EP3615877B1 - Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur - Google Patents

Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur Download PDF

Info

Publication number
EP3615877B1
EP3615877B1 EP18720326.0A EP18720326A EP3615877B1 EP 3615877 B1 EP3615877 B1 EP 3615877B1 EP 18720326 A EP18720326 A EP 18720326A EP 3615877 B1 EP3615877 B1 EP 3615877B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
assembly member
exchanger according
waves
channel
fin
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.)
Active
Application number
EP18720326.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3615877A1 (fr
Inventor
Guillaume CARDON
Frédéric Crayssac
Philippe Grigoletto
Natacha Haik-Beraud
Frédéric Rousseau
Marc Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP3615877A1 publication Critical patent/EP3615877A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3615877B1 publication Critical patent/EP3615877B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F28D9/0062—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 for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0068—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 for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • 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
    • F28D9/0062—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 for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • 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
    • F25J5/005—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 in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger of the type with brazed plates and fins for the vaporization of a liquid refrigerant by heat exchange with a circulating fluid, as well as to a method of assembling such an exchanger.
  • the heat exchanger may in particular be a vaporizer used in an air separation column by cryogenic distillation to ensure the vaporization of a column bottom liquid, for example liquid oxygen, by heat exchange with a calorigenic gas, for example air or nitrogen.
  • a vaporizer used in an air separation column by cryogenic distillation to ensure the vaporization of a column bottom liquid, for example liquid oxygen, by heat exchange with a calorigenic gas, for example air or nitrogen.
  • the present invention finds particular application in the field of cryogenic gas separation, in particular cryogenic air separation (known by the acronym "ASU" for air separation unit) used for the production of oxygen gas under pressure.
  • cryogenic air separation known by the acronym "ASU” for air separation unit
  • the present invention can be applied to a heat exchanger which vaporizes a liquid flow, for example oxygen, nitrogen and/or argon by heat exchange with a gas.
  • phase change exchangers consist of aluminum exchangers with brazed plates and fins, which make it possible to obtain very compact components offering a large exchange surface.
  • These exchangers consist of plates between which waves or fins are inserted, thus forming a stack of vaporization “passages” and condensation “passages”.
  • waves such as straight, perforated or partially offset (“serrated”) waves.
  • part of the apparatus is devoted to the distribution of the liquid in the vaporization passages and between the channels of the exchange wave.
  • each vaporizer is conventionally carried out according to the principle described in FR-A-2547898 : the vaporization passages are fed from the top of the condensation passages. The oxygen then passes through a row of holes which provide its primary distribution to the vaporization passages. It then flows through a band of waves with a horizontal generator which ensures a finer distribution called secondary in order to distribute the liquid oxygen between the channels arranged in the vaporization passages downstream of the band of horizontal generator waves. .
  • the liquid oxygen that is vaporized contains impurities in dissolved form.
  • the main impurities are nitrous oxide (N 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons (C 2 , C 3 , etc.). Depending on the operating conditions, these impurities can be deposited in the vaporization passages (either in solid form or in liquid form). It is important to industrially control the formation of these solid or liquid deposits to avoid any risk of explosion.
  • the so-called secondary distribution (distribution of the liquid between channels) typically uses a band of waves with a horizontal generator, possibly with partial offset.
  • these waves are juxtaposed with zero or almost zero play.
  • the step of fixing the corrugations by brazing to the adjacent plates can cause the appearance of a clearance at the level of the junction between two corrugations.
  • a slight shift of one wave relative to the other may occur as the solder metal melts.
  • the clearances between adjacent waves constitute preferential passages for the liquid, generating an oversupply of liquid in the channels located just below the clearance but above all, an undersupply of liquid in the channels on the periphery of the latter.
  • the object of the present invention is in particular to solve all or part of the problems mentioned above, by proposing a heat exchanger in which the distribution of the refrigerant fluid is as uniform as possible.
  • the invention relates to a heat exchanger according to claim 1.
  • the invention relates to an installation for separating air by distillation, characterized in that it comprises at least one heat exchanger according to one of the preceding claims and in that the installation comprises means for supply for distributing in the passages of the exchanger liquid oxygen as the refrigerant and gaseous nitrogen as the circulating fluid.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a heat exchanger 2 that can be used in a double column type air distillation plant.
  • a heat exchange takes place between liquid oxygen as the refrigerant and gaseous nitrogen as the circulating fluid.
  • the exchanger 2 comprises a sealed casing 40 containing a set of rectangular plates 4, generally formed of aluminum, which extend generally parallel to each other.
  • the plates 4 thus define a plurality of passages intended for the flow of oxygen (passages 17) or the flow of nitrogen (passages 18).
  • the passages 17, 18 each contain heat exchange waves 19 consisting in this example of perforated corrugated aluminum sheets.
  • These exchange waves 19 are preferably of the vertical generator type, or so-called “easyway” arrangement.
  • the exchange waves 19 present, in operation, an overall direction of undulation (in the direction z on the Figure 1 ) perpendicular to the direction of flow (along the direction x on the Figure 1 ) fluids in the considered passages.
  • the exchange waves 19 are extended respectively by strips of distribution waves 24 and waves 20. Above waves 20, passages 17 and 18 are closed respectively by horizontal bars 28 and 21.
  • the space located above the plates 4 contains a bath of liquid oxygen 5.
  • the liquid oxygen from the bath 5 flows through orifices 29 drilled along the bars 28 ensuring a primary distribution of the liquid oxygen between all the passages 17 for the oxygen and over the entire width of each passage 17, in the direction of the wave strips 24.
  • the wave strips 24 are generally formed of non-perforated corrugated aluminum sheets of the horizontal generatrix type, or so-called “ hardway ” layout. In this case, the wave bands 24 have, in operation, an overall direction of undulation (in the direction x on the Figure 1 ) parallel to the direction of fluid flow in the considered passages.
  • the nitrogen gas enters the exchanger through a supply box (not shown) and the distribution waves 20, then flows downwards along the passages 18. In doing so, it gradually yields from the heat to the liquid oxygen which is in the adjacent passages 17, so that the oxygen vaporizes and the nitrogen condenses.
  • FIG. 2 diagrams a passage 17 for the flow of liquid oxygen.
  • the passage 17 is formed between two parallel vertical plates (not shown) separated by bars 15, 7 which block the passages.
  • first and second waves 14, 34 extend between two successive plates (not illustrated on the Figure 2 ) so as to define, within passage 17, a plurality of channels 14, 34.
  • the first and second waves 14, 34 comprise two adjacent edges 10, 30, defining between them a zero or very small clearance 31, typically a clearance from 0.1 to 5 mm at most.
  • the liquid oxygen passes through holes (not shown on the Figure 2 ) placed above the first and second waves 14, 34, at a flow rate defined by the passage section of the latter and by the height of the liquid bath which overcomes it.
  • the holes therefore ensure a primary distribution of the liquid oxygen over the entire width of the passage 17, and the liquid oxygen thus pre-distributed flows on the waves 14, 34, which ensures a fine secondary distribution over the entire width of the passage 17.
  • the liquid oxygen thus approaches a lower wave with a vertical generator 19 by streaming as evenly as possible over all the walls of the passage which is assigned to it, that is to say by forming on these walls a continuous descending film.
  • the exchanger comprises an assembly member 13 extending on either side of the edges 10, 30 so as to assemble said waves 1, 3 to one another.
  • the assembly member 13 is forcibly engaged in at least a part of a channel 14 of the first wave 1 on the one hand, and in at least a part of a channel 34 of the second wave 3 on the other hand.
  • the member 13 is engaged or force-fitted in at least a part of a channel 14 of the first wave 1 on the one hand, and in at least a part of a channel 34 of the second wave 3 on the other hand.
  • the assembly member 13 is locked in position inside the channels 14, 34 by a wedging effect, which results in the immobilization of the first and second waves 1, 3 with respect to each other. the other.
  • the blocking in force of the assembly member 13 in the first and second waves 1, 3 ensures a connection of the assembly member 13 with the first and second waves 1, 3 stronger than with a simple embedding, and therefore a stronger connection between the waves 1, 3.
  • the waves 1, 3 are thus assembled to one another by means of the member 13. The risk of a play appearing between the waves at the during assembly of the exchanger is therefore greatly limited, if not eliminated.
  • the assembly between the corrugations 1, 3 can thus be achieved simply and quickly.
  • the assembly does not require any additional means of fixing and can be easily implemented at the industrial level, with a low investment cost.
  • edges 10, 30 of the first and second corrugations 1, 3 are positioned in contact or in quasi-contact with each other so that there is no or almost no clearance between said waves 1, 3.
  • the two waves 1.3 have the same configuration in terms of shape, dimensions and direction of undulation and be deposited so that their edges meet perfectly.
  • the exchanger may comprise several assembly members 13 arranged along the edges 10, 30.
  • the number of assembly members 13 arranged along the edges 10, 30 may be adapted according to the length of said edges.
  • the exchanger can comprise two assembly members 13, as illustrated in the Figure 3 .
  • the length of the portions of the member 13 engaged on the one hand in the first wave 1 and on the other hand in the second wave 3, measured along the first direction z is greater than or equal to 5 mm, so as to ensure a sufficient connection with the waves 1, 3.
  • the assembly member 13 has, in at least a second direction x orthogonal to said first direction z and before being forced into engagement, an outer dimension greater than or equal to the inner dimension of the channels 14, 34 along said second direction x.
  • the dimensions or sections of the assembly member 13 are understood to be values measured before its assembly by engagement in the wave channels, that is to say before any deformation possible of the organ 13.
  • the assembly member 13 will be oversized with respect to one or more interior transverse dimensions of the wave channels, so as to ensure greater solidity to the assembly.
  • the ratio between the internal dimension of the channel 14 of the first wave 1 and said external dimension of the assembly member 13 and the ratio between the internal dimension of the channel 34 of the second wave 3 and the said external dimension of the assembly member 13 are between 100 and 70%, more preferably between 95 and 85%. Such values make it possible to produce an assembly without heavy tools since the engagement force can be ensured by hand.
  • the force engagement is achieved by a so-called snug fit.
  • the tightening values defined as the differences between the external dimension or dimensions of the member 13 and the internal dimensions of the channels in the same directions are relatively high, preferably between 0.1 and 0, 5mm.
  • said at least one outer dimension of assembly member 13 is between 0.5 and 2 mm, preferably between 1 and 1.3 mm.
  • Such external dimensions are advantageous since the assembly member 13 then occupies only part of the height of the channels 14, 34 which, for conventional waves, is generally greater than 2 mm, typically between 3 and 8 mm. Said height corresponding, with reference to the Figure 3 , to the internal dimension of the channel 14 measured along a third direction y orthogonal to the first direction z and to the second direction x.
  • the outer dimension of the assembly member 13 will advantageously be adapted according to the height of the wave.
  • the heights are chosen so that the first and second waves 1, 3 extend over almost all, or even all, of the width of the passage 17 in the third direction y.
  • the first and second waves 1, 3 each comprise a succession of wave legs 123 connected by wave crests 121, the wave legs 123 succeeding one another in a so-called undulation direction D. assembly 13 being forcibly engaged between at least portions of two successive wave legs of the first wave on the one hand, and between at least portions of two successive wave legs of the second wave on the other hand.
  • first wave 1 is illustrated.
  • Each channel 14, 34 is defined between a plate 4, two successive wave legs 123 and the wave top 121 of the first or second wave 1, 3 connecting the two wave legs.
  • Each channel 14 therefore forms a free passage within passage 14, member 13 being engaged, before placing the waves between plates 4, between two successive wave legs 123 .
  • the first and second waves 1, 3 are selected from straight waves, perforated straight waves, partially offset waves, wavy or herringbone waves.
  • the first and second waves 1, 3 preferably have a substantially identical direction, shape and dimension of undulation.
  • the first and second corrugations are each formed of a corrugated aluminum sheet or strip.
  • the assembly member 13 may have, in a plane perpendicular to the first direction z, a cross section of circular, square, rectangular, octagonal or triangular shape.
  • the ratio between the cross section of the assembly member 13 and the cross section of the channel 14 of the first wave 1 and/or the ratio between the cross section of the assembly member 13 and the cross section of the channel 34 of the second wave 3 is less than or equal to 50%, preferably between 15 and 35%.
  • the reduction of the passage section for the flow of the fluid through the corrugation 1 is limited and the assembly member 13 does not disturb the distribution of the fluid.
  • assembly member 13 is a solid piece.
  • the member 13 is a part of cylindrical shape, in particular solid or tubular.
  • the member 13 is in the form of a solid cylindrical rod. It is possible, for example, to use a welding rod as assembly member 13. Such components are commercially available and different materials or diameters are available. Several pieces of the desired length can even be cut from a baguette.
  • the dimensioning of the assembly member 13 is determined with respect to the width of the channels 14, 34, corresponding to the internal dimension d measured along the second direction x.
  • the member 13 is such that the ratio between the internal dimension d and the external diameter of the member 13 is between 100 and 70%, preferably between 95 and 85%. Such values allow assembly without heavy tools since the effort can be provided by hand.
  • the assembly member 13 has a given outer diameter, typically between 0.5 and 2 mm, preferably between 1 and 1.3 mm. In this way, assembly member 13 occupies only part of the height of channel 14 which, for conventional waves, is generally greater than 2 mm, typically between 3 and 8 mm.
  • Orifices may optionally be drilled through assembly member 13 and/or said member 13 may have a grooved peripheral wall. Additional free spaces will thus be provided within the channels 14, 34, which will avoid reducing the passage section for the flow of the fluid and will further limit the disturbance of the distribution of the fluid.
  • the assembly member 13 is formed of a material having a melting temperature greater than or equal to that of the materials of the first and second waves 1, 3. Thus, melting of the assembly member 13 is avoided. when brazing the heat exchanger.
  • the first and second corrugations 1, 3 and the assembly member 13 are formed of an identical material, in order in particular not to generate differences in expansion of the member 13 with respect to the corrugations 1 and 3 during the operation of the exchanger, in particular during its cooling down and during its warming up to ambient temperature when the UPS is shut down for example. Such differences in expansion can also appear during temperature variations during brazing.
  • the first and second corrugations 1, 3 and the assembly member 13 are advantageously formed from a metallic material.
  • This material may be chosen from stainless steel, aluminum or an aluminum alloy.
  • each horizontal or pseudo-horizontal facet 25 of the waves 1.3 is provided, at regular intervals, with a puncture 26 offset upwards by a quarter of a wave pitch.
  • the width of the punctures, measured along a wave generator, is of the same order as the distance which separates each of them from the two adjacent punctures located on the same facet.
  • the width of the channels 14, 34 measured along the second direction x varies along the first direction z depending on how the punctures 26 are positioned.
  • the assembly member 13 is preferably dimensioned with respect to the minimum width channels 14, 34 corresponding to the internal dimension d as shown in the Figure 5 .
  • the width of the channels 14, 34 corresponds to the internal dimension d measured along the second direction x, the external dimensions of the assembly member 13 being defined so that it can be engaged by force in said channels 14, 34.
  • the invention is particularly advantageous in the case of a refrigerant in the liquid state.
  • the assembly member 13 is preferably arranged between the first and second waves 1,3 of at least one passage 17 of the first set.
  • the first and second waves 1, 3 arranged in the passages 17, 18 have a horizontal generatrix, that is to say arranged in a “ hardway ” configuration.
  • the first and second waves 1, 3 are extended, downstream along the direction of flow of the fluid in the passage in question, by heat exchange waves 19.
  • These exchange waves 19 are preferably of the type with a vertical generator, that is to say arranged in an "easyway" configuration.
  • the second direction x is vertical when the exchanger 2 is in operation.
  • the refrigerants and calorigens generally flow vertically and in co-current, in the downward direction.
  • the waves of the exchanger have directions, dimensions and/or shapes of undulation different from those of the embodiments described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • La présente invention est relative à un échangeur de chaleur du type à plaques et ailettes brasées pour la vaporisation d'un liquide frigorigène par échange de chaleur avec un fluide calorigène, ainsi qu'à un procédé d'assemblage d'un tel échangeur.
  • L'échangeur de chaleur peut en particulier être un vaporiseur utilisé dans une colonne de séparation d'air par distillation cryogénique pour assurer la vaporisation d'un liquide de cuve de colonne, par exemple de l'oxygène liquide , par échange de chaleur avec un gaz calorigène, par exemple l'air ou l'azote.
  • La présente invention trouve notamment application dans le domaine de la séparation de gaz par cryogénie, en particulier de la séparation d'air par cryogénie (connue sous l'acronyme anglais « ASU » pour unité de séparation d'air) exploitée pour la production d'oxygène gazeux sous pression. En particulier, la présente invention peut s'appliquer à un échangeur de chaleur qui vaporise un débit liquide, par exemple de l'oxygène, de l'azote et/ou de l'argon par échange de chaleur avec un gaz.
  • Si l'échangeur de chaleur se trouve dans la cuve d'une colonne de distillation, il peut constituer un vaporiseur fonctionnant en thermosiphon pour lequel l'échangeur est immergé dans un bain de liquide descendant la colonne ou un vaporiseur fonctionnant en vaporisation à film alimenté directement par le liquide tombant de la colonne et/ou par une pompe de recirculation.
  • La technologie couramment utilisée pour ces échangeurs à changement de phase est celle des échangeurs en aluminium à plaques et ailettes brasés, qui permettent d'obtenir des organes très compacts offrant une grande surface d'échange. Ces échangeurs sont constitués de plaques entre lesquelles sont insérées des ondes ou ailettes, formant ainsi un empilage de « passages » de vaporisation et de « passages » de condensation. Il existe différents types d'ondes comme les ondes droites, perforées ou à décalage partiel (« serrated »).
  • Dans le cas des vaporiseurs fonctionnant en mode vaporisation en film descendant, une partie de l'appareil est consacrée à la distribution du liquide dans les passages vaporisation et entre les canaux de l'onde d'échange.
  • Cette distribution propre à chaque vaporiseur s'effectue classiquement selon le principe décrit dans FR-A-2547898 : l'alimentation des passages de vaporisation se fait par le haut des passages condensation. L'oxygène passe ensuite à travers une rangée de trous qui assurent sa distribution primaire dans les passages de vaporisation. Il s'écoule ensuite à travers une bande d'ondes à génératrice horizontale qui assure une distribution plus fine dite secondaire en vue de répartir l'oxygène liquide entre les canaux agencés dans les passages de vaporisation en aval de la bande d'ondes génératrice horizontale.
  • L'oxygène liquide qui est vaporisé contient des impuretés sous forme dissoutes. Les principales impuretés sont le protoxyde d'azote (N2O), le dioxyde de carbone (CO2), des hydrocarbures (C2, C3, ...). Suivant les conditions opératoires, ces impuretés peuvent se déposer dans les passages de vaporisation (soit sous forme solide, soit sous forme liquide). Il est important de maîtriser industriellement la formation de ces dépôts solides ou liquides pour éviter tout risque d'explosion.
  • Un des paramètres importants à la formation de dépôts, est le débit de liquide par canal (ou exprimé par mètre de périmètre à mouiller). En effet, lorsque le débit de liquide par canal est insuffisant pour mouiller la paroi, il y a formation de dépôts par vaporisation à sec.
  • Dans ce type de vaporiseur (à film), la distribution de l'oxygène liquide joue un rôle essentiel sur son fonctionnement (performance et sécurité). Il est donc nécessaire d'assurer en toutes circonstances, une bonne distribution liquide à l'intérieur de chaque canal. Pour cela la distribution liquide doit être suffisamment uniforme entre canaux. Une distribution de liquide non uniforme peut entraîner un mauvais mouillage des ondes notamment dans la partie basse de l'échangeur et par conséquent, la formation de dépôts par vaporisation à sec. La difficulté est d'assurer un débit de liquide équivalent dans tous les canaux vu le nombre de canaux par passage et par corps (550 canaux/passage, 55 000 canaux/corps).
  • La qualité de cette distribution liquide dépend d'une bonne conception et dimensionnement du distributeur.
  • La distribution dite secondaire (répartition du liquide entre canaux) utilise typiquement une bande d'ondes à génératrice horizontale, éventuellement à décalage partiel.
  • Or, la disposition de cette bande d'ondes à l'intérieur de chaque passage de vaporisation présente certains inconvénients.
  • En effet, du fait de la largeur des passages définis entre chaque plaque de l'échangeur, typiquement de l'ordre de 1000 à 1200 mm, il est nécessaire de juxtaposer au moins deux ondes dans un même passage afin d'en garnir toute la largeur.
  • Lors de l'assemblage de l'échangeur, ces ondes sont juxtaposées avec un jeu nul ou quasi-nul. Toutefois, l'étape de fixation des ondes par brasage aux plaques adjacentes peut occasionner l'apparition d'un jeu au niveau de la jonction entre deux ondes. En particulier, un léger déplacement d'une onde par rapport à l'autre peut se produire lors de la fusion du métal de brasure.
  • Les jeux entre ondes adjacentes constituent des passages préférentiels pour le liquide, engendrant une suralimentation en liquide des canaux se situant juste en dessous du jeu mais surtout, une sous-alimentation en liquide des canaux en périphérie de ces derniers.
  • On connait du document FR-A-2938904 des solutions permettant de maintenir entre elles les ondes d'un échangeur. Toutefois, ces solutions ne donnent pas entière satisfaction, notamment car ne permettant pas un assemblage assez solide des ondes entre elles. En outre, ces solutions peuvent poser problème du fait de la complexité et du coût des pièces de maintien utilisées et de leur mise en place difficile au sein de l'échangeur, incompatible avec un procédé de fabrication industriel.
  • La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes mentionnés ci-avant, en proposant un échangeur de chaleur dans lequel la distribution du fluide frigorigène est la plus uniforme possible.
  • Dans ce but, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur selon la revendication 1.
  • Selon le cas, l'échangeur selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
    • plusieurs organes d'assemblage sont disposés le long des bords adjacents.
    • le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage et la section transversale du canal de la première onde et/ou le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage et la section transversale du canal de la deuxième onde, lesdites sections étant mesurées dans un plan perpendiculaire à la première direction z, est inférieur ou égal à 50%, de préférence compris entre 15 et 35%.
    • l'organe d'assemblage est de forme cylindrique et présente un diamètre extérieur donné, les rapports entre les largeurs des canaux, mesurées selon la deuxième direction x, et ledit diamètre extérieur étant compris entre 95 et 85%.
    • le diamètre extérieur de l'organe d'assemblage est compris entre 0,5 et 2 mm, de préférence compris entre 1 et 1,3 mm.
    • l'organe d'assemblage comprend une première portion engagée à force dans au moins une partie d'un canal et une deuxième portion engagée à force dans au moins une partie d'un canal de la deuxième onde, lesdites première et deuxième portion ayant des longueurs, mesurées parallèlement à la première direction z, supérieure ou égale à 5 mm, de préférence entre 30 et 50 mm, de préférence encore environ égale à 40 mm.
    • l'organe d'assemblage comprend une paroi périphérique percée ou rainurée.
    • les première et deuxième ondes sont formées d'un premier matériau et l'organe d'assemblage est formé d'un deuxième matériau, le deuxième matériau ayant une température de fusion supérieure ou égale à la température de fusion du premier matériau.
    • les première et deuxième ondes comprennent chacune une succession de jambes d'onde reliées par des sommets d'onde, l'organe d'assemblage étant engagé de force entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la première onde d'une part, et entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la deuxième onde d'autre part.
    • chaque canal est défini entre une plaque, deux jambes d'onde successives de la première ou de la deuxième onde et un sommet d'onde reliant lesdites deux jambes d'onde.
    • les première et deuxième ondes sont choisies parmi les ondes droites, les ondes droites perforées, les ondes à décalage partiel, les ondes à vagues ou à arête de hareng.
  • Selon un autre aspect, l'invention concerne une installation de séparation d'air par distillation, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes et en ce que l'installation comprend des moyens d'alimentation pour distribuer dans des passages de l'échangeur de l'oxygène liquide en tant que fluide frigorigène et de l'azote gazeux en tant que fluide calorigène.
  • L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux Figures ciannexées parmi lesquelles :
    • la Figure 1 est un vue tridimensionnelle partielle d'un échangeur selon un mode de réalisation de l'invention,
    • la Figure 2 est une vue schématique en coupe de l'échangeur de la Figure 1,
    • la Figure 3 schématise une onde d'un échangeur selon un mode de réalisation de l'invention,
    • les Figures 4A, 4B sont des vues schématiques, suivant respectivement deux plans de coupe perpendiculaires entre eux, de deux ondes d'un échangeur selon un autre mode de réalisation de l'invention,
    • la Figure 5 est une vue tridimensionnelle d'une des ondes des Figures 4A et 4B.
  • La Figure 1 illustre un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur 2 pouvant être utilisé dans une installation de distillation d'air du type à double colonne. En fonctionnement, un échange de chaleur d'opère entre de l'oxygène liquide en tant que fluide frigorigène et de l'azote gazeux en tant que fluide calorigène.
  • L'échangeur 2 comporte une enveloppe étanche 40 contenant un ensemble de plaques 4 rectangulaires, généralement formées d'aluminium, qui s'étendent globalement parallèlement les unes aux autres. Les plaques 4 définissent ainsi une pluralité de passages destinés à l'écoulement de l'oxygène (passages 17) ou à l'écoulement de l'azote (passages 18).
  • Sur la majeure partie de leur hauteur, les passages 17, 18 contiennent chacun des ondes d'échange de chaleur 19 constituées dans cet exemple de tôles d'aluminium ondulées perforées. Ces ondes d'échange 19 sont de préférence du type à génératrice verticale, ou disposition dite « easyway ». Dans ce cas, les ondes d'échange 19 présentent, en fonctionnement, une direction globale d'ondulation (suivant la direction z sur la Figure 1) perpendiculaire à la direction d'écoulement (suivant la direction x sur la Figure 1) des fluides dans les passages considérés.
  • A l'extrémité supérieure des passages 17 et 18, les ondes d'échange 19 sont prolongées respectivement par des bandes d'ondes de distribution 24 et des ondes classiques 20. Au-dessus des ondes 20, les passages 17 et 18 sont fermés respectivement par des barres horizontales 28 et 21.
  • L'espace situé au-dessus des plaques 4 renferme un bain d'oxygène liquide 5. L'oxygène liquide du bain 5 s'écoule par des orifices 29 percés le long des barres 28 assurant une distribution primaire de l'oxygène liquide entre tous les passages 17 pour l'oxygène et sur toute la largeur de chaque passage 17, en direction des bandes d'ondes 24. Les bandes d'ondes 24 sont généralement formées de tôles d'aluminium ondulées non perforées du type à génératrice horizontale, ou disposition dite « hardway ». Dans ce cas, les bandes d'ondes 24 présentent, en fonctionnement, une direction globale d'ondulation (suivant la direction x sur la Figure 1) parallèle à la direction d'écoulement des fluides dans les passages considérés.
  • En même temps, l'azote gazeux parvient dans l'échangeur par une boîte d'alimentation (non illustrée) et les ondes de distribution 20, puis s'écoule vers le bas le long des passages 18. Ce faisant, il cède progressivement de la chaleur à l'oxygène liquide qui se trouve dans les passages 17 adjacents, de sorte que l'oxygène se vaporise et que l'azote se condense.
  • La Figure 2 schématise un passage 17 pour l'écoulement de l'oxygène liquide. Le passage 17 est formé entre deux plaques verticales parallèles (non représentées) séparées par des barres 15, 7 qui bouchent les passages.
  • Il est difficile de fabriquer des ondes suffisamment larges pour couvrir toute la largeur d'un passage de l'échangeur. Comme on le voit sur la Figure 2, on utilise donc au moins une première onde 14 et une deuxième onde 34 juxtaposées de manière à former une bande d'onde 24 telle que représentée sur la Figure 1.
  • Plus précisément, les première et deuxième ondes 14, 34 s'étendent entre deux plaques successives (non illustrée sur la Figure 2) de façon à définir, au sein du passage 17, une pluralité de canaux 14, 34. Les première et deuxième ondes 14, 34 comprennent deux bords 10, 30 adjacents, définissant entre elles un jeu 31 nul ou très faible, typiquement un jeu de 0,1 à 5 mm au plus.
  • En fonctionnement, l'oxygène liquide passe par des trous (non représentés sur la Figure 2) placés au-dessus des première et deuxième ondes 14, 34, à un débit défini par la section de passage de ces derniers et par la hauteur du bain liquide qui le surmonte. Les trous assurent donc une distribution primaire de l'oxygène liquide sur toute la largeur du passage 17, et l'oxygène liquide ainsi pré-distribué s'écoule sur les ondes 14, 34, lesquelles en assure une distribution secondaire fine sur toute la largeur du passage 17. L'oxygène liquide aborde ainsi une onde inférieure à génératrice verticale 19 en ruisselant de façon la plus homogène possible sur toutes les parois du passage qui lui est affecté, c'est-à-dire en formant sur ces parois un film continu descendant.
  • On comprend donc qu'il est important que les deux bords 10, 30 des ondes 14, 34 se contactent le plus parfaitement possible pour éviter des fuites de liquide et donc de réduire le risque que les ondes 14, 34 ne bougent l'une par rapport à l'autre au cours du brasage de l'échangeur.
  • Pour se faire, l'échangeur selon l'invention comprend un organe d'assemblage 13 s'étendant de part et d'autre des bords 10, 30 de manière à assembler lesdites ondes 1, 3 l'une à l'autre. Selon l'invention, l'organe d'assemblage 13 est engagé de force dans au moins une partie d'un canal 14 de la première onde 1 d'une part, et dans au moins une partie d'un canal 34 de la deuxième onde 3 d'autre part.
  • En d'autres termes, l'organe 13 est engagé ou emmanché en force dans au moins une partie d'un canal 14 de la première onde 1 d'une part, et dans au moins une partie d'un canal 34 de la deuxième onde 3 d'autre part.
  • En fait, l'organe d'assemblage 13 est engagé sous contrainte dans les canaux des ondes. On pourra par exemple faire pénétrer l'organe 13 dans les canaux 14, 34 au moyen d'un petit outillage, tel un tournevis plat, permettant d'engager en force l'organe d'assemblage au fond de l'onde et en exerçant une pression manuelle. La liaison entre l'organe 13 et les ondes 14, 34 est assurée par déformation élastique de l'un et/ou de l'autre de ces éléments.
  • De cette manière, l'organe d'assemblage 13 est bloqué en position à l'intérieur des canaux 14, 34 par un effet de coincement, ce qui entraîne l'immobilisation des première et deuxième ondes 1, 3 l'une par rapport à l'autre. Le blocage en force de l'organe d'assemblage 13 dans les première et deuxièmes ondes 1, 3 assure une solidarisation de l'organe d'assemblage 13 avec les première et deuxièmes ondes 1, 3 forte qu'avec un simple encastrement, et donc une solidarisation plus forte entre les ondes 1, 3. Les ondes 1, 3 sont ainsi assemblées l'une à l'autre par l'intermédiaire de l'organe 13. Le risque d'apparition d'un jeu entre les ondes au cours de l'assemblage de l'échangeur est donc grandement limité, voire éliminé.
  • L'assemblage entre les ondes 1, 3 peut ainsi être réalisé de façon simple et rapide. L'assemblage ne nécessite aucun moyen complémentaire de fixation et peut être aisément mis en oeuvre au niveau industriel, avec un coût d'investissement faible.
  • De préférence, les bords 10, 30 des premières et deuxième ondes 1, 3 sont positionnées en contact ou en quasi-contact l'une par rapport à l'autre de manière à ce qu'il n'existe aucun ou quasiment aucun jeu entre lesdites ondes 1, 3.
  • Avantageusement, les deux ondes 1,3 ont la même configuration en termes de forme, de dimensions et de direction d'ondulation et être déposées de sorte que leurs bords se rejoignent parfaitement.
  • L'échangeur pourra comprendre plusieurs organes d'assemblage 13 disposés le long des bords 10, 30. Le nombre d'organes d'assemblage 13 disposés le long des bords 10, 30 pourra être adapté en fonction de la longueur desdits bords. Par exemple, pour des ondes d'une longueur comprise entre 30 et 100 mm, l'échangeur peut comprend deux organes d'assemblage 13, comme illustré sur la Figure 3.
  • Les Figures 3 et 4 schématisent des modes de réalisation de l'invention dans lesquels les canaux 14, 34 et l'organe d'assemblage 13 s'étendent globalement parallèlement à une première direction z.
  • De préférence, la longueur des portions de l'organe 13 engagées d'une part dans la première onde 1 et d'autre part dans la deuxième onde 3, mesurée le long de la première direction z est supérieure ou égale à 5 mm, de manière à assurer une liaison suffisante avec les ondes 1, 3. A titre d'exemple, on pourra utiliser un organe 13 d'une longueur totale de l'ordre de 40 mm, des portions d'une longueur d'environ 20 mm chacune étant engagées dans la première onde 1 et le deuxième onde 3 respectivement.
  • Selon l'invention, l'organe d'assemblage 13 présente, suivant au moins une deuxième direction x orthogonale à ladite première direction z et avant d'être engagé de force, une dimension extérieure supérieure ou égale à la dimension intérieure des canaux 14, 34 suivant ladite deuxième direction x.
  • Etant noté que dans le cadre de l'invention, les dimensions ou sections de l'organe d'assemblage 13 s'entendent de valeurs mesurées avant son assemblage par engagement dans les canaux des ondes, c'est-à-dire avant toute déformation éventuelle de l'organe 13.
  • De préférence, on mettra en oeuvre un surdimensionnement de l'organe d'assemblage 13 par rapport à une ou plusieurs dimensions transverses intérieures des canaux des ondes, de façon à assurer une plus grande solidité à l'assemblage.
  • Ainsi, le rapport entre la dimension intérieure du canal 14 de la première onde 1 et ladite dimension extérieure de l'organe d'assemblage 13 et le rapport entre la dimension intérieure du canal 34 de la deuxième onde 3 et ladite dimension extérieure de l'organe d'assemblage 13 sont compris entre 100 et 70% de préférence encore compris entre 95 et 85%. De telles valeurs permettent de réaliser un assemblage sans outillage lourd puisque l'effort d'engagement peut être assuré à la main.
  • Avantageusement, l'engagement de force est réalisé par un ajustement dit serré. En d'autres termes, les valeurs de serrages, défini comme les écarts entre la ou les dimensions extérieures de l'organe 13 et les dimensions intérieures des canaux dans les mêmes directions sont relativement élevés, de préférence compris entre 0,1 et 0,5 mm.
  • De préférence, ladite au moins une dimension extérieure de l'organe d'assemblage 13 est comprise entre 0,5 et 2 mm, de préférence comprise entre 1 et 1,3 mm. De telles dimensions extérieures sont avantageuses puisque l'organe d'assemblage 13 n'occupe alors qu'une partie de la hauteur des canaux 14, 34 qui, pour des ondes classiques, est généralement supérieure à 2 mm, typiquement comprise entre 3 et 8 mm. Ladite hauteur correspondant, en référence à la Figure 3, à la dimension intérieure du canal 14 mesurée selon une troisième direction y orthogonale à la première direction z et à la deuxième direction x. A noter que la dimension extérieure de l'organe d'assemblage 13 sera avantageusement adaptée en fonction de la hauteur de l'onde.
  • De préférence, les hauteurs sont choisies de sorte que les première et deuxième ondes 1, 3 s'étendent dans la quasi-totalité, voire la totalité, de la largeur du passage 17 selon la troisième direction y.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, illustré notamment par la Figure 3, les première et deuxième ondes 1, 3 comprennent chacune une succession de jambes d'onde 123 reliées par des sommets d'onde 121, les jambes d'onde 123 se succédant selon une direction dite d'ondulation D. L'organe d'assemblage 13 étant engagé de force entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la première onde d'une part, et entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la deuxième onde d'autre part. Pour des raisons de clarté, seule la première onde 1 est illustrée.
  • Chaque canal 14, 34 est défini entre une plaque 4, deux jambes d'onde 123 successives et le sommet d'onde 121 de la première ou de la deuxième onde 1, 3 reliant les deux jambes d'onde. Chaque canal 14 forme donc un passage libre au sein du passage 14, l'organe 13 étant engagé, avant mise en place des ondes entre les plaques 4, entre deux jambes d'onde 123 successives.
  • Les première et deuxième ondes 1, 3 sont choisies parmi les ondes droites, les ondes droites perforées, les ondes à décalage partiel, les ondes à vagues ou à arête de hareng. Les première et deuxième ondes 1, 3 ont de préférence une direction, une forme et une dimension d'ondulation substantiellement identique. De préférence, les première et deuxième ondes sont chacune formées d'une tôle, ou feuillard, d'aluminium ondulée.
  • L'organe d'assemblage 13 peut présenter, dans un plan perpendiculaire à la première direction z, une section transversale de forme circulaire, carrée, rectangulaire, octogonale ou triangulaire.
  • De préférence, le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage 13 et la section transversale du canal 14 de la première onde 1 et/ou le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage 13 et la section transversale du canal 34 de la deuxième onde 3 est inférieur ou égal à 50%, de préférence compris entre 15 et 35%. Ainsi, on limite la réduction de la section de passage pour l'écoulement du fluide à travers l'onde 1 et l'organe d'assemblage 13 ne perturbe pas la distribution du fluide.
  • Avantageusement, l'organe d'assemblage 13 est une pièce pleine. Selon l'invention, l'organe 13 est une pièce de forme cylindrique, en particulier pleine ou tubulaire.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l'organe 13 se présente sous la forme d'une tige cylindrique pleine. On pourra par exemple utiliser une baguette de soudage en tant qu'organe d'assemblage 13. De tels composants sont disponibles dans le commerce et différents matériaux ou diamètres sont disponibles. Plusieurs morceaux de la longueur souhaitée peuvent même être découpés à partir d'une baguette.
  • La Figure 3 est une vue en coupe transversale d'une première onde 1 droite présentant des jambes d'onde 123 à surface plane. Selon cet exemple de réalisation, les canaux 14 présentent une section transversale de forme générale rectangulaire. Un organe 13 de section transversale circulaire est engagé de force entre deux jambes d'onde 123 successives. Les bords (10, 30) s'étendent parallèlement à la deuxième direction x. La deuxième onde 3 (non illustrée) agencée bord à bord avec la première onde 1 présente une forme et une dimension d'ondulation similaires.
  • Dans l'exemple donné en Figure 3, le dimensionnement de l'organe d'assemblage 13 est déterminé par rapport à la largeur des canaux 14, 34, correspondant à la dimension intérieure d mesurée suivant la deuxième direction x.
  • L'organe 13 est tel que le rapport entre la dimension intérieure d et le diamètre extérieur de l'organe 13 est compris entre 100 et 70%, de préférence compris entre 95 et 85%. De telles valeurs permettent un assemblage sans outillage lourd puisque l'effort peut être assuré à la main.
  • L'organe d'assemblage 13 présente un diamètre extérieur donné, typiquement compris entre 0,5 et 2 mm, de préférence compris entre 1 et 1,3 mm. De la sorte, l'organe d'assemblage 13 n'occupe qu'une partie de la hauteur du canal 14 qui, pour des ondes classiques, est généralement supérieure à 2 mm, typiquement comprise entre 3 et 8 mm.
  • Les caractéristiques énoncées ci-avant pour la première onde 1 s'appliquent bien entendu à la deuxième onde 3.
  • Des orifices pourront éventuellement être percés à travers l'organe d'assemblage 13 et/ou ledit organe 13 pourra présenter une paroi périphérique rainurée. On ménagera ainsi des espaces libres supplémentaires au sein des canaux 14, 34, ce qui évitera de réduire la section de passage pour l'écoulement du fluide et limitera encore la perturbation de la distribution du fluide.
  • De préférence, l'organe d'assemblage 13 est formé d'un matériau ayant une température de fusion supérieure ou égale à celle des matériaux des première et deuxième ondes 1, 3. Ainsi, on évite de fondre l'organe d'assemblage 13 lors du brasage de l'échangeur.
  • De préférence, les première et deuxième ondes 1, 3 et l'organe d'assemblage 13 sont formés d'un matériau identique, afin notamment de ne pas engendrer de différences de dilatation de l'organe 13 par rapport aux ondes 1 et 3 lors du fonctionnement de l'échangeur, en particulier pendant sa mise en froid et pendant son réchauffement à température ambiante lors de l'arrêt de l'ASU par exemple. De telles différences de dilatation peuvent aussi apparaître lors des variations de température au cours du brasage.
  • Les première et deuxième ondes 1, 3 et l'organe d'assemblage 13 sont avantageusement formées d'un matériau métallique. Ce matériau pourra être choisi parmi l'acier inoxydable, l'aluminium ou un alliage d'aluminium.
  • Les Figures 4A, 4B et 5 illustrent une variante de réalisation dans laquelle les ondes 1, 3 sont à décalage partiel. Plus précisément, et comme visible sur la Figure 5, chaque facette horizontale ou pseudo-horizontale 25 des ondes 1,3 est pourvue, à intervalles réguliers, d'un crevé 26 décalé vers le haut d'un quart de pas d'onde. La largeur des crevés, mesurée le long d'une génératrice de l'onde, est du même ordre que la distance qui sépare chacun d'eux des deux crevés adjacents situés sur la même facette.
  • Dans cette variante, la largeur des canaux 14, 34 mesurée suivant la deuxième direction x varie suivant la première direction z selon la façon dont sont positionnés les crevés 26. On dimensionne de préférence l'organe d'assemblage 13 par rapport à la largeur minimale des canaux 14, 34 correspondant à la dimension intérieure d telle que représentée sur la Figure 5.
  • La largeur des canaux 14, 34 correspond à la dimension intérieure d mesurée suivant la deuxième direction x, les dimensions extérieures de l'organe d'assemblage 13 étant définies de sorte qu'il puisse être engagé de force dans lesdits canaux 14, 34.
  • Avantageusement, la pluralité de passages définie entre les plaques 4 de l'échangeur comprend un premier ensemble de passage 17 prévus pour l'écoulement d'un fluide frigorigène et un deuxième ensemble de passages 18 pour l'écoulement d'un fluide calorigène.
  • L'invention est particulièrement avantageuse dans le cas d'un fluide frigorigène à l'état liquide. L'organe d'assemblage 13 est de préférence agencé entre les première et deuxième ondes 1,3 d'au moins un passage 17 du premier ensemble.
  • De préférence, les première et deuxième ondes 1, 3 agencées dans les passages 17, 18 sont à génératrice horizontale, c'est-à-dire disposées en configuration « hardway ».
  • Avantageusement, les première et deuxième ondes 1, 3 sont prolongées, en aval en suivant la direction d'écoulement du fluide dans le passage considéré, par des ondes d'échange de chaleur 19. Ces ondes d'échange 19 sont de préférence du type à génératrice verticale, c'est-à-dire disposées en configuration « easyway ».
  • De préférence, la deuxième direction x est verticale lorsque l'échangeur 2 est en fonctionnement. Les fluides frigorigènes et calorigènes s'écoulent globalement verticalement et à co-courant, dans le sens descendant.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés dans la présente demande. D'autres variantes ou modes de réalisation à la portée de l'homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.
  • Ainsi, d'autres directions et sens d'écoulement des fluides sont envisageables, sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, on pourra envisager une circulation des fluides à contre-courant dans l'échangeur 2. Un ou plusieurs fluides frigorigènes et un ou plusieurs fluides calorigènes de natures différentes peuvent aussi s'écouler au sein des passages 17, 18 d'un même échangeur.
  • Il est aussi envisageable que les ondes de l'échangeur présentent des directions, dimensions et/ou formes d'ondulation différentes de celles des modes de réalisation décrits ci-avant.

Claims (12)

  1. Echangeur de chaleur (2) pour vaporiser un fluide frigorigène par échange de chaleur avec un fluide calorigène, ledit échangeur (2) comprenant :
    - plusieurs plaques (4) parallèles s'étendant parallèlement à une deuxième direction (x) et définissant entre elles une pluralité de passages (17, 18) adaptés pour l'écoulement du fluide frigorigène ou du fluide calorigène,
    - une première onde (1) et une deuxième onde (3) s'étendant entre deux plaques (4) successives de façon à définir, au sein d'un même passage (17), une pluralité de canaux (14, 34) s'étendant globalement parallèlement à une première direction (z) orthogonale à la deuxième direction (x), lesdites première et deuxième onde (1,3) comprenant deux bords (10, 30) adjacents s'étendant parallèlement à la deuxième direction (x),
    - au moins un organe d'assemblage (13) s'étendant de part et d'autre des bords (10, 30) de manière à lier lesdites ondes (1, 3) l'une à l'autre,
    caractérisé en ce que l'organe d'assemblage (13) est engagé de force dans au moins une partie d'un canal (14) de la première onde (1) d'une part, et dans au moins une partie d'un canal (34) de la deuxième onde (3) d'autre part, ledit organe d'assemblage (13) étant de forme cylindrique, s'étendant parallèlement à la première direction (z) et présentant, avant engagement, un diamètre extérieur donné, les rapports entre les largeurs des canaux (14, 34), mesurées suivant la deuxième direction (x), et ledit diamètre extérieur étant compris entre 100 et 70%,.
  2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes d'assemblage (13) disposés le long des bords (10, 30) adjacents.
  3. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage (13) et la section transversale du canal (14) de la première onde (1) et/ou le rapport entre la section transversale de l'organe d'assemblage (13) et la section transversale du canal (34) de la deuxième onde (3) étant inférieur ou égal à 50%, de préférence compris entre 15 et 35%, lesdites sections transversales étant mesurées dans un plan perpendiculaire à la première direction (z).
  4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rapports entre les largeurs des canaux (14, 34), mesurées selon la deuxième direction (x), et ledit diamètre extérieur de l'organe d'assemblage (13) sont compris entre 95 et 85%.
  5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de l'organe d'assemblage (13) est compris entre 0,5 et 2 mm, de préférence compris entre 1 et 1,3 mm.
  6. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe d'assemblage (13) comprend une première portion engagée à force dans au moins une partie d'un canal (14) et une deuxième portion engagée à force dans au moins une partie d'un canal (34) de la deuxième onde (3), lesdites première et deuxième portion ayant des longueurs, mesurées parallèlement à la première direction (z), supérieure ou égale à 5 mm, de préférence entre 30 et 50 mm, de préférence encore environ égale à 40 mm.
  7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe d'assemblage (13) comprend une paroi périphérique percée ou rainurée.
  8. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième ondes (1, 3) sont formées d'un premier matériau et l'organe d'assemblage (13) est formé d'un deuxième matériau, le deuxième matériau ayant une température de fusion supérieure ou égale à la température de fusion du premier matériau.
  9. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième ondes (1, 3) comprennent chacune une succession de jambes d'onde (123) reliées par des sommets d'onde (121), l'organe d'assemblage (13) étant engagé de force entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la première onde d'une part, et entre au moins des portions de deux jambes d'onde successives de la deuxième onde d'autre part.
  10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque canal (14, 34) est défini entre une plaque (4), deux jambes d'onde (123) successives de la première ou de la deuxième onde (1, 3) et un sommet d'onde (121) reliant lesdites deux jambes d'onde.
  11. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième ondes (1,3) sont choisies parmi les ondes droites, les ondes droites perforées, les ondes à décalage partiel, les ondes à vagues ou à arête de hareng.
  12. Installation de séparation d'air par distillation, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes et en ce que l'installation comprend des moyens d'alimentation pour distribuer dans des passages de l'échangeur de l'oxygène liquide en tant que fluide frigorigène et de l'azote gazeux en tant que fluide calorigène.
EP18720326.0A 2017-04-27 2018-04-12 Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur Active EP3615877B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1753704A FR3065795B1 (fr) 2017-04-27 2017-04-27 Echangeur de chaleur a jonction d'ondes amelioree, installation de separation d'air associee et procede de fabrication d'un tel echangeur
PCT/FR2018/050924 WO2018197776A1 (fr) 2017-04-27 2018-04-12 Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3615877A1 EP3615877A1 (fr) 2020-03-04
EP3615877B1 true EP3615877B1 (fr) 2023-08-09

Family

ID=59070931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18720326.0A Active EP3615877B1 (fr) 2017-04-27 2018-04-12 Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11629918B2 (fr)
EP (1) EP3615877B1 (fr)
JP (1) JP2020517900A (fr)
CN (1) CN110678712B (fr)
FR (1) FR3065795B1 (fr)
WO (1) WO2018197776A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3065795B1 (fr) * 2017-04-27 2019-06-14 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur a jonction d'ondes amelioree, installation de separation d'air associee et procede de fabrication d'un tel echangeur
US11255610B2 (en) * 2020-01-22 2022-02-22 Cooler Master Co., Ltd. Pulse loop heat exchanger and manufacturing method of the same
US11774189B2 (en) * 2020-09-29 2023-10-03 Air Products And Chemicals, Inc. Heat exchanger, hardway fin arrangement for a heat exchanger, and methods relating to same
CN114485054A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 马靳超 一种返流膨胀高纯氮空分设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2595308A (en) * 1948-03-03 1952-05-06 Modine Mfg Co Gas-to-gas heat exchanger
DE1152432B (de) * 1962-04-21 1963-08-08 Linde Eismasch Ag Platten-Kondensator-Verdampfer, insbesondere fuer Gas- und Luftzerleger
FR2547898B1 (fr) 1983-06-24 1985-11-29 Air Liquide Procede et dispositif pour vaporiser un liquide par echange de chaleur avec un deuxieme fluide, et leur application a une installation de distillation d'air
JPH07159074A (ja) * 1993-12-08 1995-06-20 Nissan Motor Co Ltd 積層型熱交換器
JP4592125B2 (ja) * 1998-10-05 2010-12-01 大陽日酸株式会社 流下液膜式凝縮蒸発器
FR2938904B1 (fr) 2008-11-24 2012-05-04 Air Liquide Echangeur de chaleur
JP5128544B2 (ja) * 2009-04-20 2013-01-23 株式会社神戸製鋼所 プレートフィン熱交換器
FR3065795B1 (fr) * 2017-04-27 2019-06-14 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur a jonction d'ondes amelioree, installation de separation d'air associee et procede de fabrication d'un tel echangeur

Also Published As

Publication number Publication date
FR3065795A1 (fr) 2018-11-02
FR3065795B1 (fr) 2019-06-14
US11629918B2 (en) 2023-04-18
CN110678712B (zh) 2022-11-04
US20200386486A1 (en) 2020-12-10
CN110678712A (zh) 2020-01-10
WO2018197776A1 (fr) 2018-11-01
EP3615877A1 (fr) 2020-03-04
JP2020517900A (ja) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3615877B1 (fr) Echangeur de chaleur à jonction d'ondes améliorée, installation de séparation d'air associée et procédé de fabrication d'un tel échangeur
WO2007042698A1 (fr) Procede de vaporisation et/ou de condensation dans un echangeur de chaleur
EP3479044B1 (fr) Echangeur de chaleur comprenant un dispositif de distribution d'un melange liquide/gaz
EP1008826B1 (fr) Vaporiseur à film ruisselant et installations de distillation d'air correspondantes
FR2865027A1 (fr) Ailette pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur muni de telles ailettes
WO2019122651A1 (fr) Element intercalaire a texturation de surface, echangeur de chaleur et procede de fabrication associes
WO2016124748A1 (fr) Echangeur de chaleur comprenant un dispositif de distribution de liquide frigorigene
EP1159573A1 (fr) Echangeur de chaleur a plaques brasees et appareil de distillation d'air equipe d'un tel echangeur
FR3075339B1 (fr) Echangeur de chaleur avec elements et plaques a texturation de surface
EP3555544B1 (fr) Échangeur de chaleur avec dispositif mélangeur liquide/gaz à géométrie de canal améliorée
FR3064345A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a orifices de forme amelioree
WO2011110772A2 (fr) Echangeur de chaleur
FR2938904A1 (fr) Echangeur de chaleur
EP4062118B1 (fr) Echangeur de chaleur avec agencement de dispositifs mélangeurs améliorant la distribution d'un mélange diphasique
WO2019122663A1 (fr) Element intercalaire a texturation de surface, echangeur de chaleur comprenant un tel element
FR3075335B1 (fr) Echangeur de chaleur avec elements intercalaires superposes
FR3127561A1 (fr) Echangeur comprenant au moins une structure d’échange thermique à surface striée
FR3060729A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a canal isolant thermique
FR3133077A3 (fr) Echangeur de chaleur à structure d’échange thermique améliorée

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191127

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20211123

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F25J 5/00 20060101ALI20230217BHEP

Ipc: F28F 9/02 20060101ALI20230217BHEP

Ipc: F28D 21/00 20060101ALI20230217BHEP

Ipc: F28D 9/00 20060101AFI20230217BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230314

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 602018054963

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: FRENCH

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20230809

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MK05

Ref document number: 1597974

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20230809

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231110

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231209

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231211

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231109

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231209

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231110

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 602018054963

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT