CA2062688A1 - Procede de conduite d'un echangeur de chaleur, et echangeur de chaleur correspondant - Google Patents
Procede de conduite d'un echangeur de chaleur, et echangeur de chaleur correspondantInfo
- Publication number
- CA2062688A1 CA2062688A1 CA002062688A CA2062688A CA2062688A1 CA 2062688 A1 CA2062688 A1 CA 2062688A1 CA 002062688 A CA002062688 A CA 002062688A CA 2062688 A CA2062688 A CA 2062688A CA 2062688 A1 CA2062688 A1 CA 2062688A1
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- exchanger
- heat
- cold
- fluid
- hot end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04787—Heat exchange, e.g. main heat exchange line; Subcooler, external reboiler-condenser
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
- F25J3/04824—Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming; Back-up procedures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/42—Nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2280/00—Control of the process or apparatus
- F25J2280/20—Control for stopping, deriming or defrosting after an emergency shut-down of the installation or for back up system
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
L'échangeur de chaleur fait partie d'une installation de traitement de fluides à fonctionnement discontinu. Pendant les périodes d'arrêt, on apporte de la chaleur au bout chaud et du froid au bout froid de l'échangeur de façon à maintenir ces deux bouts à des températures relativement voisines de celles correspondant aux périodes actives, l'un au moins de ces deux apports étant fourni par un fluide de réserve de l'installation. Application aux installations de distillation d'air.
Description
206268~
La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur à contre-courant utilisés dans les installations de traitement de fluides à fonc-tionnement discontinu.
Ces installations posent des problèmes particuliers, pour les raisons suivantes.
En régime de fonctionnement continu, un échangeur de chaleur à contre-courant a un profil de température à peu près linéaire entre son bout froid et son bout chaud.
Ce profil étant lié à la température des fluides qui le traversent et échangent de la chaleur entre eux, tout arrêt brutal de circulation de ces fluides provoque une uniformisation rapide, par con-duction, des températures de l'échangeur vers unetempérature qui est sensiblement la moyenne des températures du bout chaud et du bout froid.
L'échangeur subit donc des variations ra-pides de température à ses extrémités, et un risque majeur de déformation ou de rupture apparait lors des redémarrages, du fait des chocs thermiques produits par les fluides traités.
Par exemple~ dans le cas de l'échangeur de chaleur principal d'une installation de distillation d'air et de production d'azote du type HPN (High Pu-rity Nitrogen), l'air traité à 8 bars entre à +20C et est refroidi autour de -169C à contre-courant des produits sortants : l'azote, réchauffé de -173C à
+15C, et le gaz résiduaire, réchauffé de -180C à
+15C. En régime permanent, l'échangeur a une tem-pérature qui varie linéairement de -175C environ-au bout froid jusqu'à environ +17C au bout chaud. Si l'on arrête brusquement la circulation des fluides, la température de l'échangeur va rapidement s'équilibrer , ~ 2062688 autour de -80C.
L'invention a pour but d'éviter les risques de déformation et de rupture de l'échangeur de chaleur lors des redémarrages.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de conduite d'un échangeur de chaleur faisant partie d'une installation de traitement ds fluides à
fonctionnement discontinu, du type dans lequel, pen-dant des périodes de temps actives séparées par des périodes d'arrêt, on fait circuler au moins un fluide frigorigène dans des premiers passages de l'échangeur, du bout froid au bout chaud de celui-ci, et au moins un fluide calorigène dans des seconds passages de l'échangeur, du bout chaud au bout froid de celui-ci, caractérisé en ce que, pendant les périodes d'arrêt, on apporte de la chaleur au bout chaud et du froid au bout froid de l'échangeur de façon à maintenir ces deux bouts à des températures relativement voisines de celles correspondant aux périodes actives, l'un au moins de ces deux apports étant fourni par un fluide de réserve de l'installation.
Suivant d'autres caractéristiques :
- à la fin de chaque période d'arrêt, on augmente progressivement lesdites quantités de chaleur et/ou de froid pour amener progressivement les tempé-ratures des deux bouts de l'échangeur aux températures correspondant aux périodes actives;
- lorsque, pendant les périodes actives, l'un des deux bouts de l'échangeur est à une tempéra-ture voisine de la température ambiante, on met cebout de l'échangeur en relation d'échange thermique avec l'atmosphère extérieure pendant les périodes d'arrêt;
- dans le cas d'une installation cryogéni-` 2062688 que, on met le bout chaud en relation d'échange ther-mique avec l'atmosphère extérieure par conduction et le bout froid en relation d'échange thermique avec des évaporations d'un liquide cryogénique de réserve de l'installation;
- on apporte au bout chaud, pendant les périodes d'arrêt, une quantité de chaleur addition-nelle, notamment par effet Joule;
- on fait circuler lesdites évaporations du bout froid au bout chaud de l'échangeur, dans lesdits seconds passages de celui-ci ou dans des passages spécialement prévus à cet effet.
L'invention a également pour ob;et un échan-geur de chaleur destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cet échangeur, du type comprenant un bout froid, un bout chaud, des premiers passages s'étendant du bout froid au bout chaud pour la circulation d'un fluide frigorigène, et des seconds passages s'étendant du bout chaud au bout froid pour la circulation d'un fluide calorigène, est caractérisé en ce qu'il compor-te d'une part, à un premier bout, des supports thermi-quement conducteurs s'étendant jusqu'à une source de chaleur, et d'autre part des moyens pour mettre un fluide de réserve de l'installation en relation d'échange thermique avec l'autre bout de l'échangeur.
Suivant d'autres caractéristiques :
- lesdits moyens comprennent des passages de l'échangeur spécialement prévus pour la circulation dudit fluide de réserve, reliés à une réserve de`ce fluide;
- l'échangeur étant du type à plaques bra-sées, lesdits moyens comprennent un serpentin fixé en relation d'échange thermique sur chaque face de l'échangeur comportant les tranches d'extrémité des .
:
plaques, ce serpentin étant relié à une réserve du fluide de stockage;
- le serpentin définit une surface d'échange thermique plus importante au voisinage dudit autre bout de l'échangeur ;
- les supports thermiquement conducteurs sont équipés de moyens de chauffage additionnels, no-tamment de résistances électriques.
Des exemples de mises en oeuvre de l'inven-tion vont maintenant être décrits en regard du dessinannexé, sur lequel :
- la Fig.1 est une vue schématique partielle en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à
l'invention ; et - la Fig.2 est une vue analogue d'un autre mode de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.
La Fig.1, qui ne représente que les éléments utiles à la compréhension de l'invention, montre un échangeur de chaleur à contre-courant du type à pla-ques d'aluminium brasées, faisant partie d'une instal-lation de traitement de fluides à fonctionnement dis-continu, qui est typiquement une installation de dis-tillation d'air. Il s'agit plus précisément dans cet exemple d'une installation de production d'azote du type HPN.
Comme il est bien connu, un échangeur à
plaques brasées est constitué d'un empilement de nom-breuses plaques d'aluminium 2, supposées verticales, qui sont toutes identiques, rectangulaires et paral-lèles entre elles. Ces plaques délimitent entre elles de nombreux passages plats. Sur les bords des plaques sont prévues des barrettes-entretoises, et des inter-ruptions judicieuses de ces barrettes définissent 20~2688 , des fen8tres d'entrée ou de sortie de fluides dans des groupes de passages sélectionnés.
Les entrées - sorties de fluides s'effec-tuent grâce à des boites semi-cylindriques accolées aux faces de l'échangeur comportant des barrettes.
Dans l'exemple considéré, l'extrémité infé-rieure, ou bout froid, de l'échangeur comporte trois boites :
- sur une face verticale de l'échangeur, une boite 3 servant normalement à l'entrée d'azote gazeux, frigorigène, produit par l'installation, cet azote gazeux arrivant dans la boite 3 via une conduite 4 équipée d'une vanne d'arrêt 5 ;
- sur la face inférieure de l'échangeur, une boite 6 servant normalement à l'entrée de gaz rési-duaire, également frigorigène, de l'installation, lequel gaz arrive dans la boite 6 via une conduite 7 équipée d'une vanne d'arrêt 8 ; et - sur l'autre face verticale de l'échangeur, ~,JO une boite 9 servant à la sortie de l'air à distiller, après refroidissement, cet air constituant le fluide calorigène de l'échangeur de chaleur et sortant de la boite 9 via une conduite 10.
La sortie hors de l'échangeur de l'azote et .5 du gaz résiduaire s'effectue par des boites de sortie respectives (non représentées) prévues à l'extrémité
supérieure, ou bout chaud, de l'échangeur ; de meme, l'entrée de l'air à traiter s'effectue par une boite d'entrée (non représentée) prévue à cette extrémité
supérieure.
Au voisinage de son bout chaud, l'échangeur est monté sur deux supports horizontaux 11 qui s'éten-dent jusqu'à une enveloppe extérieure métallique 12 de l'installation dont la face extérieure est au ' 20~2688 contact de l'atmosphère extérieure. Ces supports sont thermiquement conducteurs et sont en contact étroit, assurant un bon échange de chaleur, avec les faces verticales respectives de l'échangeur 1 comportant les boites 3 et 9, sur toute la largeur de ces faces.
L'installation de distillation d'air com-prend une réserve de liquide cryogénique, qui est par exemple un séparateur de phases liquide/vapeur, la cuve d'une colonne de distillation ou un réservoir de liquide. Cette réserve a été schématisée en 13, et on supposera dans la suite qu'il s'agit d'un réservoir d'azote liquide. De la partie supérieure de cette réserve 13 part une conduite 14 équipée d'une vanne d'arret 15. Cette conduite se divise en deux conduites 16, 17 aboutissant respectivement dans les boites 3 et 6.
Pendant les périodes de fonctionnement nor-mal de l'installation, la circulation à contre-courant d'une part des deux fluides frigorigènes (azote et gaz -~D résiduaire), d'autre part de l'air à traiter calorigè-ne, maintient les deux extrémités de l'échangeur 1 à
des températures définies, par exemple de l'ordre de ~15C pour le bout chaud avec un écart de température d'environ 5C entre les fluides sortants et entrant, et de l'ordre de -170 à -180C pour le bout froid, avec un écart de température d'environ 10C entre les fluides entrants et sortant.
Lorsque la production d'azote est interrom-pue, on ferme les vannes 5 et 8 et on ouvre la va~ne 15. Ainsi, un débit contrôlé d'azote gazeux froid est envoyé dans tous les passages de fluides frigorigènes, tandis qu'un flux de chaleur à la température ambiante atteint tous les passages de l'échangeur à son bout chaud, via les supports 11.
7 20~2688 On peut ainsi, avec une très faible consom-mation d'azote, maintenir entre le bout chaud et le bout froid de l'échangeur, pendant des périodes d'ar-ret de l'installation, un gradient de température re-lativement voisin de celui correspondant au fonction-nement normal de l'installation. Cette expression doit etre comprise dans un sens très large comme désignant un gradient de température entre une température cryogénique, par exemple de l'ordre de -110C, pour le bout froid, et une température voisine de l'ambiante, par exemple de l'ordre de +5C, pour le bout chaud.
On évite ainsi les chocs thermiques lors du redémarrage de l'installation, et on diminue du meme coup le temps de redémarrage nécessaire pour atteindre l'équilibre nominal de l'échangeur. De plus, les per-tes thermiques sont réduites grâce au maintien per-manent en froid du bout froid de l'échangeur.
Comme indiqué en trait mixte à la Fig.1, en variante, l'échangeur 1 peut être pourvu de passages supplémentaires spéclalement affectés à la circulatlon des évaporations de la réserve 13 pendant les périodes d'arrêt. Dans ce cas, la conduite 14 aboutit directe-ment à une boîte d'entrée 3A, adjacente à la boîte 3, débouchant dans ces passages supplémentaires.
Le mode de réalisation représenté à la Fig.2 diffère du précédent par les points suivants.
D'une part, au bout chaud de l'échangeur de chaleur lA, les supports 11 sont munis de résistances électriques 18 qui permettent d'apporter un supplément contrôlé de chaleur à ce bout chaud, et donc de main-tenir celui-ci à une température déterminée voisine-de la température ambiante. Pour cela, le courant élec-trique est envoyé dans ces résistances sous la comman-de de sondes de température l9 associées à chaque
La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur à contre-courant utilisés dans les installations de traitement de fluides à fonc-tionnement discontinu.
Ces installations posent des problèmes particuliers, pour les raisons suivantes.
En régime de fonctionnement continu, un échangeur de chaleur à contre-courant a un profil de température à peu près linéaire entre son bout froid et son bout chaud.
Ce profil étant lié à la température des fluides qui le traversent et échangent de la chaleur entre eux, tout arrêt brutal de circulation de ces fluides provoque une uniformisation rapide, par con-duction, des températures de l'échangeur vers unetempérature qui est sensiblement la moyenne des températures du bout chaud et du bout froid.
L'échangeur subit donc des variations ra-pides de température à ses extrémités, et un risque majeur de déformation ou de rupture apparait lors des redémarrages, du fait des chocs thermiques produits par les fluides traités.
Par exemple~ dans le cas de l'échangeur de chaleur principal d'une installation de distillation d'air et de production d'azote du type HPN (High Pu-rity Nitrogen), l'air traité à 8 bars entre à +20C et est refroidi autour de -169C à contre-courant des produits sortants : l'azote, réchauffé de -173C à
+15C, et le gaz résiduaire, réchauffé de -180C à
+15C. En régime permanent, l'échangeur a une tem-pérature qui varie linéairement de -175C environ-au bout froid jusqu'à environ +17C au bout chaud. Si l'on arrête brusquement la circulation des fluides, la température de l'échangeur va rapidement s'équilibrer , ~ 2062688 autour de -80C.
L'invention a pour but d'éviter les risques de déformation et de rupture de l'échangeur de chaleur lors des redémarrages.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de conduite d'un échangeur de chaleur faisant partie d'une installation de traitement ds fluides à
fonctionnement discontinu, du type dans lequel, pen-dant des périodes de temps actives séparées par des périodes d'arrêt, on fait circuler au moins un fluide frigorigène dans des premiers passages de l'échangeur, du bout froid au bout chaud de celui-ci, et au moins un fluide calorigène dans des seconds passages de l'échangeur, du bout chaud au bout froid de celui-ci, caractérisé en ce que, pendant les périodes d'arrêt, on apporte de la chaleur au bout chaud et du froid au bout froid de l'échangeur de façon à maintenir ces deux bouts à des températures relativement voisines de celles correspondant aux périodes actives, l'un au moins de ces deux apports étant fourni par un fluide de réserve de l'installation.
Suivant d'autres caractéristiques :
- à la fin de chaque période d'arrêt, on augmente progressivement lesdites quantités de chaleur et/ou de froid pour amener progressivement les tempé-ratures des deux bouts de l'échangeur aux températures correspondant aux périodes actives;
- lorsque, pendant les périodes actives, l'un des deux bouts de l'échangeur est à une tempéra-ture voisine de la température ambiante, on met cebout de l'échangeur en relation d'échange thermique avec l'atmosphère extérieure pendant les périodes d'arrêt;
- dans le cas d'une installation cryogéni-` 2062688 que, on met le bout chaud en relation d'échange ther-mique avec l'atmosphère extérieure par conduction et le bout froid en relation d'échange thermique avec des évaporations d'un liquide cryogénique de réserve de l'installation;
- on apporte au bout chaud, pendant les périodes d'arrêt, une quantité de chaleur addition-nelle, notamment par effet Joule;
- on fait circuler lesdites évaporations du bout froid au bout chaud de l'échangeur, dans lesdits seconds passages de celui-ci ou dans des passages spécialement prévus à cet effet.
L'invention a également pour ob;et un échan-geur de chaleur destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cet échangeur, du type comprenant un bout froid, un bout chaud, des premiers passages s'étendant du bout froid au bout chaud pour la circulation d'un fluide frigorigène, et des seconds passages s'étendant du bout chaud au bout froid pour la circulation d'un fluide calorigène, est caractérisé en ce qu'il compor-te d'une part, à un premier bout, des supports thermi-quement conducteurs s'étendant jusqu'à une source de chaleur, et d'autre part des moyens pour mettre un fluide de réserve de l'installation en relation d'échange thermique avec l'autre bout de l'échangeur.
Suivant d'autres caractéristiques :
- lesdits moyens comprennent des passages de l'échangeur spécialement prévus pour la circulation dudit fluide de réserve, reliés à une réserve de`ce fluide;
- l'échangeur étant du type à plaques bra-sées, lesdits moyens comprennent un serpentin fixé en relation d'échange thermique sur chaque face de l'échangeur comportant les tranches d'extrémité des .
:
plaques, ce serpentin étant relié à une réserve du fluide de stockage;
- le serpentin définit une surface d'échange thermique plus importante au voisinage dudit autre bout de l'échangeur ;
- les supports thermiquement conducteurs sont équipés de moyens de chauffage additionnels, no-tamment de résistances électriques.
Des exemples de mises en oeuvre de l'inven-tion vont maintenant être décrits en regard du dessinannexé, sur lequel :
- la Fig.1 est une vue schématique partielle en perspective d'un échangeur de chaleur conforme à
l'invention ; et - la Fig.2 est une vue analogue d'un autre mode de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention.
La Fig.1, qui ne représente que les éléments utiles à la compréhension de l'invention, montre un échangeur de chaleur à contre-courant du type à pla-ques d'aluminium brasées, faisant partie d'une instal-lation de traitement de fluides à fonctionnement dis-continu, qui est typiquement une installation de dis-tillation d'air. Il s'agit plus précisément dans cet exemple d'une installation de production d'azote du type HPN.
Comme il est bien connu, un échangeur à
plaques brasées est constitué d'un empilement de nom-breuses plaques d'aluminium 2, supposées verticales, qui sont toutes identiques, rectangulaires et paral-lèles entre elles. Ces plaques délimitent entre elles de nombreux passages plats. Sur les bords des plaques sont prévues des barrettes-entretoises, et des inter-ruptions judicieuses de ces barrettes définissent 20~2688 , des fen8tres d'entrée ou de sortie de fluides dans des groupes de passages sélectionnés.
Les entrées - sorties de fluides s'effec-tuent grâce à des boites semi-cylindriques accolées aux faces de l'échangeur comportant des barrettes.
Dans l'exemple considéré, l'extrémité infé-rieure, ou bout froid, de l'échangeur comporte trois boites :
- sur une face verticale de l'échangeur, une boite 3 servant normalement à l'entrée d'azote gazeux, frigorigène, produit par l'installation, cet azote gazeux arrivant dans la boite 3 via une conduite 4 équipée d'une vanne d'arrêt 5 ;
- sur la face inférieure de l'échangeur, une boite 6 servant normalement à l'entrée de gaz rési-duaire, également frigorigène, de l'installation, lequel gaz arrive dans la boite 6 via une conduite 7 équipée d'une vanne d'arrêt 8 ; et - sur l'autre face verticale de l'échangeur, ~,JO une boite 9 servant à la sortie de l'air à distiller, après refroidissement, cet air constituant le fluide calorigène de l'échangeur de chaleur et sortant de la boite 9 via une conduite 10.
La sortie hors de l'échangeur de l'azote et .5 du gaz résiduaire s'effectue par des boites de sortie respectives (non représentées) prévues à l'extrémité
supérieure, ou bout chaud, de l'échangeur ; de meme, l'entrée de l'air à traiter s'effectue par une boite d'entrée (non représentée) prévue à cette extrémité
supérieure.
Au voisinage de son bout chaud, l'échangeur est monté sur deux supports horizontaux 11 qui s'éten-dent jusqu'à une enveloppe extérieure métallique 12 de l'installation dont la face extérieure est au ' 20~2688 contact de l'atmosphère extérieure. Ces supports sont thermiquement conducteurs et sont en contact étroit, assurant un bon échange de chaleur, avec les faces verticales respectives de l'échangeur 1 comportant les boites 3 et 9, sur toute la largeur de ces faces.
L'installation de distillation d'air com-prend une réserve de liquide cryogénique, qui est par exemple un séparateur de phases liquide/vapeur, la cuve d'une colonne de distillation ou un réservoir de liquide. Cette réserve a été schématisée en 13, et on supposera dans la suite qu'il s'agit d'un réservoir d'azote liquide. De la partie supérieure de cette réserve 13 part une conduite 14 équipée d'une vanne d'arret 15. Cette conduite se divise en deux conduites 16, 17 aboutissant respectivement dans les boites 3 et 6.
Pendant les périodes de fonctionnement nor-mal de l'installation, la circulation à contre-courant d'une part des deux fluides frigorigènes (azote et gaz -~D résiduaire), d'autre part de l'air à traiter calorigè-ne, maintient les deux extrémités de l'échangeur 1 à
des températures définies, par exemple de l'ordre de ~15C pour le bout chaud avec un écart de température d'environ 5C entre les fluides sortants et entrant, et de l'ordre de -170 à -180C pour le bout froid, avec un écart de température d'environ 10C entre les fluides entrants et sortant.
Lorsque la production d'azote est interrom-pue, on ferme les vannes 5 et 8 et on ouvre la va~ne 15. Ainsi, un débit contrôlé d'azote gazeux froid est envoyé dans tous les passages de fluides frigorigènes, tandis qu'un flux de chaleur à la température ambiante atteint tous les passages de l'échangeur à son bout chaud, via les supports 11.
7 20~2688 On peut ainsi, avec une très faible consom-mation d'azote, maintenir entre le bout chaud et le bout froid de l'échangeur, pendant des périodes d'ar-ret de l'installation, un gradient de température re-lativement voisin de celui correspondant au fonction-nement normal de l'installation. Cette expression doit etre comprise dans un sens très large comme désignant un gradient de température entre une température cryogénique, par exemple de l'ordre de -110C, pour le bout froid, et une température voisine de l'ambiante, par exemple de l'ordre de +5C, pour le bout chaud.
On évite ainsi les chocs thermiques lors du redémarrage de l'installation, et on diminue du meme coup le temps de redémarrage nécessaire pour atteindre l'équilibre nominal de l'échangeur. De plus, les per-tes thermiques sont réduites grâce au maintien per-manent en froid du bout froid de l'échangeur.
Comme indiqué en trait mixte à la Fig.1, en variante, l'échangeur 1 peut être pourvu de passages supplémentaires spéclalement affectés à la circulatlon des évaporations de la réserve 13 pendant les périodes d'arrêt. Dans ce cas, la conduite 14 aboutit directe-ment à une boîte d'entrée 3A, adjacente à la boîte 3, débouchant dans ces passages supplémentaires.
Le mode de réalisation représenté à la Fig.2 diffère du précédent par les points suivants.
D'une part, au bout chaud de l'échangeur de chaleur lA, les supports 11 sont munis de résistances électriques 18 qui permettent d'apporter un supplément contrôlé de chaleur à ce bout chaud, et donc de main-tenir celui-ci à une température déterminée voisine-de la température ambiante. Pour cela, le courant élec-trique est envoyé dans ces résistances sous la comman-de de sondes de température l9 associées à chaque
2~2688 support 11.
D'autre part, les évaporations de la réserve d'azote liquide 13 sont amenées par la conduite 14 non plus dans les boîtes 3 et 6 ou 3A, mais dans des serpentins rapportés 20 accolés en relation d'échange thermique sur les deux faces verticales opposées de l'échangeur comportant les boîtes 3 et 9.
Les deux serpentins 20 sont agencés en zigzag, sur toute la largeur desdites faces, avec un pas serré dans la zone froide de l'échangeur, où le plus grand apport de froid est nécessaire, et un pas progressivement croissant en remontant le long de l'échangeur, jusqu'à leur sortie, voisine des supports 11, qui est reliée à une conduite commune 21 d'évacuation d'azote réchauffé.
Les serpentins 20 sont fixés sur l'échangeur de manière à être en contact thermique avec tous les passages de l'échangeur. Cette fixation peut avantageusement être mixte et comporter une fixation mécanique et un collage au moyen d'une résine cryogénique thermiquement conductrice appropriee. `
Il est à noter que l'echangeur 1 ou lA peut être monte soit dans une boîte froide classique à
pression atmospherique soit, dans certaines installations, dans un espace sous vide délimite, entre autres, par la paroi exterieure 12.
En variante, une autre manière de maintenir un gradient de temperature dans l'echangeur pendant les periodes d'arrêt de l'appareil, est de fournir une puissance electrique constante au bout chaud par . -.
lesdites resistances, d'envoyer les evaporations de la reserve 13 au bout froid de l'echangeur et de contrôler la temperature du bout chaud par le debit des evaporations de la reserve. Ainsi, les évaporations de la réserve 13 sont envoyées dans l'échangeur (vanne 15 ouverte) lorsque la température du bout chaud est supérieure à une limite supérieure (10C par exemple), et elles sont arrêtées (vanne lS
fermée) lorsque la température du bout chaud devient inférieure à une limite inférieure (0C par exemple).
Sous l'effet du flux de chaleur envoyé au bout chaud, la température du bout chaud remonte et, quand elle devient supérieure à la limite supérieure, les évaporations de la réserve sont à nouveau introduites dans l'échangeur.
D'autre part, les évaporations de la réserve d'azote liquide 13 sont amenées par la conduite 14 non plus dans les boîtes 3 et 6 ou 3A, mais dans des serpentins rapportés 20 accolés en relation d'échange thermique sur les deux faces verticales opposées de l'échangeur comportant les boîtes 3 et 9.
Les deux serpentins 20 sont agencés en zigzag, sur toute la largeur desdites faces, avec un pas serré dans la zone froide de l'échangeur, où le plus grand apport de froid est nécessaire, et un pas progressivement croissant en remontant le long de l'échangeur, jusqu'à leur sortie, voisine des supports 11, qui est reliée à une conduite commune 21 d'évacuation d'azote réchauffé.
Les serpentins 20 sont fixés sur l'échangeur de manière à être en contact thermique avec tous les passages de l'échangeur. Cette fixation peut avantageusement être mixte et comporter une fixation mécanique et un collage au moyen d'une résine cryogénique thermiquement conductrice appropriee. `
Il est à noter que l'echangeur 1 ou lA peut être monte soit dans une boîte froide classique à
pression atmospherique soit, dans certaines installations, dans un espace sous vide délimite, entre autres, par la paroi exterieure 12.
En variante, une autre manière de maintenir un gradient de temperature dans l'echangeur pendant les periodes d'arrêt de l'appareil, est de fournir une puissance electrique constante au bout chaud par . -.
lesdites resistances, d'envoyer les evaporations de la reserve 13 au bout froid de l'echangeur et de contrôler la temperature du bout chaud par le debit des evaporations de la reserve. Ainsi, les évaporations de la réserve 13 sont envoyées dans l'échangeur (vanne 15 ouverte) lorsque la température du bout chaud est supérieure à une limite supérieure (10C par exemple), et elles sont arrêtées (vanne lS
fermée) lorsque la température du bout chaud devient inférieure à une limite inférieure (0C par exemple).
Sous l'effet du flux de chaleur envoyé au bout chaud, la température du bout chaud remonte et, quand elle devient supérieure à la limite supérieure, les évaporations de la réserve sont à nouveau introduites dans l'échangeur.
Claims (12)
1. Procédé de conduite d'un échangeur de chaleur faisant partie d'une installation de traitement de fluides à fonctionnement discontinu, du type dans lequel, pendant des périodes de temps actives séparées par des périodes d'arrêt, on fait circuler au moins un fluide frigorigène dans des premiers passages de l'échangeur, du bout froid au bout chaud de celui-ci, et au moins un fluide calorigène dans des seconds passages de l'échangeur, du bout chaud au bout froid de celui-ci, caractérisé
en ce que, pendant les périodes d'arrêt, on apporte de la chaleur au bout chaud et du froid au bout froid de l'échangeur de façon à maintenir ces deux bouts à
des températures relativement voisines de celles correspondant aux périodes actives, l'un au moins de ces deux apports étant fourni par un fluide de réserve de l'installation.
en ce que, pendant les périodes d'arrêt, on apporte de la chaleur au bout chaud et du froid au bout froid de l'échangeur de façon à maintenir ces deux bouts à
des températures relativement voisines de celles correspondant aux périodes actives, l'un au moins de ces deux apports étant fourni par un fluide de réserve de l'installation.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la fin de chaque période d'arrêt, on augmente progressivement lesdites quantités de chaleur et/ou de froid pour amener progressivement les températures des deux bouts de l'échangeur aux températures correspondant aux périodes actives.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel, pendant les périodes actives, l'un des deux bouts de l'échangeur est à une température voisine de la température ambiante, caractérisé en ce qu'on met ce bout de l'échangeur en relation d'échange thermique avec l'atmosphère extérieure pendant les périodes d'arrêt.
4. Procédé suivant la revendication 1, pour installation cryogénique, caractérisé en ce qu'on met le bout chaud en relation d'échange thermique avec l'atmosphère extérieure par conduction et le bout froid en relation d'échange thermique avec des évaporations d'un liquide cryogénique de réserve de l'installation.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on apporte au bout chaud, pendant les périodes d'arrêt, une quantité de chaleur additionnelle, notamment par effet Joule.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite quantité de chaleur additionnelle est constante, et en ce que la circulation desdites évaporations est réalisée lorsque la température du bout chaud dépasse une limite supérieure et est interrompue lorsqu'elle devient inférieure à une limite inférieure.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on fait circuler lesdites évaporations du bout froid au bout chaud de l'échangeur, dans lesdits seconds passages de celui-ci ou dans des passages spécialement prévus à cet efet.
8. Echangeur de chaleur destiné à une installation de traitement de fluides à fonc-tionnement discontinu, du type comprenant un bout froid, un bout chaud, des premiers passages s'étendant du bout froid au bout chaud pour ia circulation d'un fluide frigorigène, et des seconds passages s'étendant du bout chaud au bout froid pour la circulation d'un fluide calorigène, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part, à un premier bout, des supports thermiquement conducteurs s'étendant jusqu'à
une source de chaleur, et d'autre part des moyens pour mettre un fluide de réserve de l'installation en relation d'échange thermique avec l'autre bout de l'échangeur.
une source de chaleur, et d'autre part des moyens pour mettre un fluide de réserve de l'installation en relation d'échange thermique avec l'autre bout de l'échangeur.
9. Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des passages de l'échangeur spécialement prévus pour la circulation dudit fluide de réserve reliés à une réserve de ce fluide.
10. Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, du type à plaques brasées, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un serpentin fixé en relation d'échange thermique sur chaque face de l'échangeur, comportant les tranches d'extrémité des plaques, ce serpentin étant relie à
une réserve du fluide de stockage.
une réserve du fluide de stockage.
11. Echangeur de chaleur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le serpentin définit une surface d'échange thermique plus importante au voisinage dudit autre bout de l'échangeur.
12. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les supports thermiquement conducteurs sont équipés de moyens de chauffage additionnels, notamment de résistances électriques.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9103012 | 1991-03-13 | ||
| FR9103012A FR2674012B1 (fr) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | Procede de conduite d'un echangeur de chaleur, et echangeur de chaleur correspondant. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2062688A1 true CA2062688A1 (fr) | 1992-09-14 |
Family
ID=9410672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002062688A Abandoned CA2062688A1 (fr) | 1991-03-13 | 1992-03-11 | Procede de conduite d'un echangeur de chaleur, et echangeur de chaleur correspondant |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05215477A (fr) |
| CA (1) | CA2062688A1 (fr) |
| DE (1) | DE4207941A1 (fr) |
| FR (1) | FR2674012B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111219948A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-02 | 中国科学院理化技术研究所 | 间歇运行换热装置及端部恒温方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3719428A1 (fr) * | 2019-04-05 | 2020-10-07 | Linde GmbH | Procédé de fonctionnement d'un échangeur de chaleur, dispositif doté d'un échangeur de chaleur et installation dotée du dispositif correspondant |
| CA3134463A1 (fr) | 2019-04-05 | 2020-10-08 | Linde Gmbh | Procede pour faire fonctionner un echangeur de chaleur, ensemble pourvu d'un echangeur de chaleur et installation pourvue d'un ensemble correspondant |
| CN114623658A (zh) * | 2022-04-09 | 2022-06-14 | 连云港欧亚气体有限公司 | 一种用于工业氮气生产的降温装置及其方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1403087A (fr) * | 1964-05-08 | 1965-06-18 | Réfrigérant | |
| US4050506A (en) * | 1976-03-25 | 1977-09-27 | Phillips Petroleum Company | Stepwise turndown by closing heat exchanger passageways responsive to measured flow |
-
1991
- 1991-03-13 FR FR9103012A patent/FR2674012B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4049624A patent/JPH05215477A/ja active Pending
- 1992-03-11 CA CA002062688A patent/CA2062688A1/fr not_active Abandoned
- 1992-03-12 DE DE4207941A patent/DE4207941A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111219948A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-02 | 中国科学院理化技术研究所 | 间歇运行换热装置及端部恒温方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2674012A1 (fr) | 1992-09-18 |
| DE4207941A1 (de) | 1992-09-17 |
| FR2674012B1 (fr) | 1993-06-11 |
| JPH05215477A (ja) | 1993-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4567351A (en) | Electric space heater employing a vaporizable heat exchange fluid | |
| CA2062688A1 (fr) | Procede de conduite d'un echangeur de chaleur, et echangeur de chaleur correspondant | |
| FR2538884A1 (fr) | Dispositif refrigerateur a energie solaire | |
| JP2022544643A (ja) | 熱交換器の作動方法、熱交換器を備える配置および対応する配置を備えるシステム | |
| CA1219224A (fr) | Appareil de refrigeration et piege frigorifique comprenant un tel appareil | |
| CA2424230A1 (fr) | Module d'admission a recuperation de chaleur pour chauffe-eau | |
| US4521674A (en) | Electric fluid heater employing pressurized helium as a heat transfer medium | |
| EP0586677B1 (fr) | Dispositif de regulation thermique d'un fluide en circulation | |
| EP0029010B1 (fr) | Appareil de chauffage électrique à accumulation | |
| FR2563617A1 (fr) | Procede et dispositif pour maintenir une bouteille de vin a temperature predeterminee | |
| WO2016046171A1 (fr) | Dispositif de traitement thermique d'un fluide a consommation energetique reduite | |
| US20240136955A1 (en) | Thermoelectric clean energy | |
| EP0429371B1 (fr) | Corps de chaudière de chauffage à fluide caloporteur | |
| KR19980033582A (ko) | 성층화 축열조 | |
| CN209013489U (zh) | 一种变功率电热元件电加热器 | |
| FR2557685A1 (fr) | Rechauffeur d'eau sanitaire pour chaudiere a fluide caloporteur | |
| JPH0329486Y2 (fr) | ||
| JPH1144492A (ja) | 蓄熱装置 | |
| FR2609149A1 (fr) | Procede de surchauffe de vapeur saturee | |
| FR2587096A1 (fr) | Installation de chauffage par recuperation de calories provenant du fluide frigorigene d'une centrale frigorifique | |
| FR2582787A1 (fr) | Source d'energie calorifique a accumulation | |
| WO2001031265A1 (fr) | Procede et dispositif d'accumulation de chaleur a effet caloduc | |
| FR2580473A1 (fr) | Appareil de congelation et de lyophilisation de produits alimentaires et procede de congelation et de lyophilisation de ces produits | |
| FR2718835A1 (fr) | Echangeur de chaleur à plaques brasées. | |
| FR2796515A1 (fr) | Radiateur de chauffage a induction electromagnetique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Dead |