en éloignant la deuxième fraction (A2) du premier fluide (A) du passage.
  3. Module d'échangeur thermique (2) selon la revendication 2, dans lequel la première surface de collecte est orientée par rapport à l'axe principal (X) pour guider la deuxième fraction (A2) du premier fluide (A) par gravité vers une tubulure de sortie du premier fluide.
  4. Module d'échangeur thermique selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la première paroi (41) de séparation présente une forme conique, ayant un axe confondu avec l'axe principal (X).
  5. Module d'échangeur thermique selon la revendication 4, dans lequel le passage comprend une ouverture de passage (43) située à un sommet du cône.
  6. Module d'échangeur thermique selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel le séparateur (4) comprend une deuxième paroi (42) de séparation agencée pour empêcher la première fraction (A1) du premier fluide (A) en provenance des premières ouvertures de sortie (25) d'atteindre le passage.
  7. Module d'échangeur thermique selon la revendication 6, dans lequel la deuxième paroi (42) de séparation présente une deuxième surface de collecte orientée par rapport à l'axe principal (X) pour guider la première fraction (A1) du premier fluide (A) par gravité vers la première surface de collecte.
  8. Module selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel la deuxième paroi (42) de séparation présente une forme conique, ayant un axe confondu avec l'axe principal (X).
  9. Module d'échangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une tubulure d'entrée (6) pour injecter le deuxième fluide (B) depuis l'extérieur du corps vers le deuxième canal de circulation (51) et une première tubulure de sortie (8) pour évacuer le deuxième fluide (B) depuis le deuxième canal de circulation (51) vers l'extérieur du corps (3).
  10. Module d'échangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant une buse (10) pour pulvériser un produit de nettoyage dans le premier fluide (A) à l'endroit où le premier fluide (A) pénètre dans le premier canal de circulation (50) via les premières ouvertures d'entrée (24).
  11. Ensemble d'échangeur thermique (1), comprenant au moins deux modules d'échangeur thermique (2a, 2b) conformes à l'une des revendications 1 à 10, les modules d'échangeur thermique (2a, 2b) étant raccordés entre eux, de sorte que la première fraction (A1) du premier fluide (A) contenant la phase gazeuse en provenance d'un module d'échangeur thermique (2a) de l'ensemble d'échangeur thermique (1) pénètre dans le premier canal de circulation (50) via les premières ouvertures d'entrée (24) du corps (3) d'un autre module échangeur thermique (2b) de l'ensemble d'échangeur thermique (1).
  12. Ensemble d'échangeur thermique (1) selon la revendication 11, dans lequel chaque module d'échangeur thermique (2a, 2b) comprend des buses (10) pour pulvériser un produit de nettoyage dans le premier fluide (A) à l'endroit où le premier fluide (A) pénètre dans le premier canal de circulation (50) via les premières ouvertures d'entrée (24), l'ensemble d'échangeur thermique (1) comprenant une unité de contrôle configurée pour commander un débit et/ou une température du produit de nettoyage pulvérisé par chaque buse (10) de chaque module d'échangeur thermique (2a, 2b) en fonction d'une différence entre une pression du premier fluide (A) en sortie des premières ouvertures de sortie (25) et une pression du premier fluide (A) en entrée des premières ouvertures d'entrée (24) du corps du module d'échangeur thermique.
  13. Procédé de traitement d'un premier fluide (A), comprenant des étapes de :
    - faire circuler (E1) le premier fluide (A) dans un premier canal de circulation (50) d'un corps d'un premier module d'échangeur thermique (2a) conforme à l'une des revendications 1 à 10,
    - séparer (E2) le premier fluide (50) s'écoulant à travers les premières ouvertures de sortie (25) du corps du premier module d'échangeur thermique (2a) en une première fraction (A1) du premier fluide (A) contenant une phase gazeuse, et en une deuxième fraction (A2) du premier fluide (A) constitué d'une phase liquide,
    - évacuer (E3) la deuxième fraction (A2) du premier fluide (A), et
    - injecter (E4) la première fraction (A1) du premier fluide (A) dans un premier canal de circulation (50) d'un corps d'un deuxième module d'échangeur thermique (2b).
  14. Procédé de traitement selon la revendication 13, dans lequel le deuxième module d'échangeur thermique (2b) est conforme à l'une des revendications 1 à 10.
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