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Patent Searching and Data


Title:
HEAT-EXCHANGER SYSTEM WITH ANTIFOULING WALL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091960
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat-exchanger system comprising a wall (22) separating a first fluid from a second fluid and allowing a heat exchange between said fluids. A protective film (26) made of polymer material is provided on said wall at least on the side of the first fluid, the protective film having a front face (26.2) in contact with the first fluid and an opposing rear face (26.1), facing the wall (22). Gas-distribution means (28) are provided for distributing a gaseous cleaning agent on the side of the rear face (26.1) of the protective film. The protective film (26) is dense, sealed or with low permeability to the first fluid, while being permeable to said gaseous cleaning agent, so as to allow the gaseous cleaning agent to pass through the protective film towards the front face (26.2) of same.

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Inventors:
FAVRE, Eric (7 rue de la Boudière, Nancy, Nancy, 54000, FR)
MATHIEU, Laurence (16 rue des Framboises, Metz, Metz, 57050, FR)
MUHR, Hervé (29 rue du Poirier de la mariée, Champigneulles, Champigneulles, 54250, FR)
Application Number:
EP2018/080290
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
November 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSITÉ DE LORRAINE (34 Cours Léopold, Nancy, Nancy, 54052, FR)
ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES (4-14, rue Ferrus, Paris, 75014, FR)
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) (3 rue Michel-Ange, Paris, Paris, 75016, FR)
International Classes:
F28F19/04; B01L9/02; B08B9/032; B08B17/06; E03B7/00; F16L58/10; F24D19/00; F28F1/00; F28F3/00; F28F21/06; F28C3/06; F28D21/00; F28F13/00; F28F13/18; F28G13/00
Foreign References:
US4524725A1985-06-25
FR2556232A11985-06-14
US20090107916A12009-04-30
US6672725B12004-01-06
US20070169488A12007-07-26
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
OCVIRK, Philippe et al. (Office Freylinger S.A, 234 Route d'Arlo, BP 48 8001 Strassen, 8001, LU)
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Claims:
Revendications

1 . Système d'échangeur de chaleur comprenant une paroi (22) séparant un premier fluide d'un deuxième fluide et permettant un échange thermique entre lesdits fluides ; caractérisé en ce qu'un film protecteur (26) en matériau polymère est disposé sur ladite paroi au moins du côté du premier fluide, le film protecteur ayant une face avant (26.2) en contact avec le premier fluide et une face arrière (26.1 ) opposée, face à la paroi (22) ; en ce que des moyens de distribution de gaz (28) sont prévus pour distribuer un agent nettoyant gazeux du côté de la face arrière (26.1 ) du film protecteur ; et en ce que le film protecteur (26) est dense, étanche ou peu perméable au premier fluide, tout en étant perméable audit agent nettoyant gazeux, de sorte à permettre à l'agent nettoyant gazeux de traverser le film protecteur vers la face avant (26.2) de celui-ci. 2. Système selon la revendication 1 , dans lequel l'agent nettoyant gazeux diffuse vers la face avant (26.2) du film polymère (26) sous l'effet de la différence de pression partielle entre les deux faces.

3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'agent nettoyant gazeux est choisi parmi choisi parmi les gaz suivants : CO2, CI2, O3, H2O2, purs ou dilués, ou leurs mélanges.

4. Système selon la revendication 1 , 2 ou 3, dans lequel le film protecteur dense présente une perméabilité à nettoyant gazeux entre 1 et 1000 Barrer, de préférence entre 100 et 1000 Barrer.

5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes,, dans lequel le film protecteur dense présente une perméabilité aux gaz et liquides en contact avec sa face avant qui est inférieure à 100 Barrer.

6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes,, dans lequel le film protecteur est réalisé en PolyTétraFluoroEthylène, PolyMéthylPentène, PolyEtherSulfone, Polysulfone, Ethylene-Propylene- Diene (EPDM), Polyimide, Acétate de cellulose, Ethylcellulose, Polydiméthylsiloxane, Polyamide, PolyEtherBlocAmide, ou Teflon-AF.

7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un tube échangeur (20) pour la circulation d'un des deux fluides, en échange thermique avec l'autre fluide autour du tube échangeur, ladite paroi (22) étant constituée par au moins une portion dudit tube échangeur, et dans lequel ledit film protecteur est appliqué sur la surface intérieure ou extérieure du tube échangeur du côté du le premier fluide, et optionnellement un autre film protecteur est appliqué sur la surface du tube échangeur du côté du deuxième fluide.

8. Système selon la revendication 7, dans lequel le film protecteur est réalisé tel un fourreau tubulaire suivant la surface intérieure, respectivement extérieure.

9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de distribution de gaz sont conçus pour distribuer l'agent nettoyant gazeux sur sensiblement l'ensemble de la face arrière du film protecteur.

10. Système selon la revendication 9, dans lequel les moyens de distribution de gaz comprennent un réseau de canaux pour la distribution de l'agent nettoyant gazeux.

1 1 . Système selon la revendication 10, dans lequel les canaux sont formés par des gorges (28, 28') réalisées dans la paroi sous le film protecteur.

12. Système selon la revendication 10, dans lequel les canaux sont prévus dans une couche intermédiaire, entre la paroi et le film protecteur, la couche intermédiaire comprenant de préférence un film textile, une mousse de polymère ou métal, métal perforé, ou une combinaison de ceux-ci.

13. Système selon la revendication 9, 10 ou 1 1 , dans lequel le film protecteur et les moyens de distribution de gaz sont fabriqués en une pièce avec la paroi. 14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de distribution de gaz comprennent un collecteur d'entrée en communication avec ledit réseau de canaux.

15. Système selon la revendication 14, dans lequel les moyens de distribution de gaz comprennent un collecteur de sortie, afin de permettre une purge en circulant un gaz de purge entre le collecteur d'entrée et de sortie.

16. Article avec paroi anti-dépôt, ledit article comprenant une paroi (22, 30, 54) présentant une surface couverte au moins en partie par un film protecteur (26, 34, 56) en matériau polymère ayant une face arrière tournée vers la paroi et une face avant opposée , caractérisé en ce que ledit film protecteur est un film polymère dense présentant une perméabilité sélective à un agent nettoyant gazeux, et en ce que des moyens de distribution de gaz (28, 28', 36, 58) sont prévus pour distribuer l'agent nettoyant gazeux du côté de la face arrière, et ainsi permettre le nettoyage de la face avant du film protecteur lorsque l'agent nettoyant gazeux traverse le film protecteur de là face arrière vers la face avant.

17. Article selon la revendication 16, dans lequel ledit article est un tube, une conduite (20, 20') ou une canalisation d'eau (20") comprenant une paroi (22) tubulaire définissant un passage pour un liquide, et en ce que le film protecteur (16) est appliqué sur la surface interne et/ou externe de la paroi. 18. Article selon la revendication 16 dans lequel ledit article (30, 50) comprend une paroi sensiblement plane, ledit un film protecteur couvrant au moins en partie la surface de la paroi plane.

19. Article selon la revendication 18, dans lequel ledit article est une paroi d'un plan de travail.

Description:
Système d'échangeur de chaleur à paroi anti-dépôt

Description

La présente invention concerne généralement le domaine des échangeurs de chaleur et concerne plus particulièrement la problématique de l'encrassement de ces surfaces.

De nombreux procédés basés sur un échange de chaleur font appel à un matériau solide, ayant pour fonction principale d'assurer un transfert d'énergie. Les métaux sont typiquement employés pour les échangeurs de chaleur. Selon les applications, les échangeurs de chaleur ont des formes simples ou complexes, mais sont typiquement construits de sorte à pouvoir permettre le transfert d'un flux de chaleur d'un fluide chaud à un fluide froid à travers une paroi sans contact direct entre les deux fluides (sans les mélanger).

Pour les applications de récupération d'énergie thermique de bas niveau (chaleur à des niveaux de température typiquement compris entre 60 et 120°C), qui constituent actuellement un enjeu de premier ordre (tant dans le domaine industriel que domestique), l'utilisation de matériaux polymères denses présente de nombreux avantages : efficacité, compacité, légèreté, bas coût (tant du point de vue des matériaux constitutifs que des technologies de réalisation). Une problématique particulièrement accrue chez les échangeurs est celle de l'encrassement, entartrage ou colmatage des surfaces par des biofilms ou dépôts inorganiques. Ces différents phénomènes provoquent une baisse, souvent significative, des performances des dispositifs (chute des flux de chaleur) et constituent un enjeu majeur. Les solutions aujourd'hui employées consistent principalement en une injection d'un agent nettoyant, par exemple du chlore pour les biofilms, au sein du fluide circulant au sein d'une canalisation ou le long d'une surface à traiter.

L'agent nettoyant est alors dispersé dans le volume, à une vitesse relative par rapport au biofilm ou aux dépôts organiques élevée et une action uniquement de surface. Ainsi, il ne pénètre pas sur toute l'épaisseur du biofilm ou du dépôt inorganique à traiter, une grande partie du volume d'agent nettoyant injecté en entrée est retrouvé en sortie ce qui nécessite des volumes importants d'agents nettoyant pour une efficacité réduite.

D'autres solutions pour lutter contre l'encrassement, l'entartage ou le colmatage par biofilms ou dépôts inorganiques consistent en un arrêt des dispositifs de transport des fluides et un démontage pour maintenance, ladite maintenance consistant le plus souvent à injecter un fluide à haute pression ou une action mécanique de sorte à décoller les films en cause. Cette maintenance nécessite donc l'arrêt complet du système de façon périodique. L'objet de la présente invention est de fournir une solution à l'encrassement des systèmes échangeurs de chaleur et plus généralement des surfaces, par des structures biologiques ou inertes.

Description générale de l'invention

Avec cet objectif en tête, la présente invention propose l'usage d'un film protecteur polymère appliqué sur une surface d'une paroi afin de lutter contre l'encrassement/entartrage, le film protecteur étant dense (donc généralement considéré comme non-poreux / étanche, en particulier aux liquides), mais présentant une perméabilité à un agent gazeux nettoyant. Un tel film permet donc d'opérer, à travers le film protecteur polymère, l'apport d'agent nettoyant gazeux à l'interface surface film / dépôt.

Selon un premier aspect, l'invention concerne un système d'échangeur de chaleur comprenant une paroi séparant un premier fluide d'un deuxième fluide et permettant un échange thermique entre lesdits fluides. Le système est remarquable en ce qu'un film protecteur en matériau polymère est appliqué sur ladite paroi au moins du côté du premier fluide, le film protecteur ayant une face avant en contact avec le premier fluide et une face arrière opposée, face à la paroi d'échange ; en ce que des moyens de distribution de gaz sont prévus pour distribuer un agent nettoyant gazeux du côté de la face arrière du film protecteur, et en ce que le film protecteur est un film polymère dense, notamment étanche ou peu perméable au premier fluide, tout en présentant une perméabilité au dit agent nettoyant gazeux, de sorte à permettre à l'agent nettoyant gazeux de traverser le film protecteur vers la face avant de celui-ci.

On notera que le passage du gaz nettoyant à travers le film protecteur s'opère sous l'effet de la différence de pression partielle entre la face arrière et la face avant du film protecteur. L'action nettoyante n'est donc pas basée sur la force de pression de l'agent nettoyant gazeux, mais sur son action chimique (par ex. oxydation ou dissolution) avec les dépôts sur la face avant du film protecteur.

Parmi les avantages apportés par l'invention on peut noter :

- une grande efficacité : l'agent nettoyant gazeux est apporté directement et intégralement à la base du dépôt. La consommation d'agent nettoyant gazeux peut ainsi être minimisée, ce qui est favorable sur le plan économique et environnemental.

- une action rapide : l'apport induit un fort gradient de concentration à l'interface entre le support et le dépôt ; - flexibilité de mise en œuvre : il est possible de moduler la fréquence et la durée de traitement afin de limiter les épaisseurs des dépôts/biofilms. En outre, l'introduction de l'agent nettoyant gazeux à travers le film protecteur est indépendante de la présence ou non de liquide sur la surface externe ; il n'est donc pas besoin d'arrêter le processus d'échange thermique pour procéder au nettoyage.

Dans une variante, un échangeur de chaleur comprend au moins un tube échangeur pour la circulation d'un des deux fluides, en échange thermique avec l'autre fluide autour du tube échangeur, ladite paroi étant constituée par au moins une portion dudit tube échangeur. Le film protecteur est appliqué sur la surface intérieure ou extérieure du tube échangeur du côté du premier fluide, et optionneNement un autre film protecteur est appliqué sur la surface du tube échangeur du côté du deuxième fluide.

Selon un second aspect, l'invention concerne un article avec paroi anti-dépôt, ledit article comprenant une paroi présentant une surface couverte au moins en partie par un film protecteur en matériau polymère ayant une face arrière tournée vers la paroi et une face avant opposée. On appréciera que le film protecteur est un film polymère dense présentant une perméabilité à un agent nettoyant gazeux. Des moyens de distribution de gaz sont prévus pour distribuer l'agent nettoyant gazeux du côté de la face arrière, et ainsi permettre le nettoyage de la face avant du film protecteur lorsque l'agent nettoyant gazeux traverse le film protecteur de la face arrière vers la face avant.

La combinaison du film protecteur avec une paroi support couverte par le film protecteur forme donc une structure de paroi anti-dépôt qui peut être mise à profit dans nombre d'applications. On obtient ainsi un article dont la paroi peut être nettoyée.

Une telle structure de paroi anti-dépôt peut servir bien entendu dans le domaine des échangeurs, en particulier de chaleur mais également de matière, tubulaires, plans ou autres. Mais l'invention trouve à s'appliquer dans une diversité de domaines, dans lesquels une paroi/surface est susceptible d'être contaminée ou s'encrasser.

Ainsi dans une variante l'article est un tube ou une conduite comprenant une paroi définissant un passage pour un liquide, et le film protecteur est appliqué sur la surface interne et/ou externe de la paroi. En particulier, le film protecteur est appliqué sur toute la périphérie intérieure ou extérieure.

Outre les applications d'échangeurs de chaleur, une application particulièrement intéressante de l'invention est celle du simple transport de fluide. Dans ce cas l'article est généralement un tube, une conduite ou une canalisation et le film protecteur est appliqué sur la surface interne de la paroi. On vise ici notamment un usage dans les systèmes de réseaux d'eau, notamment d'eau ultra-pure utilisée dans certaines industries.

Mais l'article pourrait encore comprendre une paroi sensiblement plane, le film protecteur couvrant au moins en partie la surface de la paroi plane. A titre d'exemple, la paroi plane peut être une table ou paillasse, par ex, dans un laboratoire d'analyse. Selon un dernière aspect, l'invention concerne de manière générale un système de paroi anti dépôt, dans lequel le film protecteur perméable à l'agent nettoyant gazeux couvre une paroi massive, des moyens de distribution de gaz étant prévus pour distribuer un agent nettoyant gazeux du côté de la face arrière du film protecteur.

Les caractéristiques techniques mentionnées ci-après sont généralement applicables aux différents aspects de l'invention.

Dans le cadre de l'invention, le film protecteur en matériau polymère est dit « dense », c'est-à-dire qu'il est généralement considéré comme non-poreux ou étanche, ou à tout le moins peu perméable aux liquides. Toutefois, le film polymère dense présente une perméabilité à des agents nettoyants gazeux.

On choisira donc avantageusement pour le film protecteur des matériaux polymères denses combinant résistance mécanique, thermique et chimique, tout en étant perméables aux gaz utilisés comme agents nettoyants.

Dans le cadre de l'invention, on considère que le film protecteur a une perméabilité « sélective » aux agents nettoyants gazeux, en ce sens que le polymère du film protecteur est choisi pour son affinité avec des agents nettoyant gazeux prédéterminés, de sorte à présenter une bonne perméabilité à ces agents nettoyant gazeux mais pas aux autres fluides susceptibles de venir en contact avec la paroi pendant l'usage.

La perméabilité d'un polymère permet d'évaluer la quantité de matière traversant un matériau d'épaisseur donnée par unité de surface et de temps, pour une force motrice normée. L'unité la plus fréquemment employée est le Barrer (1 Barrer = 10 "10 cm 3 S TP-cm "2 .cm.s "1 .cmHg "1 ). La perméabilité des matériaux polymères vis-à-vis de différents composés gazeux ou liquides est référencée pour de nombreux systèmes et peut être déterminée expérimentalement par des techniques normalisées (méthode du time lag par exemple). Selon les applications, on choisira donc le polymère pour le film protecteur de sorte qu'il présente une bonne perméabilité au gaz nettoyant, par exemple de l'ordre de 1 à 1000 Barrer, de préférence entre 100 et 1000 Barrer, tout en étant sensiblement imperméable, ou peu perméable au fluide en contact avec la paroi. La perméabilité au gaz nettoyant du film protecteur peut notamment être de l'ordre de 500 Barrer. De plus, le film protecteur présente de préférence une perméabilité au fluide en contact avec la paroi inférieure à 100 Barrer. On notera dans ce contexte que le passage du fluide au contact avec le film protecteur peut être fortement limité en fixant une pression partielle en aval, côté face arrière (par exemple utilisation d'un agent nettoyant gazeux humide, afin de bloquer le passage d'eau).

A titre d'exemple, le film protecteur peut être réalisé en PolyTétraFluoroEthylène, PolyMéthylPentène, PolyEtherSulfone, Polysulfone, Ethylene-Propylene-Diene (EPDM), Polyimide, Acétate de cellulose, Ethylcellulose, Polydiméthylsiloxane, Polyamide, ou PolyEtherBlocAmide.

Pour le nettoyage de dépôts classiques de biofilms, tartre, etc., l'agent nettoyant gazeux est choisi parmi les agents suivants : CO2, CI2, O3, H2O2, purs ou dilués, et leurs mélanges.

Les polymères sus-visés présentent la sélectivité et perméabilité désirées par rapport à ces agents nettoyants gazeux, tout en offrant une perméabilité limitée aux liquides tels que l'eau ou les fluides employés dans les échangeurs.

Les moyens de distribution de gaz peuvent prendre toute forme appropriée pour apporter le gaz à l'arrière du film protecteur, selon les applications et réalisation. Comme la traversée du gaz s'opère en raison de la différence de pression partielle du gaz nettoyant (faible concentration en partie avant), il n'est pas besoin de pressions élevées dans les moyens de distribution, respectivement à l'arrière du film protecteur.

Les moyens de distribution de gaz sont avantageusement conçus pour distribuer le gaz nettoyant sensiblement sur l'ensemble de la face arrière du film protecteur, pour permettre un traitement uniforme/homogène. Selon les variantes, les moyens de distribution de gaz comprennent un réseau de canaux pour la distribution de gaz. Ces canaux peuvent être formés directement dans la paroi, donc situés sous le film protecteur. On pourra ici employer tout technique de structuration de la surface de la paroi support (Plaque ou tube), et notamment : rainures embouties, usinées ou extrudées, gravure chimique, abrasion ; ces préparations de surface devant permettre la répartition homogène de l'agent actif (libre circulation du gaz nettoyant).

Alternativement, les canaux peuvent être prévus dans une couche intermédiaire, entre la paroi et le film protecteur. Il s'agit là de placer un intercalaire poreux tel qu'un film textile, mousse de polymère ou métal, métal perforé, permettant la réalisation d'un espace entre le film protecteur et la paroi, apte à acheminer le gaz nettoyant.

Préférablement, les moyens de distribution de gaz comprennent un collecteur d'entrée en communication avec ledit réseau de canaux. Ils peuvent aussi comprendre un collecteur de sortie, afin de permettre une purge, par ex. en circulant un gaz de purge entre le collecteur d'entrée et de sortie.

La fixation du film protecteur sur la paroi qui le supporte peut se faire par tout moyen approprié, en particulier par collage ou par des moyens mécaniques (ex. sertissage), à la périphérie de la plaque. Alternativement le film protecteur peut avoir des propriétés d'adhésion, notamment lors de sa mise en œuvre.

Dans certaines variantes, le film protecteur et la paroi (d'échangeur ou de conduite) peuvent être réalisés dans le même matériau, de préférence avec le réseau de distribution du gaz nettoyant. Dans ce cas on peut fabriquer l'ensemble d'une seule pièce, par exemple par extrusion ou impression 3D. Selon les applications, en fonction du polymère du film protecteur et du fluide circulant le long de la paroi protectrice, et des conditions d'utilisation, une fraction du fluide peut diffuser à travers la paroi du côté de la face arrière. On peut alors trouver dans les moyens de distribution (cannelures et autres) un condensât (notamment vapeur d'eau condensée). On remarquera ici que les moyens de distributions forment un cul de sac pour le gaz, qui n'est pas propice à l'écoulement du fluide provenant de la face avant par perméance, malgré une perméance faible. Ce condensât peut être évacué par purge, par exemple.

Les domaines d'application de l'invention sont vastes : échangeurs de chaleur (usage domestique, médical ou industriel), équipements de laboratoire avec contrainte forte sur la formation de biofilms (laboratoires d'analyse médicale, microbiologique), canalisations d'adduction d'eau potable, ou d'eau ultra pure (industrie pharmaceutique, composants électroniques) contacteurs à membranes à peau dense, unités d'osmose inverse, distillation transmembranaire, procédés de type osmose directe pour production d'énergie (PRO), laboratoires pharmaceutiques de production de médicaments ; Secteurs médicaux ultrasensibles (lutte contre la formation de biofilms sur des paillasses par exemple), tours de réfrigération...

Description détaillée à l'aide des figures D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée d'au moins un mode de réalisation avantageux présenté ci- dessous, à titre d'illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent :

Fig.1 : un schéma illustrant le principe de l'invention avec a) configuration d'échangeur de chaleur classique, b) opération de nettoyage de l'échangeur classique et c) échangeur de chaleur mettant en œuvre l'invention ;

Fig.2 : schéma d'une conduite comprenant un film protecteur sur sa surface extérieure ;

Fig.3 : schéma d'une conduite comprenant un film protecteur sur ses surfaces intérieure et extérieure ;

Fig.4 : un mode de réalisation d'une plaque échangeur de chaleur ;

Fig.5 : schéma de principe d'un plan de travail avec un film protecteur ; et

Fig.6 : .schéma de principe d'une canalisation comprenant un film protecteur sur sa surface intérieure. Le principe de l'invention sera d'abord expliqué par rapport à la figure 1 . La figure 1 a schématise un principe d'échangeur de chaleur classique, dans lequel un transfert de chaleur entre deux fluides, matérialisés respectivement par les flèches 2 et 4, s'opère à travers une paroi 6 (paroi d'échange thermique), sans mélange entre les fluides. La paroi 6 est généralement réalisée dans un polymère massif, non poreux et ayant une résistance mécanique et chimique appropriées. Avec le temps, la surface d'échange de la paroi 6 s'encrasse : un dépôt 8 de biofilm se forme du côté du fluide 4.

La lutte contre l'encrassement de la surface se fait classiquement par ajout d'un agent nettoyant, également appelé agent actif, (par ex. du chlore) dans le fluide 4 pour venir au contact du dépôt du côté veine liquide, comme schématisé à la Fig.1 b).

Enfin, le principe de l'invention est illustré en figure 1 c). On y reconnaît la paroi 6 (massive et non-poreuse) qui sépare les deux fluides et permet un transfert thermique entre ceux-ci sans contact direct. Comme ci-dessus, la paroi 6 comprend deux faces 6.1 et 6.2 opposées qui constituent des surfaces d'échange thermique. On remarquera que le signe de référence 10 désigne un film protecteur en matériau polymère qui recouvre au moins en partie la surface 6.1 de la paroi 6 du côté du fluide 4. Le film polymère 10 a une face avant 10.1 en contact, en utilisation, avec le fluide 4 et une face arrière 10.2 opposée, face à la paroi 6. Le film protecteur 10 est dense, donc étanche au fluide 4, tout en étant perméable à un agent nettoyant gazeux (représenté par les flèches horizontales), qui peut être introduit du côté de la face arrière du film protecteur 10 de sorte à traverser le film protecteur et attaquer le dépôt 8 à « contre- courant ». La distribution de l'agent nettoyant gazeux à l'arrière du film protecteur 10 se fait par des moyens de distribution de gaz explicités plus bas.

Le présent concept propose donc l'apport d'agent actif nettoyant gazeux (par ex. CO2, CI2, O3, H2O2...) à travers un film polymère dense ayant une perméabilité prédéterminée et sélective pour l'agent nettoyant gazeux, permettant une action nettoyante à l'interface surface/dépôt. On propose donc ici un principe de paroi anti-dépôt qui permet de mettre en place des stratégies de lutte contre l'encrassement, l'entartrage ou le colmatage par biofilm des surfaces des échangeurs, ou plus généralement de parois, en appliquant, de manière intermittente, un flux de composés gazeux nettoyants appropriés dans le sens opposé au dépôt. En effet, les moyens de lutte classiquement employés pour prévenir les dépôts de tartre ou les biofilms (cas les plus fréquents rencontrés dans la pratique industrielle) reposent sur des prétraitements des fluides à traiter (ajout d'agents séquestrants ou de biocides par exemple), ou encore à des séquences de nettoyage des surfaces par circulation de solutions actives (procédures de type « Cleaning In Place », CIP, et « Disinfection In Place », DIP : acides, bases, biocides...). L'utilisation d'un agent gazeux d'attaque du dépôt par un apport à contre-courant, via le matériau de paroi de l'échangeur, présente les avantages suivants :

- Une plus grande efficacité, dans la mesure où l'agent est intégralement amené au contact direct à la base du dépôt.

- Une action plus rapide, pouvant conduire à une moindre consommation de l'agent employé, dans la mesure où l'apport induit un fort gradient de concentration à l'interface entre le support et le dépôt. Cette singularité est à même de provoquer, rapidement, un décrochage du dépôt, par rupture des points de contact entre le dépôt et le matériau (par exemple dissolution du carbonate de calcium par apport de CO2 ou attaque de biofilms par apport d'oxydants de type Cl ou O3).

- Une limitation des épaisseurs des dépôts/biofilms en modulant la fréquence et la durée des traitements préventifs sans générer d'arrêts pénalisant des échangeurs de chaleur.

En général, l'apport du gaz nettoyant se fait sélectivement, c'est-à-dire de manière intermittente, en ajustant la fréquence et la durée d'apport de gaz selon le traitement désiré. Il est toutefois possible de faire un apport continu.

Le film protecteur est un film polymère dense, c'est-à-dire qu'il est généralement considéré comme non-poreux ou étanche, et est en particulier imperméable aux liquides. Toutefois le film polymère dense présente une perméabilité à des agents nettoyants gazeux, notamment à CO2, CI2, O3, H2O2.

A titre d'exemple, on pourra utiliser pour le film protecteur des polymères tels que PolyTétraFluoroEthylène, PolyMéthylPentène, PolyEtherSulfone, Polysulfone, Ethylene-Propylene-Diene (EPDM), Polyimide, Acétate de cellulose, Ethylcellulose, Polydiméthylsiloxane, Polyamide,

PolyEtherBlocAmide, ou Teflon-AF. Ces polymères sont particulièrement intéressants car ils sont denses et combinent résistance mécanique, thermique, et chimique, tout en étant perméables aux gaz mais imperméables aux liquides (ou faible perméabilité). Ces exemples ne sont pas limitatifs et l'homme du métier pourra utiliser d'autres polymères répondant à ces critères.

La perméance aux gaz du film protecteur peut être ajustée en jouant sur l'épaisseur et le choix du polymère. Cela permet certaines adaptations par rapport au choix du gaz nettoyant. En général, le film protecteur peut avoir une épaisseur de l'ordre de 0,1 μιτι à 2 mm, plus particulièrement de 0,5 à 10 μιτι.

Différentes approches peuvent être adoptées pour l'agencement du film protecteur contre la paroi d'échangeur (paroi support) qui supporte le film protecteur.

Selon un mode de réalisation, le film protecteur et la paroi peuvent être réalisés dans le même matériau, par exemple par extrusion. Cela permet notamment de réaliser des cannelures dans la paroi support pour la distribution du gaz nettoyant. Cette solution évite les difficultés qu'on pourrait rencontrer avec un matériau composite. Un film protecteur avec une épaisseur de paroi de l'ordre du millimètre, avec un matériau perméable à un des agents actifs visés, est compatible avec l'extrusion, la paroi support ayant une épaisseur supérieure afin de constituer une paroi massive étanche.

Alternativement, selon le choix de polymère, celui-ci peut présenter lors de son dépôt ou sa mise en œuvre une certaine adhésion suffisante pour sa fixation contre la paroi support. Par ailleurs, le film protecteur est fixé au moyen d'un adhésif. On notera encore que, du fait qu'aucune surpression de l'agent gazeux actif par rapport au fluide générateur de biofilm n'est nécessaire, il n'existe pas de risque de déformation ou dégradation de la géométrie du système par la pression de l'agent gazeux. Il est donc envisageable d'appliquer le film protecteur sans rechercher d'adhésion complète de la surface.

Dans ce contexte également, on peut envisager le maintien mécanique du film protecteur polymère à sa périphérie, exerçant une pression suffisante selon une ligne périphérique du film protecteur afin d'éviter la fuite de l'agent gazeux. Dans le cas d'un film protecteur en forme de plaque, on pourra réaliser un sertissage périphérique. Dans le cas de conduites/canalisations, on pourra employer un film protecteur en forme de fourreau tubulaire, avec étanchéité au niveau de brides plates grâce à des collerettes réalisées aux extrémités du fourreau.

En résumé, le film polymère peut être maintenu au moins à ses extrémités et au moins pour assurer l'étanchéité du dispositif permettant une alimentation homogène de l'agent actif entre le celui-ci et le support (plaque, tube).

Une variante de réalisation d'un tube 20 muni d'un film de protection selon l'invention est illustrée à la figure 2. Le tube 20 comprend une paroi 22 cylindrique ayant une surface interne 22.1 et une surface externe 22.2 et définissant un passage interne 24. Le tube 20 peut être réalisé en tout matériau approprié, métallique ou polymère, en fonction de l'application envisagée.

Pour un usage comme échangeur de chaleur, la paroi 22 constitue une paroi d'échange thermique entre un premier fluide, circulant dans le passage interne 24 et un deuxième fluide, du côté opposé de la paroi 22. La surface externe 22.2 du tube est recouverte, sur toute sa périphérie, d'un film protecteur 26 dense en matériau polymère tel qu'expliqué par rapport à la figure 1 . Le film protecteur 26 est étanche au deuxième fluide qui circule à l'extérieur du tube 20. Comme indiqué ci-dessus, le film protecteur 26 peut être réalisé tel un fourreau tubulaire ayant un diamètre correspondant au diamètre externe du tube 20 et maintenu en place par ses extrémités. Le film protecteur 26 est choisi pour présenter une perméabilité sélective à un ou des agents nettoyant gazeux tout en étant étanche (ou moins perméable) au deuxième fluide (notamment liquide) circulant à l'extérieur du tube 20 et en contact avec la face externe du film protecteur 26. Le gaz nettoyant est acheminé à l'arrière du film protecteur 26 par une série de cannelures 28 (gorges longitudinales parallèles à l'axe du tube) réalisées dans la surface externe du tube. En introduisant le gaz nettoyant dans ces cannelures 28 on peut le distribuer sur toute la longueur du tube 20.

Comme le film protecteur 26 est perméable vis-à-vis du gaz nettoyant, celui-ci va pouvoir passer de la face arrière 26.1 du film 26 vers la face avant 26.2, et donc rencontrer la base des dépôts (biofilms ou autres) qui ont tendance à se former. Le film protecteur 26 étant toutefois étanche, notamment au deuxième fluide en contact avec le film protecteur, le deuxième fluide ne pénètre pas dans les cannelures 28. On notera encore avec intérêt que le passage du gaz nettoyant à travers le film 26 s'opère principalement en raison de la différence de pression partielle du gaz nettoyant entre les deux faces du film protecteur 26. Il n'est donc pas nécessaire de maintenir une pression importante de gaz dans le réseau de cannelures. Ainsi, le nettoyage des dépôts sur la surface 26.2 se fait en raison de l'activité chimique de l'agent nettoyant choisi, et donc non pas en raison de l'usage de pressions de gaz visant à décoller les dépôts.

Un autre mode de réalisation est illustré à la figure 3, dans lequel le tube 20 de la Fig. 2 est muni d'un film protecteur 26 sur la surface interne et externe. Le tube 20 comprend donc des cannelures 28' dans la périphérie intérieure de la paroi, c'est-à-dire dans la surface interne 22.2.

Dans les variantes des figures 2 et 3 la paroi 22 du tube 20 agit comme paroi structurelle et d'échange thermique, ainsi que comme support de film protecteur. En outre les cannelures 28 et 28', qui forment un moyen ou réseau de distribution de gaz, sont formées directement dans la paroi 22 du tube. De telles cannelures ou gorges pour la distribution de gaz sont évidemment aisément réalisées par extrusion conventionnellement utilisée pour la fabrication de tubes, ou encore par usinage ou impression 3D.

Alternativement, comme indiqué ci-avant, une couche intermédiaire peut être formée sur la surface d'échange à protéger, cette couche intermédiaire étant apte à supporter le film protecteur et comprenant un réseau de cellules ouvertes ou canaux, à distribution aléatoire ou déterministe, aptes à distribuer le gaz nettoyant de manière sensiblement uniforme sur l'ensemble de la surface arrière du film protecteur. On pourrait par exemple former une couche intermédiaire en mousse polymère ou métallique à porosité ouverte. La figure 4 illustre schématiquement une plaque 30 pour un échangeur à de chaleur à plaques selon une variante de l'invention. Conventionnellement, la plaque 30 a une forme générale rectangulaire et comprend des orifices 32 pour le passage de conduites (non montrées) pour l'introduction ou collecte de fluide. La plaque 30 forme une paroi de séparation entre deux fluides et comprend donc une face avant 30.1 et une face arrière opposée, qui forment des surfaces d'échange.

Afin de permettre le désencrassement de la surface d'échange, la face avant 30.1 est couverte partiellement par un film protecteur 34 (représenté en pointillés) qui recouvre la majorité de sa surface. Le film protecteur 34 est du même type que le film protecteur décrit ci-avant, c'est-à-dire qu'il est étanche au fluide/liquide qui viendra, à l'utilisation, en contact avec le film protecteur et qu'il présente une perméabilité à un agent nettoyant gazeux amené par la face arrière du film 34, celle tournée vers la face avant 30.1 de la plaque 30. Le film protecteur 34 est fixé sur la plaque à sa périphérie par collage ou par tout moyen approprié, par ex. sertissage (non montré).

Les moyens de distribution de gaz nettoyant comprennent une pluralité de gorges longitudinales 36 réalisées dans la face avant 30.1 et formant un réseau de distribution de gaz nettoyant. Le gaz nettoyant est introduit dans les gorges 36 par une gorge transversale 38 formant collecteur d'entrée, communiquant avec un port d'entrée 40 via une conduite 42. Comme pour les variantes des figures 2 et 3, les gorges 36, 38 sont fermées, dans le plan de la surface 30.1 de la plaque, par le film protecteur 34. Le gaz nettoyant se trouve donc en contact avec la face arrière du film 34 et diffuse vers la face avant de celui-ci sous l'effet de la différence de pression partielle du gaz nettoyant entre les deux faces. Une source de gaz 44 comprenant une conduite 46 avec robinet de réglage 48 est raccordée au port d'entrée 40. Le robinet 48 permet l'introduction sélective de quantités prédéterminées de gaz dans le réseau de gorges 38.

On remarquera encore que dans les variantes ci-dessus qui emploient des gorges ou cannelures pour la distribution de gaz nettoyant, le film protecteur vient les fermer de manière étanche au fluide circulant d'échangeur. Ainsi le gaz nettoyant est directement au contact de la face arrière du film protecteur mais le fluide/liquide du côté de la face avant ne peut pénétrer dans les canaux distribution du gaz nettoyant.

Une dernière variante concernant un plan de travail 50 à paroi anti-dépôt est schématiquement représentée en figure 5. On y reconnaît une table avec quatre pieds 52 et un plateau 54 définissant un plan de travail. La surface supérieure du plan de travail est entièrement recouverte par un film protecteur 56 en polymère dense, généralement étanche aux liquides et présentant une perméabilité à un agent nettoyant gazeux. Entre les deux se trouve une couche intermédiaire 58 formant un réseau de distribution de gaz. Il s'agit par exemple d'une mousse polymère rigide à pores ouverts ou un tissé polymère (type tamis). Le signe de référence 60 désigne un collecteur d'entrée (représenté en pointillés) qui s'étend sur toute la largeur de la couche intermédiaire 58 et sur son épaisseur. Il a une forme de caisson raccordé d'un côté à une source de gaz nettoyant 62 et ouvert sur la couche intermédiaire 58. Il permet l'introduction du gaz nettoyant dans la couche intermédiaire. Comme la porosité de la couche intermédiaire 58 est ouverte, le gaz circule dans celle-ci et arrive au contact de la face arrière du film protecteur 28. Les quatre cotés latéraux de la couche intermédiaire 58 sont fermés de manière étanche par tout moyen approprié, par exemple des bandelettes thermo-soudées. Le signe de référence 61 désigne un tuyau d'alimentation de gaz muni d'un robinet, qui permet l'introduction sélective de gaz nettoyant dans la couche intermédiaire. De préférence le tuyau d'alimentation 61 se termine par un raccord qui coopère avec un raccord du collecteur d'entrée 60, ce qui permet de séparer les deux raccords et donc de déconnecter la source de gaz, qui n'est requise que lorsque l'on souhaite opérer un nettoyage de la surface de travail.

A l'opposé du collecteur d'entrée se trouve optionnellement un collecteur de sortie 64 similaire au collecteur d'entrée 60. Un robinet (non représenté) est associé au collecteur de sortie et permet, le cas échéant, de faire communiquer couche intermédiaire avec l'extérieur, par exemple dans l'éventualité d'une purge. Ce robinet est généralement fermé pour que l'ensemble du gaz introduit via le collecteur d'entrée 60 circule vers la face avant du film protecteur.

Enfin la Figure 6 concerne une application de l'invention aux systèmes de réseaux d'eau. Ici le signe de référence 20" désigne une canalisation dont la paroi 22 porte sur sa face interne 22.1 le film protecteur 26. Comme dans la variante de la Fig.3, des cannelures 28' permettent la distribution de l'agent nettoyant gazeux à l'arrière du film protecteur 26. Le fluide circulant dans le passage interne 24 de la conduite 20" est donc au contact du film protecteur 26 et sa surface peut être maintenue propre par injection de l'agent nettoyant gazeux. Une telle conduite munie d'une paroi anti-dépôt peut être utilisée pour l'adduction d'eau en général, et trouve une application particulièrement intéressante pour la fourniture d'eau ultra-propre.