WO2017081091A1 - Method for producing a heat exchanger module having at least two fluid flow circuits, comprising a step of hot isostatic pressing of plates - Google Patents

Abstract

The invention concerns a method for manufacturing heat exchangers having at least two fluid circuits each comprising channels from grooved plates. This method according to the invention involves determining a relative width and arrangement between the first and second grooves in the width direction of the stack of plates, in such a way as to obtain, when the stack has been produced, in the direction of stacking, columns of material that are delimited laterally both over the width of the ribs, referred to as isthmuses, between first adjacent grooves and the isthmuses between second adjacent ribs, and that are spaced apart at regular intervals over the width of the stack.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN MODULE D'ECHANGEUR DE CHALEUR A AU MOINS DEUX CIRCUITS DE CIRCULATION DE FLUIDE, AVEC ETAPE  METHOD OF MAKING A HEAT EXCHANGER MODULE WITH AT LEAST TWO FLUID CIRCUIT CIRCUITS, WITH STEP

DE COMPRESSION ISOSTATIQUE A CHAUD DE PLAQUES  OF ISOSTATIC COMPRESSION TO HOT PLATES

Domaine technique  Technical area

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à au moins deux circuits de fluide comportant chacun des canaux.  The present invention relates to heat exchangers with at least two fluid circuits each having channels.

L'invention a trait plus particulièrement à un nouveau procédé de fabrication de tels échangeurs par soudage par diffusion obtenu par la technique de compression isostatique à chaud (CIC).  The invention relates more particularly to a new method of manufacturing such diffusion welding heat exchangers obtained by the technique of hot isostatic compression (CIC).

Les échangeurs de chaleur connus comprennent soit un soit au moins deux circuits à canaux de circulation interne de fluide. Dans les échangeurs à un seul circuit, les échanges thermiques se réalisent entre le circuit et un fluide environnant dans lequel il baigne. Dans les échangeurs à au moins deux circuits de fluide, les échanges thermiques se réalisent entre les deux circuits de fluide.  The known heat exchangers comprise either one or at least two internal fluid circulation channel circuits. In the single-circuit heat exchangers, the heat exchange takes place between the circuit and a surrounding fluid in which it is immersed. In the exchangers with at least two fluid circuits, the heat exchange takes place between the two fluid circuits.

II est connu des réacteurs chimiques qui mettent en œuvre un procédé en continu selon lequel on injecte simultanément une quantité faible de co-réactants, à l'entrée d'un premier circuit de fluide, de préférence équipé d'un mélangeur, et on récupère le produit chimique obtenu en sortie dudit premier circuit. Parmi ces réacteurs chimiques connus, certains comprennent un deuxième circuit de fluide, appelé usuellement utilité, et dont la fonction est de contrôler thermiquement la réaction chimique, soit en apportant la chaleur nécessaire à la réaction, soit au contraire en évacuant la chaleur dégagée par celle-ci. De tels réacteurs chimiques à deux circuits de fluide avec utilité sont usuellement appelés échangeurs-réacteurs.  It is known chemical reactors which implement a continuous process in which a small amount of co-reactants is simultaneously injected at the inlet of a first fluid circuit, preferably equipped with a mixer, and is recovered. the chemical product obtained at the outlet of said first circuit. Among these known chemical reactors, some include a second fluid circuit, usually called utility, whose function is to thermally control the chemical reaction, either by providing the heat necessary for the reaction, or on the contrary by removing the heat released by that -this. Such chemical reactors with two fluid circuits with utility are usually called reactor-exchangers.

La présente invention concerne aussi bien la réalisation d'échangeurs de chaleur à fonction uniquement d'échanges thermiques que la réalisation d'échangeurs- réacteurs. Aussi, par « échangeur de chaleur à au moins deux circuits de fluide », il faut comprendre dans le cadre de l'invention, aussi bien un échangeur de chaleur à fonction uniquement d'échanges thermiques qu'un échangeur-réacteur.  The present invention relates both to the production of heat exchangers with a function solely of heat exchange and the production of exchangers and reactors. Thus, by "heat exchanger with at least two fluid circuits", it is necessary to understand in the context of the invention, both a heat exchanger with a function of heat exchange only a reactor-exchanger.

Etat de la technique  State of the art

Les échangeurs de chaleur, dits à plaques, existants présentent des avantages importants par rapports aux échangeurs de chaleur, dits à tubes, existants, en particulier leurs performances thermiques et leur compacité grâce à un rapport de la surface sur le volume d'échanges thermiques favorablement élevé. The heat exchangers, known as plate heat exchangers, have important advantages over heat exchangers, known as tube heat exchangers, in particular their thermal performance and their compactness thanks to a ratio of the surface to the volume of heat exchange favorably high.

Les échangeurs à tubes connus sont par exemple des échangeurs à tubes et calandre, dans lesquels un faisceau de tubes droits ou cintrés en forme de U ou en forme d'hélice est fixé sur des plaques percées et disposé à l'intérieur d'une enceinte dénommée calandre. Dans ces échangeurs à tubes et calandre, l'un des fluides circule à l'intérieur des tubes tandis que l'autre fluide circule à l'intérieur de la calandre. Ces échangeurs à tubes et calandre présentent un volume important et sont donc de faible compacité.  The known tube exchangers are, for example, tube and shell exchangers, in which a bundle of upright or bent U-shaped or helical tubes is fixed on pierced plates and disposed inside a chamber called calender. In these tube and shell exchangers, one of the fluids circulates inside the tubes while the other fluid circulates inside the shell. These tube and shell exchangers have a large volume and are therefore of low compactness.

Les échangeurs à plaques connus sont plus compacts et sont obtenus par empilement de plaques comportant des canaux et assemblées entre elles.  The known plate heat exchangers are more compact and are obtained by stacking plates comprising channels and assembled together.

Les canaux sont réalisés par emboutissage de plaques, le cas échéant par ajout de feuillards pliés sous forme d'ailettes ou par usinage de rainures. L'usinage est réalisé par des moyens mécaniques, par exemple par fraisage ou par voie chimique. L'usinage chimique est usuellement appelé gravage chimique ou électrochimique.  The channels are made by stamping plates, if necessary by adding strips folded in the form of fins or by machining grooves. The machining is carried out by mechanical means, for example by milling or by chemical means. Chemical machining is usually called chemical or electrochemical etching.

L'assemblage des plaques entre elles a pour objectif d'assurer l'étanchéité et/ou la tenue mécanique des échangeurs, notamment la tenue à la pression des fluides circulant à l'intérieur. L'assemblage concerne généralement un empilement réalisé en superposant, selon une séquence régulièrement répétée, des plaques de plusieurs types, chaque type correspondant à un des circuits de fluides, l'empilement pouvant contenir des plaques de séparation non rainurées.  The assembly of the plates together is intended to ensure the sealing and / or the mechanical strength of the exchangers, in particular the resistance to pressure of the fluids circulating inside. The assembly generally relates to a stack made by superimposing, in a regularly repeated sequence, plates of several types, each type corresponding to one of the fluid circuits, the stack may contain non-grooved separation plates.

Plusieurs techniques d'assemblage sont connues et sont mises en œuvre en fonction du type d'échangeur à plaques souhaité. L'assemblage peut ainsi être obtenu par des moyens mécaniques, tels que des tirants maintenant l'empilement serré entre deux plaques épaisses et rigides disposées aux extrémités. L'étanchéité des canaux est alors obtenue par écrasement de joints rapportés. L'assemblage peut être également obtenu par soudage, généralement limité à la périphérie des plaques, ce qui nécessite parfois d'insérer, ultérieurement au soudage, l'échangeur dans une calandre pour permettre sa tenue à la pression des fluides. L'assemblage peut encore être obtenu par brasage, en particulier pour des échangeurs pour lesquels des ailettes sont ajoutées. L'assemblage peut enfin être obtenu par soudage par diffusion (soudage-diffusion).  Several assembly techniques are known and are implemented depending on the type of plate heat exchanger desired. The assembly can thus be obtained by mechanical means, such as tie rods holding the stack tight between two thick plates and rigid disposed at the ends. The sealing of the channels is then obtained by crushing reported joints. The assembly can also be obtained by welding, generally limited to the periphery of the plates, which sometimes requires to insert, after welding, the heat exchanger in a calender to allow it to withstand the pressure of the fluids. The assembly can still be obtained by brazing, in particular for exchangers for which fins are added. The assembly can finally be obtained by diffusion welding (welding-diffusion).

Les deux dernières techniques citées permettent de réaliser des échangeurs particulièrement performants en termes de tenue mécanique. En effet, grâce à ces deux techniques, l'assemblage est obtenu non seulement à la périphérie des plaques mais aussi à l'intérieur de l'échangeur. The last two techniques mentioned make it possible to produce exchangers that are particularly efficient in terms of mechanical strength. Indeed, thanks to these two techniques, the assembly is obtained not only at the periphery of the plates but also inside the exchanger.

Les échangeurs de chaleur à plaques assemblés par soudage par diffusion présentent des joints encore plus performants mécaniquement que les joints des échangeurs obtenus par brasage du fait de l'absence du métal d'apport requis pour le brasage.  Plate heat exchangers assembled by diffusion welding have joints that are even more mechanically efficient than the joints of the brazed exchangers due to the absence of the solder required for brazing.

Le soudage-diffusion consiste à obtenir un assemblage à l'état solide en appliquant une force à chaud sur les pièces à assembler pendant un temps donné.  Welding-diffusion consists of obtaining a solid state assembly by applying a hot force to the parts to be assembled during a given time.

L'assemblage par soudage-diffusion des plaques peut être mis en œuvre par compression uni-axiale à chaud, procédé qui consiste à appliquer simultanément une température élevée et un chargement essentiellement perpendiculaire aux plaques à assembler pendant un temps suffisant pour assurer le soudage des plaques entre-elles. Cette opération est généralement faite sous vide pour ne pas piéger du gaz dans les interfaces.  The diffusion-welding assembly of the plates can be implemented by uni-axial hot pressing, a process which consists in simultaneously applying a high temperature and a loading that is essentially perpendicular to the plates to be assembled for a sufficient time to ensure the welding of the plates. between them. This operation is usually done under vacuum so as not to trap gas in the interfaces.

Le soudage-diffusion peut aussi être mis en œuvre par Compaction Isostatique à Chaud (CIC). Cette technique consiste à disposer des pièces dans une enveloppe étanche, appelée conteneur, mise sous vide puis à soumettre cette enveloppe à une forte pression de gaz neutre, généralement de 500bar à 1500bar, à haute température, typiquement de 500 à 1200°C selon les matériaux. L'enveloppe transmettant la pression aux pièces tout en restant étanche, on obtient le soudage diffusion de celles-ci. Dans le cas des échangeurs à plaques, la pression doit être réduite pour maintenir la déformation à un niveau acceptable, typiquement de 30 à 300bar.  Welding-diffusion can also be implemented by Hot Isostatic Compaction (CIC). This technique consists in arranging the parts in a sealed envelope, called a container, evacuating and then subjecting this envelope to a high neutral gas pressure, generally from 500 bar to 1500 bar, at a high temperature, typically from 500 to 1200.degree. materials. The envelope transmitting the pressure to the parts while remaining sealed, we obtain the diffusion welding thereof. In the case of plate heat exchangers, the pressure must be reduced to maintain the deformation at an acceptable level, typically 30 to 300 bar.

Il est à noter deux différences importantes quant à la problématique de déformation des canaux en soudage diffusion-uniaxial et en soudage-diffusion par CIC.  There are two important differences in the problem of channel deformation in diffusion-uniaxial welding and diffusion welding by CIC.

Tout d'abord, la déformation des canaux dans le premier cas est obtenue en partie grâce à un écoulement de matière dans le plan perpendiculaire à la direction d'application de la force, tandis que cet écoulement est empêché par la pression dans le second cas. Il en résulte que la réduction de section des canaux et leur déformation est de nature différente : il s'agit essentiellement d'un aplatissement en soudage-diffusion uni- axial et d'une réduction plus uniforme, suivant toutes les directions, en soudage- diffusion par CIC. En CIC, la présence d'une contrainte s'opposant à l'aplatissement permet d'utiliser une pression de soudage supérieure à celle utilisée en soudage diffusion uni- axial, ce qui est favorable à l'obtention d'interfaces plus résistantes. Firstly, the deformation of the channels in the first case is obtained in part by a flow of material in the plane perpendicular to the direction of application of the force, whereas this flow is prevented by the pressure in the second case. . As a result, the reduction in cross-section of the channels and their deformation is of a different nature: it is essentially a flattening in uniaxial diffusion-welding and a more uniform reduction, in all directions, in welding- broadcast by CIC. In CIC, the presence of a constraint opposing flattening allows to use a welding pressure higher than that used in unidirectional diffusion welding, which is favorable to obtaining more resistant interfaces.

La seconde différence importante entre les deux procédés est que l'utilisation d'une pression de gaz en CIC permet d'avoir en tout point de la surface de l'enveloppe la même contrainte appliquée. Cette contrainte est par définition perpendiculaire à cette surface, même si cette surface n'est pas plane ou n'est plus plane suite à une déformation localement plus forte. Une telle déformation est susceptible d'arriver quand, en regard du point de la surface de l'enveloppe considéré, se trouve une zone de l'empilement moins résistante.  The second important difference between the two processes is that the use of a gas pressure in CIC makes it possible to have the same applied stress at all points on the surface of the envelope. This constraint is by definition perpendicular to this surface, even if this surface is not flat or is no longer flat due to a locally stronger deformation. Such deformation is likely to occur when, opposite the point of the surface of the envelope considered, there is a zone of the stack less resistant.

A contrario, en soudage diffusion uni-axial, la pression est généralement transmise à l'empilement par un plateau rigide et par conséquent les faces inférieures et supérieures de l'empilement restent sensiblement planes et parallèles, même en cas de présence locale de zones peu résistantes. Cette seconde différence peut être vue comme un avantage ou un inconvénient du soudage diffusion par CIC : d'une part le risque de déformation locale peut limiter la pression de CIC applicable, d'autre part la mise en contact des plaques est moins tributaire de leur planéité.  On the other hand, in uni-axial diffusion welding, the pressure is generally transmitted to the stack by a rigid plate and consequently the lower and upper faces of the stack remain substantially flat and parallel, even in the case of local presence of small areas. resistant. This second difference can be seen as an advantage or a disadvantage of welding diffusion by CIC: on the one hand the risk of local deformation can limit the pressure of CIC applicable, on the other hand the bringing into contact of the plates is less dependent on their flatness.

L'assemblage par soudage-diffusion uni-axial des plaques est décrit dans de nombreux documents. Cependant, la tenue mécanique et l'étanchéité de l'assemblage obtenu sont difficiles à garantir parce que, pour prévenir une déformation excessive des canaux, il est nécessaire de choisir une force de soudage suffisamment faible.  The uni-axial diffusion-welding assembly of the plates is described in numerous documents. However, the mechanical strength and tightness of the assembly obtained are difficult to guarantee because, to prevent excessive deformation of the channels, it is necessary to choose a sufficiently low welding force.

Pour obtenir des joints de qualité suffisante, c'est-à-dire avec l'absence de pores, malgré cette faible force, on peut augmenter la température de soudage, mais il en résulte un accroissement indésirable de la taille de grain du matériau, ce qui l'affaiblit.  To obtain joints of sufficient quality, that is to say with the absence of pores, despite this low force, it is possible to increase the welding temperature, but this results in an undesirable increase in the grain size of the material, which weakens it.

Une alternative consiste à revêtir les surfaces à souder avec un métal ductile tel que le nickel, mais là aussi les interfaces sont affaiblies par rapport à un soudage diffusion homogène tel qu'on l'obtiendrait avec une force de soudage élevée (sans métal d'apport et sans porosité résiduelle), ou par rapport au matériau de base choisi pour l'application.  An alternative is to coat the surfaces to be welded with a ductile metal such as nickel, but here again the interfaces are weakened compared to a homogeneous diffusion welding such as would be obtained with a high welding force (without any metal). supply and without residual porosity), or with respect to the base material chosen for the application.

Enfin, une solution proposée telle que décrite dans le brevet US7900811B1 est d'appliquer à un empilement préalablement assemblé par soudage diffusion uni-axial un cycle de CIC haute pression, canaux ouverts pour ne pas les déformer, afin de parfaire l'assemblage, étant entendu que, celui-ci ayant été réalisé dans des conditions permettant d'éviter la déformation des canaux, les interfaces obtenues sont imparfaitement soudées. Or, s'il est évident pour l'homme de l'art que l'application d'un traitement par CIC permet l'élimination des pores isolés présents aux interfaces, la porosité qui débouche dans les canaux n'est pas éliminée. Cette solution n'est donc pas universelle, elle n'est efficace que si une certaine qualité de soudage a été obtenue lors du soudage diffusion uni-axial. Finally, a proposed solution as described in patent US7900811B1 is to apply to a stack previously assembled by uni-axial diffusion welding a CIC high pressure cycle, open channels not to deform them, to complete the assembly, being understood that, having been made under conditions allowing to avoid the deformation of the channels, the interfaces obtained are imperfectly welded. However, if it is obvious to those skilled in the art that the application of a CIC treatment allows the removal of isolated pores present at the interfaces, the porosity that leads into the channels is not eliminated. This solution is not universal, it is effective only if a certain quality of welding has been obtained during uni-axial diffusion welding.

En soudage-diffusion par CIC, comme en soudage diffusion uni-axial, un problème rencontré lors du soudage d'échangeurs compacts à plaques est que la faible pression utilisée ne permet généralement pas d'obtenir des interfaces suffisamment résistantes.  In welding-diffusion by CIC, as in uni-axial diffusion welding, a problem encountered during the welding of compact plate heat exchangers is that the low pressure used does not generally make it possible to obtain interfaces that are sufficiently strong.

La mise en œuvre en soudage diffusion par CIC des solutions relatives au soudage diffusion uni-axial évoquées précédemment présente les mêmes inconvénients.  The implementation in diffusion welding by CIC of the solutions relating to uni-axial diffusion welding mentioned above has the same drawbacks.

En outre, les enceintes industrielles permettant la mise en œuvre de CIC sont généralement mal adaptées à un fonctionnement sous basse pression. Ainsi, en pratique il existe une pression minimale de fonctionnement de ces enceintes industrielles qui, à la connaissance des inventeurs, est de quelques dizaines de bar.  In addition, the industrial enclosures allowing the implementation of CIC are generally poorly suited to operating under low pressure. Thus, in practice there is a minimum operating pressure of these industrial enclosures which, to the inventors' knowledge, is a few tens of bar.

Cette pression minimale est souvent trop élevée et conduit à une déformation inacceptable des canaux, notamment dans le cas d'échangeurs ayant une forte densité de canaux. Une solution serait de réduire la densité de canaux mais cela revient à réduire la compacité de l'échangeur. Une autre solution serait de diminuer la température de soudage pour améliorer la résistance du matériau, mais cela a pour conséquence une diminution de la qualité du soudage.  This minimum pressure is often too high and leads to an unacceptable distortion of the channels, especially in the case of exchangers with a high density of channels. One solution would be to reduce the density of channels but this amounts to reducing the compactness of the exchanger. Another solution would be to reduce the welding temperature to improve the strength of the material, but this results in a decrease in the quality of the welding.

Pourtant, plusieurs autres solutions énumérées ci-après, existent pour souder par diffusion par CIC des composants comportant des canaux de refroidissement en évitant de trop les déformer.  However, several other solutions listed below exist for soldering by diffusion by CIC components with cooling channels avoiding excessive deformation.

Une première solution, décrite dans le brevet FR2989158B1, consiste à se servir de tubes pour former les canaux et souder de façon étanche au moins une extrémité de chaque tube à l'enveloppe. De cette façon, le gaz de pression pour la CIC pénètre les canaux mais pas les interfaces à souder. L'application de fortes pressions de soudage sans déformation notable des canaux est possible. Cette solution peut cependant être lourde à mettre en œuvre quand les canaux sont très nombreux. En outre, elle n'est pas envisageable quand les canaux sont de géométrie complexe, car ces formes ne peuvent être formées par des tubes, même cintrés. Une deuxième solution, décrite dans le brevet FR2879489B1, consiste à reconstruire des canaux ouverts à leur(s) extrémité(s) uniquement, en soudant par TIG ou par laser des lames au sommet de rainures réalisées dans des plaques de façon, comme précédemment à ce que le gaz de CIC pénètre les canaux mais pas les interfaces à souder. L'application de fortes pressions de soudage sans déformation notable des canaux est là encore possible. Cette solution est également lourde à mettre en œuvre et onéreuse quand les canaux sont très nombreux. En outre, elle n'est pas envisageable quand les canaux sont très petits. A first solution, described in the patent FR2989158B1, is to use tubes to form the channels and sealingly seal at least one end of each tube to the envelope. In this way, the pressure gas for the CIC enters the channels but not the interfaces to be welded. The application of high welding pressures without significant deformation of the channels is possible. This solution can however be cumbersome to implement when the channels are very numerous. In addition, it is not possible when the channels are of complex geometry, because these shapes can not be formed by tubes, even bent. A second solution, described in the patent FR2879489B1, consists of reconstructing open channels at their end (s) only, by welding by TIG or laser blades at the top of grooves made in plates so, as previously to that the CIC gas enters the channels but not the interfaces to be soldered. The application of high welding pressures without significant deformation of the channels is again possible. This solution is also cumbersome to implement and expensive when the channels are very numerous. In addition, it is not possible when the channels are very small.

Une troisième solution, décrite dans le brevet FR2949699B1 consiste à disposer, autour de rainures réalisées dans des plaques, un insert de faible surface d'appui et appliquer un cycle de CIC à faible pression sur un empilement de telles plaques. La pression étant faible, la déformation des rainures est faible et le soudage diffusion très imparfait. Par contre, une forte plastification de Γ insert est obtenue à cause de sa faible surface d'appui, ce qui permet l'étanchéification des rainures. Dans un second temps, on réalise alors une opération d'usinage pour ouvrir les rainures (canaux) puis on applique un cycle de CIC à haute pression pour terminer de souder par diffusion l'empilement, en particulier les surfaces sises entre les rainures. Là aussi, cette solution est lourde à mettre en œuvre et onéreuse quand les canaux sont très nombreux, et elle n'est pas adaptée aux très petits canaux.  A third solution, described in the patent FR2949699B1 is to have, around grooves made in plates, a low support surface insert and apply a low pressure CIC cycle on a stack of such plates. The pressure being low, the deformation of the grooves is weak and the diffusion welding very imperfect. On the other hand, a strong plasticization of the insert is obtained because of its low bearing surface, which makes it possible to seal the grooves. In a second step, a machining operation is then performed to open the grooves (channels) and then a high-pressure CIC cycle is applied to complete the diffusion bonding of the stack, in particular the surfaces between the grooves. Here too, this solution is cumbersome to implement and expensive when the channels are very numerous, and it is not adapted to very small channels.

Aucune de ces trois solutions n'est bien adaptée au cas d'un grand nombre de plaques et d'un grand nombre de canaux.  None of these three solutions is well suited to the case of a large number of plates and a large number of channels.

Une autre solution, décrite dans le brevet FR3005499 Bl consiste à assembler par soudage diffusion dans un premier temps des éléments comportant les canaux du premier type de fluide puis, dans une second temps, à assembler ces derniers avec des éléments comportant les canaux du second type de fluide. Cette solution possède des avantages de plusieurs ordres, y compris la possibilité d'obtenir simultanément une bonne qualité d'interface et une faible déformation, mais elle reste assez lourde à mettre en œuvre et onéreuse car l'assemblage est réalisé en plusieurs fois.  Another solution, described in the patent FR 3005499 B1, consists in assembling, by diffusion welding, firstly elements comprising the channels of the first type of fluid and then, in a second step, assembling them with elements comprising the channels of the second type. of fluid. This solution has advantages of several orders, including the possibility of simultaneously obtaining good interface quality and low deformation, but it remains quite heavy to implement and expensive because the assembly is performed in several times.

Dans le cas général de l'assemblage par soudage diffusion d'échangeurs compacts à plaques, notamment des plaques rainurées, on voit donc que l'obtention d'interfaces très bien soudées, sans déformation excessive des canaux est difficile et que les solutions trouvées jusqu'à présent ont toutes des inconvénients. Il existe donc un besoin d'améliorer encore les procédés de réalisation d'échangeurs de chaleur par soudage-diffusion, plus particulièrement ceux qui mettent en œuvre la technique de CIC qui présente plusieurs avantages par rapport au soudage uni- axial que l'on peut résumer ainsi : In the general case of the diffusion welding assembly of compact plate heat exchangers, in particular grooved plates, it can thus be seen that obtaining very well-welded interfaces without excessive deformation of the channels is difficult and that the solutions found up to now all have disadvantages. There is therefore a need to further improve the methods of producing heat exchangers by diffusion welding, more particularly those which implement the CIC technique which has several advantages over uniaxial welding that can be achieved. summarize as follows:

- présence d'une contrainte sur les côtés, susceptible de limiter l'aplatissement des canaux et par-là même d'autoriser une pression de soudage supérieure favorable à l'obtention d'interfaces plus résistantes,  - Presence of a constraint on the sides, likely to limit the flattening of the channels and thereby to allow a higher welding pressure favorable to obtain more resistant interfaces,

- meilleure tolérance aux défauts de planéité des plaques grâce au mode d'application de l'effort vis une pression de gaz,  - Better tolerance to unevenness of the plates due to the application of the force to a gas pressure,

- possibilité de réaliser plus facilement des échangeurs de grande taille, grâce à une plus grande disponibilité de grandes installations industrielles de CIC dans le monde comparativement aux installations de soudage uni-axial, lesquelles sont peu répandues et plus difficiles à piloter, en particulier en ce qui concerne le chauffage qui est grandement facilité en CIC par la présence du gaz sous pression.  - the ability to make large heat exchangers more easily, thanks to the greater availability of large industrial CIC plants worldwide compared to uni-axial welding systems, which are not very common and difficult to drive, especially in which concerns the heating which is greatly facilitated in CIC by the presence of gas under pressure.

Il existe un besoin particulier d'améliorer encore les procédés de réalisation d'échangeurs de chaleur par soudage-diffusion par CIC, notamment pour obtenir des échangeurs compacts, avec des canaux de géométrie complexe et/ou de petites dimensions et/ou avec un grand nombre de plaques et/ou avec un grand nombre de canaux, pour améliorer la tenue mécanique de leurs joints sans engendrer de trop forte déformation des canaux, et pour avoir des coûts de fabrication et une facilité de mise en œuvre acceptables.  There is a particular need to further improve the processes for producing heat exchangers by diffusion welding by CIC, in particular to obtain compact heat exchangers, with channels of complex geometry and / or small dimensions and / or with a large diameter. number of plates and / or with a large number of channels, to improve the mechanical strength of their joints without causing excessive deformation of the channels, and to have acceptable manufacturing costs and ease of implementation.

Le but de l'invention est de répondre au moins partiellement à ce(s) besoin(s). The object of the invention is to at least partially meet this (these) need (s).

Exposé de l'invention Presentation of the invention

Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un module d'échangeur de chaleur à au moins deux circuits de fluide comportant chacun des canaux, comportant les étapes suivantes :  To do this, the subject of the invention is a method for producing a heat exchanger module with at least two fluid circuits each comprising channels, comprising the following steps:

a/ réalisation d'un ou plusieurs éléments d'un des deux circuits de fluide, dit premier circuit, chaque élément du premier circuit comportant au moins une plaque métallique comportant des premières rainures formant au moins une partie des canaux du premier circuit;  a / realization of one or more elements of one of the two fluid circuits, said first circuit, each element of the first circuit comprising at least one metal plate having first grooves forming at least a portion of the channels of the first circuit;

b/ réalisation d'un ou plusieurs éléments d'au moins un autre circuit de fluide, dit deuxième circuit, chaque élément du deuxième circuit comportant au moins une plaque métallique comportant des deuxièmes rainures formant au moins une partie des canaux du deuxième circuit, le motif et/ou la largeur des canaux du premier circuit étant différent(s) respectivement du motif et/ou la largeur des canaux du deuxième circuit; b / producing one or more elements of at least one other fluid circuit, said second circuit, each element of the second circuit comprising at least one metal plate having second grooves forming at least a part of the channels of the second circuit; second circuit, the pattern and / or the width of the channels of the first circuit being different respectively from the pattern and / or the width of the channels of the second circuit;

c/ empilement des plaques métalliques des éléments des premier et deuxième circuits de sorte à former leurs canaux;  c / stacking the metal plates of the elements of the first and second circuits so as to form their channels;

d/ assemblage par soudage-diffusion entre le ou les éléments du premier circuit et le ou les éléments du deuxième circuit, empilés les uns sur les autres.  d / assembly by welding-diffusion between the element or elements of the first circuit and the element or elements of the second circuit, stacked on each other.

Dans ce procédé selon l'invention, on détermine une largeur et un agencement relatifs entre les premières et deuxièmes rainures dans le sens de largeur de l'empilement tels qu'une fois l'empilement réalisé selon l'étape c/, on obtienne dans la direction de l'empilement, des colonnes de matière qui soient délimitées latéralement à la fois sur la largeur des nervures, appelées isthmes, entre première rainures adjacentes et des isthmes entre deuxième nervures adjacentes, et qui soient régulièrement espacées sur la largeur de l'empilement.  In this method according to the invention, a relative width and arrangement is determined between the first and second grooves in the width direction of the stack such that once the stack produced according to step c /, is obtained in the direction of stacking, columns of material which are delimited laterally both across the width of the ribs, called isthmus, between first adjacent grooves and isthmns between adjacent second ribs, and which are evenly spaced across the width of the stack.

Par « motif différent », on comprend qu'en vue de face de l'empilement du module d'échangeur, le contour des canaux du premier circuit présente un profil géométrique différent des canaux du deuxième circuit, dans au moins une zone d'échange.  By "different pattern", it is understood that in front view of the stack of the exchanger module, the contour of the channels of the first circuit has a different geometric profile of the channels of the second circuit, in at least one exchange zone. .

Le nombre de canaux du premier circuit est différent du nombre du deuxième circuit entre deux colonnes de matière successives.  The number of channels of the first circuit is different from the number of the second circuit between two successive columns of material.

De préférence, on détermine une largeur d'isthmes entre premières rainures adjacentes qui est comprise entre 0,5 et 2,5 fois la largeur des isthmes entre deuxièmes rainures adjacentes. La largeur d'isthmes entre premières rainures adjacentes peut par exemple être égale à la largeur des isthmes entre deuxièmes rainures adjacentes.  Preferably, an isthmus width is determined between adjacent first grooves which is between 0.5 and 2.5 times the width of the isthmas between adjacent second grooves. The isthmus width between adjacent first grooves may for example be equal to the width of the isthmas between adjacent second grooves.

L'invention consiste ainsi à réaliser un arrangement particulier des rainures dans un empilement de plaques rainurées destiné à être soudé par diffusion par CIC, de sorte à obtenir une répartition régulière de colonnes de matière résistantes dans l'empilement.  The invention thus consists in providing a particular arrangement of the grooves in a stack of grooved plates intended to be welded by diffusion by CIC, so as to obtain a regular distribution of resistant material columns in the stack.

Ces colonnes résistantes sont des zones allongées dans la direction de l'empilement qui présentent une continuité de matière lorque l'étape d/ de soudage est achevée, et qui traversent l'empilement de part en part.  These resistant columns are elongated zones in the direction of the stack which have continuity of material when the d / welding step is completed, and which pass through the stack from one side to the other.

Avec ces colonnes de matière résistantes selon l'invention, on évite la présence de larges zones, qui sont susceptibles de présenter de fortes déformations et donc on évite de devoir limiter la pression de soudage en CIC à cause de ces zones. Le fait que la répartition des colonnes résistantes soit régulière permet de choisir comme valeur de pression de soudage la valeur maximale admissible par l'empilement en CIC, celle-ci étant fonction d'un grand nombre de facteurs comme le matériau, la géométrie, la température et le temps de soudage et la déformation maximale admissible des canaux. With these columns of resistant material according to the invention, it avoids the presence of large areas, which are likely to have large deformations and thus avoids having to limit the welding pressure CIC because of these areas. The fact that the distribution of the resistant columns is regular makes it possible to choose as a welding pressure value the maximum value allowed by the stacking in CIC, this being a function of a large number of factors such as the material, the geometry, the temperature and welding time and the maximum allowable deformation of the channels.

En outre, on prévoit que l'arrangement des rainures selon l'invention laisse, à travers l'empilement, des zones de matière sans canaux, usuellement appelées rives et enclumes, qui permettent également de renforcer substantiellement l'empilement vis-à-vis de la déformation sans altérer la qualité du soudage. Les rives sont les zones qui sont situées latéralement de part et d'autre des rainures et sont généralement constituées par les parties non rainurées des plaques. Les enclumes sont quant à elles des parties de l'empilement disposées à ses extrémités de dessus et de dessous et constituées par exemple de plaques non rainurées ou de plaques monolithiques plus épaisses que les plaques rainurées, et sont éventuellement faites d'un matériau différent. La largeur des rives et l'épaisseur des enclumes qu'il est nécessaire de choisir pour contenir suffisamment la déformation dépendent d'un grand nombre de facteurs : nombre et dimensions des canaux et des isthmes, nature du matériau, température, pression et temps de soudage diffusion. Par conséquent, ces dimensions sont choisies comme usuellement d'après l'expérience d'un homme de l'art de la technique CIC. Typiquement, l'épaisseur des enclumes additionnées en dessous et au dessus des plaques rainurées peut être de 50% de la hauteur totale de l'empilement. La largeur des rives additionnées de chaque côté latéral des plaques rainurées peut être de 50% de la largeur totale des plaques rainurées.  In addition, it is expected that the arrangement of the grooves according to the invention leaves, through the stack, areas of material without channels, usually called banks and anvils, which also substantially enhance the stack vis-à-vis deformation without altering the quality of the welding. The banks are the areas that are located laterally on either side of the grooves and are generally constituted by the non-grooved portions of the plates. The anvils are themselves portions of the stack disposed at its top and bottom ends and consist for example of non-grooved plates or monolithic plates thicker than the grooved plates, and are optionally made of a different material. The width of the banks and the thickness of the anvils which it is necessary to choose to contain sufficiently the deformation depend on a large number of factors: number and dimensions of the channels and the isthmus, nature of the material, temperature, pressure and time of diffusion welding. Therefore, these dimensions are chosen as usually from the experience of a person skilled in the art of the CIC technique. Typically, the thickness of the anvils added below and above the grooved plates may be 50% of the total height of the stack. The width of the banks added on each lateral side of the grooved plates may be 50% of the total width of the grooved plates.

Les rives et les enclumes peuvent servir ultérieurement à l'usinage d'attentes de soudage ou de portées de joints et de perçages filetés pour rapporter des capots de collecteurs.  The banks and anvils can be used later for machining weld expectations or joints and threaded holes to bring out collector hoods.

Il s'avère que lorsque l'arrangement des rainures selon l'invention au sein des plaques est réalisé, il est possible d'obtenir un bon soudage diffusion des plaques entre elles, en particulier au niveau des colonnes résistantes, tout en préservant la géométrie des canaux. Ceci est dû au fait que l'arrangement rend possible l'application d'une pression de soudage suffisante. La réalisation de cet arrangement est assez simple et facile à mettre en œuvre contrairement aux solutions existantes. En outre, l'arrangement permet d'optimiser la tenue mécanique du module d'échangeur obtenu non seulement grâce à la qualité du soudage mais aussi grâce à la répartition régulière des colonnes résistantes. It turns out that when the arrangement of the grooves according to the invention within the plates is achieved, it is possible to obtain a good diffusion welding plates between them, particularly at the level of resistant columns, while preserving the geometry channels. This is because the arrangement makes it possible to apply sufficient welding pressure. The realization of this arrangement is quite simple and easy to implement unlike existing solutions. In addition, the arrangement optimizes the mechanical strength of the exchanger module obtained not only through the quality of the welding but also through the regular distribution of resistant columns.

Le matériau métallique constitutif de chaque élément du premier et du deuxième circuit de fluides, ainsi que des collecteurs de fluide rapportés par soudage, est choisi en fonction des conditions de l'utilisation requise pour le module échangeur, à savoir la pression des fluides, les températures et nature des fluides circulant à travers le module. Il peut s'agir par exemple d'aluminium, de cuivre, de nickel, de titane ou d'alliages de ces éléments ainsi que d'un acier, notamment un acier allié ou un acier inoxydable ou encore d'un métal réfractaire choisi parmi les alliages de niobium, de molybdène, de tantale ou de tungstène.  The constituent metallic material of each element of the first and second fluid circuits, as well as welded-on fluid collectors, is chosen according to the conditions of the use required for the exchanger module, namely the fluid pressure, the temperatures and nature of fluids flowing through the module. It may be for example aluminum, copper, nickel, titanium or alloys of these elements as well as a steel, especially an alloy steel or a stainless steel or a refractory metal selected from alloys of niobium, molybdenum, tantalum or tungsten.

Tout en respectant l'arrangement particulier des rainures selon l'invention, les canaux de circulation des fluides ont une largeur et une hauteur qui dépendent notamment de la nature et des caractéristiques des fluides véhiculés et de l'échange de chaleur désiré. Les largeurs, isthmes et hauteurs peuvent notamment varier le long du cheminement des canaux. De façon générale, les modules d'échangeurs compacts selon l'invention comportent des canaux dont les dimensions varient de 0,1mm à 10mm, de préférence de 1 à 5mm. Pour ce faire, les épaisseurs d'une plaque métallique d'un élément du premier circuit mises en œuvres dans les étapes a/ à d/ selon l'invention peut varier de 0,1 à 15mm, de préférence de 1 à 10mm. Enfin, le cheminement des canaux dans leur longueur peut être droit ou non, et peut former des coudes ou des motifs par exemple en chevrons.  While respecting the particular arrangement of the grooves according to the invention, the fluid circulation channels have a width and a height which depend in particular on the nature and characteristics of the fluids conveyed and the desired heat exchange. The widths, isthmas and heights may vary in particular along the path of the channels. In general, the compact heat exchanger modules according to the invention comprise channels whose dimensions vary from 0.1 mm to 10 mm, preferably from 1 to 5 mm. To do this, the thicknesses of a metal plate of an element of the first circuit implemented in steps a / d according to the invention may vary from 0.1 to 15 mm, preferably from 1 to 10 mm. Finally, the pathways of the channels in their length may be straight or not, and may form elbows or patterns for example in chevrons.

La fabrication des plaques métalliques constitutives de chaque élément du premier circuit peut mettre en œuvre des procédés qui dépendent de la géométrie que l'on souhaite donner aux canaux du premier circuit. Par exemple, si on désire des canaux de section rectangulaire constante avec des angles arrondis, il est préférable d'usiner des rainures sur deux plaques constituant un seul élément. Les canaux sont alors formés par l'empilement des deux plaques l'une sur l'autre avec positionnement en vis-à-vis des rainures de chaque plaque. Si au contraire on désire des canaux à angles vifs, il est préférable de mettre en sandwich entre deux plaques non rainurées, une plaque intermédiaire présentant des motifs évidés par une technique de découpe laser ou par gravure chimique traversante. Pour l'étape cl d'empilement des plaques, on peut utiliser des pions de centrage ou caler les plaques sur leurs chants et les solidariser par exemple par soudage, afin d'obtenir la parfaite définition géométrique des colonnes de matière résistantes. The manufacture of the constituent metal plates of each element of the first circuit can implement processes that depend on the geometry that it is desired to give to the channels of the first circuit. For example, if you want channels of constant rectangular section with rounded corners, it is preferable to machine grooves on two plates constituting a single element. The channels are then formed by stacking the two plates one on the other with positioning vis-à-vis the grooves of each plate. If, on the contrary, it is desired to use sharp-angled channels, it is preferable to sandwich between two non-grooved plates, an intermediate plate having recessed patterns by a laser cutting technique or by chemical etching. For the step of stacking the plates, one can use centering pins or wedge the plates on their edges and fasten them for example by welding, in order to obtain the perfect geometric definition of the columns of resistant material.

De préférence, préalablement à l'empilement, c'est-à-dire avant l'étape cl, on réalise une étape al/ et bl / de nettoyage des plaques de chaque élément respectivement du premier circuit et deuxième circuit. Le nettoyage peut être réalisé par exemple à l'aide de détergents ou de solvants.  Preferably, prior to stacking, that is to say before step c1, a step a1 / b1 / cleaning of the plates of each element respectively of the first circuit and the second circuit is carried out. The cleaning can be carried out for example using detergents or solvents.

Selon un mode de réalisation avantageux, on réalise l'étape d/ par application d'un cycle de compression isostatique à chaud (CIC) à relativement basse pression à l'empilement étanche et dégazé. On désigne ici ce cycle CIC à relativement basse pression, car les pressions sont plus basses que celles d'un cycle CIC désigné à haute pression, i.e entre 500 et 2000 bar, avantageusement entre 800 et 1200 bar.  According to an advantageous embodiment, step d is carried out by applying a relatively low pressure hot isostatic compression (CIC) cycle to the sealed and degassed stack. This CIC cycle is designated here at relatively low pressure, since the pressures are lower than those of a CIC cycle designated at high pressure, i.e between 500 and 2000 bar, advantageously between 800 and 1200 bar.

Selon ce mode, on réalise au préalable de l'étape dl de CIC, une insertion de l'empilement dans une enveloppe métallique, dite conteneur, puis une étape de mise sous vide de l'intérieur du conteneur par un tube, dit queusot, soudé sur une face du conteneur, et enfin une étape de soudage du tube sur lui-même. Le dégazage des canaux et de la ou les interfaces est ainsi réalisé par mise sous vide, au travers du tube débouchant du conteneur puis celui-ci est obturé. Le tube ou queusot soudé sur le conteneur peut l'être également sur l'une des plaques en regard de l'orifice débouchant dans les interfaces. Pour réaliser le dégazage, ce queusot est raccordé à une pompe à vide, le pompage est effectué à une température donnée, comprise entre la température ambiante et 400°C environ, puis le queusot est obturé par soudage, sans remise à l'air.  According to this mode, the CIC step d1 is first carried out, an insertion of the stack into a metal envelope, called a container, and then a step of evacuating the inside of the container by a tube, known as a tube, soldered on one side of the container, and finally a step of welding the tube on itself. The degassing of the channels and the interface or interfaces is thus achieved by evacuation, through the tube opening the container and it is closed. The tube or tube welded to the container can be also on one of the plates facing the opening opening in the interfaces. To carry out the degassing, this tube is connected to a vacuum pump, the pumping is performed at a given temperature, between room temperature and 400 ° C, then the tube is sealed by welding, without re-airing.

Le cycle de CIC type comporte un chauffage et une pressurisation le plus souvent simultanés, un palier de température et de pression puis un refroidissement et une dépressurisation. Ce cycle est choisi notamment en fonction du (des) matériau(x) des plaques constitutives des éléments du premier et du deuxième circuit. En particulier, on peut choisir la température de palier et les vitesses de chauffage et de pressurisation (respectivement de refroidissement et dépressurisation) notamment en tenant compte des capacités de l'enceinte de CIC utilisée.  The typical DUC cycle typically involves simultaneous heating and pressurization, a temperature and pressure plateau followed by cooling and depressurization. This cycle is chosen in particular according to the material (s) of the plates constituting the elements of the first and second circuits. In particular, it is possible to choose the bearing temperature and the heating and pressurization (respectively cooling and depressurization) speeds, in particular taking into account the capacities of the CIC enclosure used.

Ainsi, de préférence, le cycle de CIC selon l'étape dl est réalisé selon les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison: - à une pression comprise entre 20 et 500 bar, de préférence compris entre 30 et 300 bar; le choix de la pression résulte d'un compromis entre qualité de soudage à obtenir et déformation acceptable des canaux ; Thus, preferably, the CIC cycle according to step d1 is carried out according to the following characteristics taken alone or in combination: at a pressure of between 20 and 500 bar, preferably between 30 and 300 bar; the choice of the pressure results from a compromise between quality of welding to obtain and acceptable deformation of the channels;

- à une température comprise entre 500 et 1200°C, de préférence entre 900 et 1100°C ; la température que l'on retient dépend du matériau constitutif des plaques utilisées et de la taille de grain maximale admissible ;  at a temperature of between 500 and 1200 ° C., preferably between 900 and 1100 ° C .; the temperature that is retained depends on the constituent material of the plates used and the maximum allowable grain size;

- pendant une durée comprise entre 15 min et quelques heures, de préférence entre 1 et 4h ; les temps de chauffage et pressurisation (respectivement de refroidissement et dépressurisation) dépendent des caractéristiques et possibilités de l'équipement (enceinte) utilisé, ils sont habituellement de plusieurs heures.  for a period of between 15 minutes and a few hours, preferably between 1 and 4 hours; the heating and pressurization times (respectively cooling and depressurization) depend on the characteristics and possibilities of the equipment (enclosure) used, they are usually several hours.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, on réalise des plots ou bandes à l'intérieur de la zone rainurée de(s) l'élément(s) du premier et du deuxième circuit de fluide, séparant les canaux de fluide, afin de constituer des colonnes de matière supplémentaires au sein de l'empilement une fois l'étape d/ d'assemblage réalisé. Ce mode peut être avantageux notamment dans le cas d'échangeurs à grand nombre de canaux, pour lesquels la largeur nécessaire des rives et/ou l'épaisseur nécessaire des enclumes serait très importante. Ainsi, dans cette configuration, inclure dans la zone d'échange et/ou dans la zone de transition des bandes ou plots non rainurés destinés à séparer ces zones en sous- zones, permet de réduire la proportion de ces rives et enclumes qui pourrait être trop importante lors du soudage en CIC.  According to another advantageous embodiment, pads or strips are produced inside the grooved zone of (s) the element (s) of the first and second fluid circuits, separating the fluid channels, in order to constitute additional columns of material within the stack once the step d / assembly achieved. This mode can be advantageous especially in the case of exchangers with a large number of channels, for which the necessary width of the banks and / or the necessary thickness of the anvils would be very important. Thus, in this configuration, including in the exchange zone and / or in the transition zone ungrooved strips or studs intended to separate these zones into sub-zones, makes it possible to reduce the proportion of these banks and anvils which could be too important when welding in CIC.

Après l'étape d/, on réalise une étape e/ d'ouverture des canaux du premier circuit et du deuxième circuit vers l'extérieur. L'ouverture des canaux du premier circuit, comme celle ultérieure des canaux du deuxième circuit, peut être réalisée par perçage ou en coupant l'extrémité des plaques qui les obture.  After step d /, a step e / is made to open the channels of the first circuit and the second circuit to the outside. The opening of the channels of the first circuit, as the subsequent channels of the second circuit, can be achieved by drilling or cutting the end of the plates that closes.

Selon un mode de réalisation avantageux, après cette étape e/, on réalise une étape f/ d'application d'un cycle de compression isostatique à chaud (CIC) à haute pression à l'empilement déjà assemblé, les canaux à la fois du premier circuit et du deuxième circuit étant ouverts vers l'extérieur. L'application de cycle CIC à haute pression avec les canaux ouverts permet d'avoir une bonne transmission de l'effort de soudage aux interfaces.  According to an advantageous embodiment, after this step e /, a step f / of applying a high-pressure hot isostatic compression (CIC) cycle to the already assembled stack is carried out, the channels of both the first circuit and the second circuit being open to the outside. The application of CIC high-pressure cycle with open channels allows a good transmission of the welding force to the interfaces.

Le cycle de CIC selon l'étape f/ est avantageusement réalisé à une pression comprise entre 500 et 2000 bar, de préférence entre 800 et 1200 bar. La transmission de l'effort de soudage aux éléments du deuxième circuit empilés sur ceux du premier est effectuée par la pression de gaz non seulement sur ses faces extérieures mais aussi par l'intérieur des canaux. The CIC cycle according to step f / is advantageously carried out at a pressure of between 500 and 2000 bar, preferably between 800 and 1200 bar. The transmission of the welding force to the elements of the second circuit stacked on those of the first is performed by the gas pressure not only on its outer faces but also by the inside of the channels.

Ainsi, l'effort de soudage est particulièrement bien réparti et le soudage des éléments des circuits est grandement facilité.  Thus, the welding force is particularly well distributed and the welding of the circuit elements is greatly facilitated.

Avantageusement, on peut prévoir une étape g/ de soudage de collecteurs de fluide sur le module assemblé selon l'étape d/ ou f/, un collecteur de fluide étant apte à distribuer ou récupérer un fluide circulant dans le premier ou le deuxième circuit.  Advantageously, it is possible to provide a step g / for welding fluid collectors on the module assembled according to step d / or f /, a fluid collector being able to distribute or recover a fluid circulating in the first or the second circuit.

L'invention a également pour objet un module d'échangeur de chaleur à au moins deux circuits de fluide obtenu selon le procédé tel que décrit précédemment.  The invention also relates to a heat exchanger module with at least two fluid circuits obtained according to the method as described above.

Un tel module peut comprendre des canaux du premier circuit à motifs sous forme de chevrons et, dans une première zone de transition ZTl, des canaux du deuxième circuit droits et parallèles à la longueur des plaques et dans une deuxième zone de transition ZT2, des canaux du deuxième circuit, parallèles à la largeur des plaques.  Such a module may comprise channels of the first patterned circuit in the form of chevrons and, in a first transition zone ZT1, channels of the second circuit that are straight and parallel to the length of the plates and in a second transition zone ZT2, channels of the second circuit, parallel to the width of the plates.

La largeur des canaux du premier circuit peut être inférieure à celle du deuxième circuit.  The width of the channels of the first circuit may be smaller than that of the second circuit.

Dans un mode de réalisation avantageux, les canaux du deuxième circuit peuvent être droits et parallèles à longueur de plaque tandis que les canaux du premier circuit sont à motifs sous forme de chevrons dans la zone d'échange puis droits et parallèles à la longueur de plaque dans une première zone de transition ZTl , puis dans la continuité de cette zone ZTl, des canaux qui tournent à 90° et deviennent ainsi parallèles à la largeur de la plaque en définissant une deuxième zone de transition ZT2.  In an advantageous embodiment, the channels of the second circuit can be straight and parallel to plate length while the channels of the first circuit are patterned in the form of chevrons in the exchange zone and then straight and parallel to the plate length. in a first transition zone ZT1, then in the continuity of this zone ZT1, channels which rotate at 90 ° and thus become parallel to the width of the plate by defining a second transition zone ZT2.

L'invention a enfin pour objet un système d'échangeur de chaleur comprenant une pluralité de modules comme ci-dessus, reliés entre eux.  The invention finally relates to a heat exchanger system comprising a plurality of modules as above, interconnected.

L'invention concerne enfin l'utilisation d'un module d'échangeur comme ci- dessus ou du système ci-dessus :  The invention finally relates to the use of an exchanger module as above or the above system:

- en tant que partie d'échangeur de chaleur d'un réacteur nucléaire, tel qu'un réacteur refroidi au métal liquide (SFR) ou  as part of a heat exchanger of a nuclear reactor, such as a liquid metal cooled reactor (SFR) or

- en tant que partie d'échangeur-réacteur d'une réaction chimique, telle qu'une méthanation. Description détaillée as part of the exchanger-reactor of a chemical reaction, such as methanation. detailed description

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :  Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from a reading of the detailed description of exemplary embodiments of the invention, given for illustrative and nonlimiting purposes, with reference to the following figures among which:

- la figure 1 est une vue de face d'une plaque métallique d'un élément d'un premier circuit de fluides Cl à partir duquel un premier exemple du procédé de réalisation d'un module d'échangeur de chaleur à deux circuits de fluide selon l'invention est mis en œuvre;  FIG. 1 is a front view of a metal plate of an element of a first fluid circuit C1 from which a first example of the method for producing a heat exchanger module with two fluid circuits. according to the invention is implemented;

- la figure 1 A est une vue en coupe selon A- A de la plaque selon la figure 1; - la figure 1B est une vue de détail selon B de la plaque selon la figure 1;  - Figure 1 A is a sectional view along A-A of the plate according to Figure 1; - Figure 1B is a detailed view along B of the plate according to Figure 1;

- la figure 2 est une vue de face d'une plaque métallique d'un élément d'un deuxième circuit de fluide C2 à partir duquel le premier exemple du procédé de réalisation selon l'invention est mis en œuvre;  - Figure 2 is a front view of a metal plate of an element of a second fluid circuit C2 from which the first example of the embodiment of the invention is implemented;

- la figure 3 est une vue schématique du dessus en transparence d'une partie d'un empilement montrant la géométrie et l'agencement relatifs entre les rainures des premier et deuxième circuits selon de l'invention;  FIG. 3 is a schematic top view in transparency of a part of a stack showing the relative geometry and arrangement between the grooves of the first and second circuits according to the invention;

- la figure 3A est une vue en coupe transversale de l'empilement selon la figure 3 montrant à la fois les canaux du premier circuit de fluides Cl et ceux du deuxième circuit de fluides C2, et les colonnes de matière résistantes obtenues selon l'invention;  FIG. 3A is a cross-sectional view of the stack according to FIG. 3 showing both the channels of the first fluid circuit C1 and those of the second fluid circuit C2, and the columns of resistant material obtained according to the invention. ;

- la figure 4 est une vue en perspective d'un module d'échangeur final obtenu selon l'invention ;  FIG. 4 is a perspective view of a final exchanger module obtained according to the invention;

- la figure 5 est une vue en coupe transversale de l'empilement montrant à la fois les canaux du premier circuit de fluides Cl et ceux du deuxième circuit de fluides C2, et les colonnes de matière résistantes obtenues selon une variante de l'invention;  FIG. 5 is a cross-sectional view of the stack showing both the channels of the first fluid circuit C1 and those of the second fluid circuit C2, and the resistant material columns obtained according to a variant of the invention;

- la figure 6 est une vue d'extrémité d'un module d'échangeur à empilement selon une variante de l'invention;  FIG. 6 is an end view of a stack exchanger module according to a variant of the invention;

- les figures 7 et 7A sont des vues schématiques respectivement du dessus en transparence et en coupe transversale partielle d'un exemple de réalisation d'un empilement d'un module d'échangeur selon l'état de l'art obtenu sans l'arrangement des colonnes de matière selon l'invention;  FIGS. 7 and 7A are diagrammatic views respectively from above in transparency and in partial cross-section of an exemplary embodiment of a stack of an exchanger module according to the state of the art obtained without the arrangement. columns of material according to the invention;

- les figures 8 et 8A sont des vues schématiques respectivement du dessus en transparence et en coupe transversale partielle d'un autre exemple de réalisation d'un empilement d'un module d'échangeur selon l'état de l'art obtenu sans l'arrangement des colonnes de matière selon l'invention. FIGS. 8 and 8A are diagrammatic views respectively of the top in transparency and in partial cross section of another embodiment of a stacking of a heat exchanger module according to the state of the art obtained without the arrangement of the columns of material according to the invention.

Les termes « longitudinal » et « latéral », sont à considérer en relation avec la forme géométrique des plaques métalliques qui déterminent la forme géométrique des empilements du module d'échangeur thermique selon l'invention. Ainsi, au final les quatre côtés longitudinaux de l'empilement du module d'échangeur selon l'invention sont ceux qui s'étendent parallèlement à l'axe X longitudinal des plaques, c'est-à-dire selon leur longueur L. Les deux côtés latéraux de l'empilement sont ceux qui s'étendent selon l'axe Y latéral des plaques, orthogonalement à l'axe X, c'est-à-dire selon leur largeur 1.  The terms "longitudinal" and "lateral" are to be considered in relation to the geometrical shape of the metal plates which determine the geometrical shape of the stacks of the heat exchanger module according to the invention. Thus, in the end the four longitudinal sides of the stack of the exchanger module according to the invention are those which extend parallel to the longitudinal axis X of the plates, that is to say along their length L. two lateral sides of the stack are those which extend along the lateral axis Y of the plates, orthogonal to the axis X, that is to say according to their width 1.

Les termes « au-dessus » et « au-dessous » sont à considérer par rapport à la direction de l'empilement du module d'échangeur. Ainsi, la plaque de dessus, qui forme tout ou partie d'une enclume, est la dernière plaque que l'on empile sur les autres.  The terms "above" and "below" are to be considered with respect to the direction of the stack of the exchanger module. Thus, the top plate, which forms all or part of an anvil, is the last plate that is stacked on others.

Exemple 1  Example 1

Etape a/ : Afin de réaliser un élément 1.1 d'un premier circuit Cl de fluides, on usine dans une des faces principales 11 d'une plaque métallique 1 de formes rectangulaires L*l et d'épaisseur H, des rainures 10 de profondeur Hl, de largeur 11 et d'écartement donné e (figures 1, 1A, 1B). Les usinages des rainures de la face principale 11 de la plaque 1 sont réalisés selon un motif en chevrons avec des coudes à 90° et des inclinaisons de 45° par rapport à l'axe X longitudinal de la plaque 1 dans une zone qui constitue la zone d'échange ZE.  Step a /: In order to produce an element 1.1 of a first fluid circuit C1, one of the main faces 11 of a metal plate 1 of rectangular shapes L * 1 and of thickness H is machined with grooves 10 of depth. H1, of width 11 and spacing given e (Figures 1, 1A, 1B). The machining of the grooves of the main face 11 of the plate 1 are made in a herringbone pattern with bends at 90 ° and inclinations of 45 ° with respect to the longitudinal axis X of the plate 1 in an area which constitutes the exchange zone ZE.

A chaque extrémité de la zone d'échange ZE, les rainures 10 sont parallèles à la longueur de la plaque 1 et définissent une première zone de transition ZT1, puis dans la continuité de cette zone ZT1, les rainures 10 tournent à 90° et deviennent ainsi parallèles à la largeur de la plaque 1 en définissant une deuxième zone de transition ZT2.  At each end of the exchange zone ZE, the grooves 10 are parallel to the length of the plate 1 and define a first transition zone ZT1, then in the continuity of this zone ZT1, the grooves 10 rotate at 90 ° and become thus parallel to the width of the plate 1 by defining a second transition zone ZT2.

Comme illustré en figure 1 , le nombre de rainures 10 usiné est égal à 20.  As illustrated in FIG. 1, the number of milled grooves is equal to 20.

A titre d'exemple, chaque plaque 1 est en acier inoxydable 1.4404, les dimensions L*1*H d'une plaque 1 sont égales à 1414* 190*4 mm, les dimensions Hl *ll des rainures 10 sont égales à l *2mm avec des tolérances respectivement égales à ± 0,02 mm et ±0,05mm, les rayons de courbure des rainures R0, RI, R2 sont respectivement égaux à 0,3mm, 0,1mm et 2,1mm.  By way of example, each plate 1 is made of stainless steel 1.4404, the dimensions L * 1 * H of a plate 1 are equal to 1414 * 190 * 4 mm, the dimensions H1 * 11 of the grooves 10 are equal to l * 2mm with tolerances equal to ± 0.02 mm and ± 0.05mm respectively, the radii of curvature of grooves R0, RI, R2 are respectively equal to 0.3mm, 0.1mm and 2.1mm.

La distance e entre deux rainures 10 adjacentes, soit la largeur d'un isthme 100, est égale à 1 mm dans la zone d'échange ZE et dans la deuxième zone de transition ZT2, tandis qu'elle est égale à 1,75 mm dans la première zone de transition ZT1 avec une tolérance égale à ±0,05mm. On précise ici que du fait de la coupe en biais sur la figure 1 A, les références e et 11 montrées ne correspondent pas rigoureusement à la valeur d'un isthme et à la largeur d'une rainure 10. The distance e between two adjacent grooves 10, the width of an isthmus 100, is equal to 1 mm in the exchange zone ZE and in the second transition zone ZT2, while it is equal to 1.75 mm in the first transition zone ZT1 with a tolerance equal to ± 0.05mm. It is specified here that due to the bias cut in FIG. 1A, the references e and 11 shown do not strictly correspond to the value of an isthmus and to the width of a groove 10.

La distance dl entre l'extrémité des rainures 10 et un bord longitudinal d'une plaque 1 est égale à 51 mm.  The distance d1 between the end of the grooves 10 and a longitudinal edge of a plate 1 is equal to 51 mm.

Lorsqu'on superpose en miroir au motif rainuré par les rainures 10, un motif identique, on forme une série de canaux 4 adjacents du premier circuit de fluide Cl, comme mieux montré en figure 3A. Ainsi, dans l'exemple illustré, deux plaques 1 rainurées avec les rainures 10 selon le même motif et qui sont superposées l'une sur l'autre par leurs faces 11, définissent un nombre égal à 20 canaux adjacents du premier circuit de fluide Cl .  When the identical pattern is superimposed on the grooved pattern by the grooves 10, a series of adjacent channels 4 of the first fluid circuit C1 is formed, as best shown in FIG. 3A. Thus, in the example illustrated, two grooved plates 1 with the grooves 10 in the same pattern and which are superimposed on one another by their faces 11, define a number equal to 20 adjacent channels of the first fluid circuit Cl .

Etape b/ : Afin de réaliser un élément 1.2 d'un deuxième circuit C2 de fluides, on usine dans l'autre des faces principales 12 d'une plaque métallique 1, des rainures 20 droites et parallèles à la longueur de la plaque, de profondeur H2, de largeur 12 et d'écartement donné e2 (figures 2, 2A, 2B, 2C).  Step b /: In order to produce an element 1.2 of a second fluid circuit C2, the main faces 12 of a metal plate 1 are machined in the other, with grooves 20 that are straight and parallel to the length of the plate, depth H2, of width 12 and given spacing e2 (FIGS. 2, 2A, 2B, 2C).

Comme illustré en figure 2, le nombre de rainures 20 usinées est égal à 12. A titre d'exemple, les dimensions H2*12 des rainures droites et parallèles 20 sont égales à 1,75*5,75 mm avec des tolérances respectivement égales à ± 0,02 mm et ±0,05mm.  As illustrated in FIG. 2, the number of machined grooves is equal to 12. By way of example, the dimensions H 2 * 12 of the straight and parallel grooves 20 are equal to 1.75 * 5.75 mm with respectively equal tolerances. to ± 0.02 mm and ± 0.05mm.

La distance e2 entre deux rainures droites 20 adjacentes, soit la largeur d'un isthme 200, est égale à 1,75mm.  The distance e2 between two adjacent straight grooves, the width of an isthmus 200, is equal to 1.75mm.

La distance d2 entre l'extrémité des rainures 20 et un bord longitudinal d'une plaque 1 est égale à 64, 9 mm.  The distance d2 between the end of the grooves 20 and a longitudinal edge of a plate 1 is equal to 64.9 mm.

Lorsqu'on superpose en miroir au motif rainuré par les rainures 20, un motif identique, on forme une série de canaux 5 adjacents du deuxième circuit de fluide C2, comme mieux montré en figure 3A. Ainsi, dans l'exemple illustré, deux plaques 1 rainurées avec les rainures 20 selon le même motif et qui sont superposées l'une sur l'autre par leurs faces 12, définissent un nombre égal à 12 canaux adjacents du deuxième circuit de fluide C2.  When the identical pattern is superimposed on the groove pattern by the grooves 20, a series of adjacent channels 5 of the second fluid circuit C2 is formed, as best shown in FIG. 3A. Thus, in the illustrated example, two grooved plates 1 with the grooves 20 in the same pattern and which are superimposed on one another by their faces 12, define a number equal to 12 adjacent channels of the second fluid circuit C2 .

Etape al/ et bl/: on réalise un nettoyage à l'aide de solvants et détergents des plaques 1. Etape cl : Après les avoir nettoyées, on empile l'ensemble des plaques 1 de façon à reconstituer à la fois les éléments à canaux 4 du premier circuit Cl à zone d'échange ZE à motifs en chevrons, et les éléments à canaux 5 du deuxième circuit C2 à zone d'échange à motifs droits. Step al / and bl /: cleaning is carried out using solvents and detergents of the plates 1. Step c1: After having cleaned them, all the plates 1 are stacked so as to reconstitute both the channel elements 4 of the first chevron-patterned ZE exchange zone circuit C1 and the channel elements 5 of FIG. second circuit C2 to exchange zone with straight patterns.

Lors de l'empilement, toutes les plaques 1 sont alignées les unes par rapport aux autres grâce à des pions de centrage non représentés, insérés dans des trous borgnes.  During stacking, all the plates 1 are aligned relative to one another by means of unrepresented centering pins, inserted into blind holes.

Selon l'invention, on détermine une largeur et un agencement relatifs entre les premières et deuxièmes rainures dans le sens de largeur de l'empilement tels qu'une fois l'empilement réalisé selon l'étape cl, on obtienne dans la direction de l'empilement, des colonnes de matière 6 qui soient délimitées latéralement à la fois sur toute la largeur des isthmes entre premières rainures et des isthmes entre deuxièmes nervures, et qui soient régulièrement espacées sur la largeur de l'empilement, et ce quelle que soit la zone des motifs droits ou en chevrons. Dans l'exemple illustré, dans la zone ZT1, la largeur des isthmes 100, entre premières rainures 10 adjacentes est égale à celle des isthmes 200 entre deuxièmes rainures 200 adjacentes.  According to the invention, a relative width and arrangement is determined between the first and second grooves in the width direction of the stack such that once the stack made according to step c 1 is obtained in the direction of the stack, columns of material 6 which are delimited laterally both across the width of the isthmas between first grooves and isthmas between second ribs, and which are evenly spaced across the width of the stack, and whatever the zone of straight or herringbone patterns. In the illustrated example, in the zone ZT1, the width of the isthmuss 100 between adjacent first grooves is equal to that of the isthms 200 between adjacent second grooves 200.

La figure 3 montre la superposition des canaux 4, 5 des deux circuits de fluide Cl, C2, réalisé grâce à l'invention. La zone d'échange ZE comprend des colonnes de matière 6 régulièrement réparties, du fait du motif en chevrons du premier circuit de fluide. Dans l'exemple chiffré, la section de matière occupée par ces colonnes résistantes 6 est égale à 7,8% de la section apparente de la zone ZE Dans la zone de transition ZT1, les colonnes sont des plans allongés dans la direction d'empilement, et occupent 23% de la section apparente de la zone ZT1. Dans la zone de transition ZT2, les colonnes de matière 6 occupent de nouveau 7,8% de la section apparente de la zone ZT2.  FIG. 3 shows the superposition of the channels 4, 5 of the two fluid circuits C1, C2, produced thanks to the invention. The exchange zone ZE comprises columns of material 6 regularly distributed, due to the herringbone pattern of the first fluid circuit. In the numerical example, the material section occupied by these resistant columns 6 is equal to 7.8% of the visible section of the zone ZE. In the transition zone ZT1, the columns are elongated planes in the stacking direction. , and occupy 23% of the apparent section of zone ZT1. In the transition zone ZT2, the material columns 6 occupy again 7.8% of the apparent section of the zone ZT2.

Selon cet exemple 1, l'empilement de cette étape cl peut être réalisé avec un nombre de 25 plaques métalliques, toutes de dimensions extérieures 1414x190x4mm, dans l'ordre successif comme suit:  According to this example 1, the stack of this step c1 can be made with a number of metal plates, all of external dimensions 1414x190x4mm, in the following order as follows:

cl/ un nombre de 6 plaques non rainurées empilées les unes sur les autres en formant l'enclume du dessous ;  cl / a number of 6 non-grooved plates stacked on top of each other forming the bottom anvil;

c2/ une plaque rainurée 1 selon le motif défini par les rainures 20 sur une face principale 12, disposée avec son autre face principale non rainurée sur l'enclume du dessous ; c3/ une plaque rainurée 1 selon le motif défini par les rainures 10 sur sa face principale 11 et le motif défini par les rainures 20 sur l'autre face principale 12, cette dernière étant disposée sur la plaque 1 précédente de façon à constituer en miroir un nombre de 12 canaux 5 de largeur 5,75mm et de hauteur 3,5mm séparés d'isthmes de largeur 1,75mm ; c2 / a grooved plate 1 according to the pattern defined by the grooves 20 on a main face 12, arranged with its other non-grooved main face on the anvil from below; c3 / a grooved plate 1 according to the pattern defined by the grooves 10 on its main face 11 and the pattern defined by the grooves 20 on the other main face 12, the latter being disposed on the plate 1 above so as to constitute a mirror a number of 12 channels 5 of width 5.75mm and height 3.5mm separated from isthms of width 1.75mm;

c4/ une plaque rainurée 1 selon le motif défini par la rainures 20 sur sa face principale 12 et un motif miroir du motif défini par les rainures 10 sur l'autre face principale 11, cette dernière étant disposée sur la plaque précédente de façon à constituer un nombre de 20 canaux 4 continus de largeur 2mm et de hauteur 2mm comprenant :  c4 / a grooved plate 1 according to the pattern defined by the grooves 20 on its main face 12 and a mirror pattern of the pattern defined by the grooves 10 on the other main face 11, the latter being disposed on the previous plate so as to constitute a number of 20 continuous channels 4 of width 2mm and height 2mm comprising:

· une zone d'échange ZE dans laquelle les canaux 4 sont séparés d'isthmes de largeur 1mm et sont disposés en chevrons à 45° ;  An exchange zone ZE in which the channels 4 are separated from isthms of width 1 mm and are arranged in chevrons at 45 °;

• une première zone de transition ZT1 dans laquelle les canaux 4 séparés d'isthmes de largeur 1,75mm et sont disposés parallèlement à la longueur de la plaque 1 ;  A first transition zone ZT1 in which the channels 4 separated from isthms of width 1.75mm and are arranged parallel to the length of the plate 1;

• une deuxième zone de transition ZT2 dans laquelle les canaux 4 sont séparés d'isthmes de largeur 1mm et sont disposés parallèlement à la largeur de la plaque i ;  A second transition zone ZT2 in which the channels 4 are separated from isthms of width 1 mm and are arranged parallel to the width of the plate i;

c5/ répétition 4 fois des sous-étapes c3/ et c4/;  c5 / repetition 4 times of substeps c3 / and c4 /;

c6/ une plaque rainurée 1 selon le motif défini par les rainures 10 sur sa face principale 11 et le motif défini par les rainures 20 sur l'autre face principale 12 ;  c6 / a grooved plate 1 according to the pattern defined by the grooves 10 on its main face 11 and the pattern defined by the grooves 20 on the other main face 12;

c7/ une plaque rainurée 1 selon un motif miroir du motif défini par les rainures c7 / a grooved plate 1 according to a mirror pattern of the pattern defined by the grooves

10 sur sa face principale 11, disposée avec sa face rainurée 11 sur les plaques précédentes ; 10 on its main face 11, disposed with its grooved face 11 on the previous plates;

c8/ un nombre de 6 plaques non rainurées empilées les unes sur les autres en formant l'enclume du dessus.  c8 / a number of 6 non-grooved plates stacked on top of each other forming the anvil from above.

Ainsi réalisé, l'empilement est un bloc de dimensions extérieures égales Thus realized, the stack is a block of equal external dimensions

1414x190x100mm qui possède une zone à canaux de dimensions approximatives1414x190x100mm which has a channel area of approximate dimensions

1284x88x46, 75mm qui est approximativement située au centre du bloc. 1284x88x46, 75mm which is approximately located in the center of the block.

Cette zone comprend donc un nombre de 6 étages définissant un circuit de chaque fluide Cl ou C2. Les rives latérales, situées parallèlement à la longueur du bloc, ont une chacune une largeur de 51mm, soit environ en tout 54% de la largeur du bloc. Les enclumes ont quant à elles une épaisseur de 26mm environ, soit environ en tout 52% de l'épaisseur totale du bloc. Etape d/ : On rend étanche la périphérie de l'empilement (bloc) complet et on dégaze chaque interface par un orifice débouchant que l'on obstrue. Pour réaliser l'étanchéité à la périphérie de l'empilement, on peut réaliser l'empilement complet dans un conteneur. This zone therefore comprises a number of 6 stages defining a circuit of each fluid C1 or C2. The lateral banks, located parallel to the length of the block, each have a width of 51mm, or about 54% of the width of the block. The anvils have a thickness of about 26mm, or about 52% of the total thickness of the block. Step d /: The periphery of the complete stack (block) is sealed and each interface is degassed by an opening opening which is obstructed. To achieve sealing at the periphery of the stack, it is possible to complete the stack in a container.

Le conteneur, réalisé en tôle d'acier inoxydable pliée et soudée par procédé The container, made of folded and welded stainless steel sheet

TIG, est lui-même nettoyé ainsi que son couvercle. Le couvercle est soudé TIG sur le conteneur puis le conteneur est mis sous vide par pompage à travers un tube soudé sur un de ses côtés. Le tube est ensuite pincé, coupé et lui-même soudé pour prévenir une introduction d'air dans le conteneur. TIG, is itself cleaned as well as its lid. The lid is TIG welded to the container and the container is evacuated by pumping through a tube welded to one of its sides. The tube is then pinched, cut and itself welded to prevent an introduction of air into the container.

On soumet ensuite le conteneur, et donc l'empilement complet à un cycle de The container is then subjected, and thus the complete stack to a cycle of

CIC basse pression comprenant un chauffage de 900 à 1 100°C pendant un temps de 1 à 4h sous une pression de 30 à 300bar, puis un refroidissement en plusieurs heures et une dépressurisation. CIC low pressure comprising heating from 900 to 1100 ° C for a period of 1 to 4 hours under a pressure of 30 to 300 bar, then cooling in several hours and depressurization.

Le pincement du conteneur, mesuré à mi- largeur, est inférieur à 3mm, soit 3% de l'épaisseur de l'empilement complet.  The container nip, measured at half width, is less than 3mm, or 3% of the thickness of the complete stack.

Etape e/ : Après l'application du cycle de CIC, on réalise alors l'ouverture des canaux 4 et 5. L'ouverture des canaux 4, 5 est réalisée par découpe des extrémités de l'empilement qui les obturent.  Step e /: After the application of the CIC cycle, the channels 4 and 5 are then opened. The channels 4, 5 are opened by cutting off the ends of the stack which close them.

Etape f/: A l'issue de l'usinage, c'est-à-dire une fois les canaux 31 du deuxième circuit de fluide ouverts vers l'extérieur de l'empilement, on applique au module ainsi obtenu un cycle de CIC à haute pression, typiquement sous une pression comprise entre 500 et 2000 bar, de préférence entre 800 et 1200 bar, pour éliminer les défauts résiduels dans les joints soudés, c'est-à-dire pour parfaire l'assemblage.  Step f /: At the end of the machining, that is to say once the channels 31 of the second fluid circuit open towards the outside of the stack, is applied to the module thus obtained a cycle of CIC at high pressure, typically at a pressure between 500 and 2000 bar, preferably between 800 and 1200 bar, to eliminate residual defects in the welded joints, that is to say, to complete the assembly.

Etape g/ : Enfin, on rapporte par soudage des collecteurs de distribution de fluide non représentés, de sorte à alimenter et/ou récupérer un fluide dans chacun des premier Cl et deuxième C2 circuits au niveau des extrémités des rainures formant les canaux 4,5.  Step g /: Finally, sold by unrepresented fluid distribution manifolds, so as to feed and / or recover a fluid in each of the first C1 and second C2 circuits at the ends of the grooves forming the channels 4,5 .

Grâce au procédé selon les étapes a/ à f/, on obtient un module d'échangeur de chaleur assemblé par soudage-diffusion en CIC qui est compact, présente un grand nombre de canaux dont la forme géométrique a subi très peu de déformations par rapport à celle initiale conférée lors l'empilement. Un tel module d'échangeur de chaleur selon l'exemple 1/ peut être considéré comme étant à canaux de circulation de fluide de faibles dimensions et avec des géométries complexes (motifs à chevrons). By means of the process according to steps a / f, a compacted, diffusion-weldable heat exchanger heat exchanger module of CIC is obtained which has a large number of channels whose geometric shape has undergone very little deformation with respect to to the initial one conferred during stacking. Such a heat exchanger module according to Example 1 / can be considered as having small fluid circulation channels and with complex geometries (herringbone patterns).

A titre d'exemple, un module d'échangeur 3 selon l'exemple 1/ peut être un parallélépipède rectangle à deux faces carrées avec des renflements R aux extrémités, comme montré en figure 4. Les dimensions totales L_T*1_T*H_T d'un tel module peuvent être égales à 1354x104x137mm. By way of example, an exchanger module 3 according to example 1 / may be a rectangular parallelepiped with two square faces with bulges R at the ends, as shown in FIG. 4. The total dimensions L _T * 1 _T * H _T of such a module can be equal to 1354x104x137mm.

Une variante de cet exemple 1/ est montrée en figure 5, dans laquelle les plaques 1 ne sont gravées que sur une seule de leurs faces principales 11, la hauteur des canaux 4 ou 5 étant alors définie intégralement par la hauteur des rainures 10 ou 20 réalisées sur cette seule face 11.  A variant of this example 1 / is shown in Figure 5, in which the plates 1 are etched on only one of their main faces 11, the height of the channels 4 or 5 then being defined integrally by the height of the grooves 10 or 20 made on this single face 11.

Exemple 2  Example 2

On réalise les mêmes étapes que pour l'exemple 1 à la différence près que la zone d'échange ZE est à contre-courant, avec des canaux de fluide 4 droits, c'est-à-dire que toute la zone d'échange ZE est du type de la première zone de transition ZT1 des figures 3 et 5. Avec cet arrangement, on peut augmenter de façon significative la pression de soudage sans craindre de déformation de la zone d'échange, même si la déformation dans la deuxième zone de transition ZT2 limite la valeur maximale que l'on peut mettre en œuvre dans le cycle de CIC.  The same steps are carried out as in Example 1, with the difference that the exchange zone ZE is countercurrent, with straight fluid channels 4, that is to say that the entire exchange zone ZE is of the type of the first transition zone ZT1 of FIGS. 3 and 5. With this arrangement, the welding pressure can be increased significantly without fear of distortion of the exchange zone, even if the deformation in the second zone Transition ZT2 limits the maximum value that can be implemented in the CIC cycle.

La figure 6 montre en vue de bout d'un module d'échangeur 3, selon une variante où on réalise des plots ou bandes à l'intérieur des zones rainurées délimitées par les rainures 10, 20, qui séparent les canaux de fluide 4, 5. On constitue ainsi des colonnes de matière supplémentaires 7 au sein de l'empilement qui forment une rive centrale entre les deux rives d'extrémités 8, et qui s'étend entres les deux enclumes 9.  FIG. 6 shows in end view of an exchanger module 3, according to a variant in which strips or strips are produced inside the grooved zones delimited by the grooves 10, 20, which separate the fluid channels 4, 5. Thus, additional columns of material 7 are formed in the stack which form a central edge between the two end edges 8 and which extends between the two anvils 9.

Les figures 7 et 7A, montrent une réalisation d'un module d'échangeur selon l'état de l'art qui reprendrait l'ensemble des étapes a/ à g/ du procédé mais sans appliquer la géométrie et l'agencement relatifs entre premières rainures 10 et deuxièmes rainures 20 comme selon l'invention. On voit que l'absence de cette géométrie et agencement selon l'invention entraînent la présence, dans la première zone de transition ZT1, de larges zones sans colonnes résistantes ou avec des colonnes de matière 6' irrégulièrement réparties. La figure 7A en coupe montre que la continuité de la matière est moins bonne car les colonnes résistantes 6' ne sont pas régulièrement réparties. Les figures 8 et 8 A, montrent une autre réalisation d'un module d'échangeur selon l'état de l'art qui reprendrait l'ensemble des étapes a/ à g/ du procédé mais sans appliquer la géométrie et l'agencement relatifs entre premières rainures 10 et deuxièmes rainures 20 comme selon l'invention. Dans cette configuration, on voit qu'un décalage latéral peut donner une très forte réduction voire une absence de colonnes résistantes 6" dans la première zone de transition ZT1. La figure 8 A montre que la continuité de la matière est très réduite car les colonnes résistantes 6" sont régulièrement réparties mais très fines. FIGS. 7 and 7A show an embodiment of an exchanger module according to the state of the art which would take up all the steps a / to g / of the process but without applying the relative geometry and arrangement between first and second grooves 10 and second grooves 20 as in the invention. It can be seen that the absence of this geometry and arrangement according to the invention results in the presence, in the first transition zone ZT1, of large areas without resistant columns or with irregularly distributed columns of material 6 '. Figure 7A in section shows that the continuity of the material is less good because the resistant columns 6 'are not regularly distributed. FIGS. 8 and 8A show another embodiment of an exchanger module according to the state of the art which would take up all the steps a / to g / of the method but without applying the geometry and the relative arrangement between first grooves 10 and second grooves 20 as in the invention. In this configuration, it can be seen that a lateral offset can give a very strong reduction or even an absence of resistant columns 6 "in the first transition zone ZT1, while Figure 8A shows that the continuity of the material is very small because the columns resistant 6 "are regularly distributed but very fine.

La conséquence des colonnes de matières résistantes 6', 6" de trop faible largeur et/ou mal réparties sur la largeur de l'empilement est que la pression de soudage diffusion doit être fortement diminuée pour éviter la déformation excessive de la zone de transition ZT1.  The consequence of the columns of resistant materials 6 ', 6 "too narrow and / or poorly distributed over the width of the stack is that the diffusion welding pressure must be greatly reduced to avoid excessive deformation of the transition zone ZT1 .

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux variantes et aux modes de réalisation décrits fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs.  Of course, the present invention is not limited to the variants and described embodiments provided by way of illustrative and non-limiting examples.

Les canaux peuvent également présenter une géométrie autre qu'un motif en chevrons dans la zone d'échange ZE comme montré en figure 1 tout étant de forme allongée.  The channels may also have a geometry other than a herringbone pattern in the ZE exchange zone as shown in FIG. 1 while being elongated.

La taille des canaux pour chacun des circuits de fluide peut être différente selon la nature et les propriétés des fluides à véhiculer, les pertes de charges admissibles et le débit souhaité. On peut empiler plusieurs éléments du même circuit dans le but d'optimiser une fonctionnalité de l'échangeur, par exemple l'échange thermique ou le débit d'un des fluides.  The size of the channels for each of the fluid circuits may be different depending on the nature and properties of the fluids to be conveyed, the allowable pressure drops and the desired flow rate. Several elements of the same circuit can be stacked in order to optimize a functionality of the exchanger, for example the heat exchange or the flow rate of one of the fluids.

Si les exemples illustrés 1/ à 21 concernent des échangeurs à exactement deux circuits de fluides, il est tout à fait possible de fabriquer un échangeur à trois circuits de fluides ou plus.  If the examples illustrated 1 / to 21 relate to exchangers with exactly two fluid circuits, it is entirely possible to manufacture a heat exchanger with three or more fluid circuits.

Les deux collecteurs de fluide peuvent être agencés de part et d'autre de l'empilement constituant le module, ou de manière alternative d'un même côté de l'empilement.  The two fluid collectors can be arranged on either side of the stack constituting the module, or alternatively on the same side of the stack.

Les modules d'échangeurs de chaleur obtenus selon le procédé de l'invention peuvent être assemblés les uns aux autres, par exemple en utilisant des brides ou en soudant les tuyauteries d'amenée de fluides. On peut ainsi envisager de réaliser un système échangeur de chaleur à plusieurs modules reliés entre eux dans lequel les échanges se font en plusieurs étapes avec des températures moyennes différentes ou des écarts de température par module suffisamment réduits pour diminuer les contraintes thermiques dans les matériaux. Par exemple, dans le cas d'un échangeur de chaleur dans lequel on désire transférer la chaleur d'un premier fluide à un second, on peut concevoir un système d'échangeur modulaire dans lequel chaque module permet de diminuer la température du premier fluide d'une valeur donnée, limitant ainsi les contraintes par rapport au cas d'une conception à un seul module présentant un écart de température plus élevé. Pour cela, la température d'entrée du second fluide peut différer d'un module à l'autre. Dans un autre exemple, un système de réacteur-échangeur modulaire permet de mener une réaction chimique complexe par étages en contrôlant précisément la température de réaction à chaque étage, pour un contrôle optimal de la réaction chimique, une minimisation des risques et une maximisation des rendements. The heat exchanger modules obtained according to the method of the invention can be assembled to each other, for example by using flanges or by welding the fluid supply pipes. It is thus possible to envisage making a heat exchanger system with several interconnected modules in which the exchanges are made in several stages with different average temperatures or temperature differences per module sufficiently reduced to reduce the thermal stresses in the materials. For example, in the case of a heat exchanger in which it is desired to transfer heat from a first fluid to a second fluid, it is possible to design a modular heat exchanger system in which each module makes it possible to reduce the temperature of the first fluid. a given value, thus limiting the constraints with respect to the case of a single-module design with a higher temperature difference. For this, the inlet temperature of the second fluid may differ from one module to another. In another example, a modular reactor-exchanger system enables a complex chemical reaction to be carried out in stages by precisely controlling the reaction temperature at each stage, for optimum control of the chemical reaction, minimization of risks and maximization of the yields. .

Un système d'échangeurs de chaleur à plusieurs modules permet aussi de diminuer les coûts de maintenance, en permettant le remplacement individuel d'un module défaillant, voire les coûts de fabrication par standardisation des modules.  A multi-module heat exchanger system also reduces maintenance costs by allowing the individual replacement of a faulty module, or even the manufacturing costs by standardization of the modules.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'un module d'échangeur de chaleur (3) à au moins deux circuits de fluide comportant chacun des canaux, comportant les étapes suivantes :  1. A method of producing a heat exchanger module (3) with at least two fluid circuits each comprising channels, comprising the following steps:

a/ réalisation d'un ou plusieurs éléments (1.1) d'un des deux circuits de fluide, dit premier circuit, chaque élément du premier circuit comportant au moins une plaque métallique (1) comportant des premières rainures (10) formant au moins une partie des canaux (4) du premier circuit;  a / realization of one or more elements (1.1) of one of the two fluid circuits, said first circuit, each element of the first circuit comprising at least one metal plate (1) having first grooves (10) forming at least one part of the channels (4) of the first circuit;

b/ réalisation d'un ou plusieurs éléments (1.2) d'au moins un autre circuit de fluide, dit deuxième circuit, chaque élément du deuxième circuit comportant au moins une plaque métallique (1) comportant des deuxièmes rainures (20) formant au moins une partie des canaux (5) du deuxième circuit, le motif et/ou la largeur des canaux du premier circuit étant différent(s) respectivement du motif et/ou la largeur des canaux du deuxième circuit ;  b / producing one or more elements (1.2) of at least one other fluid circuit, said second circuit, each element of the second circuit comprising at least one metal plate (1) having second grooves (20) forming at least a part of the channels (5) of the second circuit, the pattern and / or the width of the channels of the first circuit being different respectively from the pattern and / or the width of the channels of the second circuit;

c/ empilement des plaques métalliques (1) des éléments (1.1 ; 1.2) des premier et deuxième circuits de sorte à former leurs canaux (4, 5);  c / stacking the metal plates (1) of the elements (1.1, 1.2) of the first and second circuits so as to form their channels (4, 5);

d/ assemblage par soudage-diffusion entre le ou les éléments du premier circuit et le ou les éléments du deuxième circuit, empilés les uns sur les autres.  d / assembly by welding-diffusion between the element or elements of the first circuit and the element or elements of the second circuit, stacked on each other.

procédé selon lequel on détermine une largeur et un agencement relatifs entre les premières et deuxièmes rainures dans le sens de largeur de l'empilement tels qu'une fois l'empilement réalisé selon l'étape cl, on obtienne dans la direction de l'empilement, des colonnes de matière (6) qui soient délimitées latéralement à la fois sur la largeur des nervures (100), appelées isthmes, entre première rainures et des isthmes (200) entre deuxième nervures, et qui soient régulièrement espacées sur la largeur de l'empilement.  method according to which a relative width and arrangement is determined between the first and second grooves in the width direction of the stack such that once the stack made according to step c1 is obtained in the direction of stacking , columns of material (6) which are delimited laterally at the same time on the width of the ribs (100), called isthmus, between first grooves and isthmus (200) between second ribs, and which are regularly spaced along the width of the stacking.

2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel avant l'étape cl d'empilement, on réalise une étape al/ et bl/ de nettoyage des plaques de chaque élément respectivement du premier circuit et deuxième circuit.  2. The method of claim 1, wherein before the step of stacking, one carries out a step al / and bl / cleaning the plates of each element respectively of the first circuit and second circuit.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, selon lequel on réalise l'étape dl par application d'un cycle de compression isostatique à chaud (CIC) à relativement basse pression à l'empilement étanche et dégazé.  3. The method of claim 1 or 2, wherein step dl is carried out by applying a relatively low pressure hot isostatic compression (CIC) cycle to the sealed and degassed stack.

4. Procédé selon la revendication 3, selon lequel on réalise au préalable de l'étape dl de CIC, une insertion de l'empilement dans une enveloppe métallique, dite conteneur, puis une étape de mise sous vide de l'intérieur du conteneur par un tube, dit queusot, soudé sur une face du conteneur, et enfin une étape de soudage du tube sur lui- même. 4. The method of claim 3, wherein is carried out before step dl CIC, an insertion of the stack in a metal shell, said container, and a step of evacuating the interior of the container by a tube, says queusot, soldered on one side of the container, and finally a step of welding the tube on itself.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, le cycle de CIC selon l'étape d/ étant réalisé à une pression comprise entre 20 et 500 bar, de préférence compris entre 30 et 300 bar.  5. Method according to any one of claims 3 or 4, the CIC cycle according to step d / being carried out at a pressure between 20 and 500 bar, preferably between 30 and 300 bar.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, le cycle de CIC selon l'étape d/ étant réalisé à une température comprise entre 500 et 1200°C, de préférence entre 900 et 1100°C.  6. Method according to any one of claims 3 to 5, the CIC cycle according to step d / being carried out at a temperature between 500 and 1200 ° C, preferably between 900 and 1100 ° C.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étape d/ étant réalisée pendant une durée comprise entre 15 min et quelques heures, de préférence entre 1 et 4h.  7. Method according to any one of the preceding claims, step d / being carried out for a period of between 15 min and a few hours, preferably between 1 and 4h.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel on réalise des plots ou bandes à l'intérieur de la zone rainurée de(s) l'élément(s) du premier et deuxième circuit de fluide, séparant les canaux de fluide, afin de constituer des colonnes de matière supplémentaires au sein de l'empilement une fois l'étape d/ d'assemblage réalisé.  8. Process according to any one of the preceding claims, according to which strips or strips are produced inside the grooved zone of (s) the element (s) of the first and second fluid circuits, separating the channels of fluid, to form additional columns of material within the stack once the d / assembly step performed.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel après l'étape d/, on réalise une étape e/ d'ouverture des canaux du premier circuit et du deuxième circuit vers l'extérieur.  9. A method according to any one of the preceding claims, wherein after step d /, a step e / opening the channels of the first circuit and the second circuit to the outside is performed.

10. Procédé selon la revendication 9, selon lequel après l'étape e/, on réalise une étape f/ d'application d'un cycle de compression isostatique à chaud (CIC) à haute pression à l'empilement déjà assemblé, les canaux à la fois du premier circuit et du deuxième circuit étant ouverts vers l'extérieur.  10. The method of claim 9, wherein after step e / is carried out a step f / application of a hot isostatic compression cycle (CIC) at high pressure to the stack already assembled, the channels both of the first circuit and the second circuit being open to the outside.

11. Procédé selon la revendication 10, le cycle de CIC selon l'étape f/ étant réalisé à une pression comprise entre 500 et 2000 bar, de préférence entre 800 et 1200 bar.  11. The method of claim 10, the CIC cycle according to step f / being carried out at a pressure between 500 and 2000 bar, preferably between 800 and 1200 bar.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape g/ de soudage de collecteurs de fluide sur le module assemblé selon l'étape d/ ou f/, un collecteur de fluide étant apte à distribuer ou récupérer un fluide circulant dans le premier ou le deuxième circuit.  12. Method according to any one of the preceding claims, comprising a step g / of welding fluid collectors on the module assembled according to step d / or f /, a fluid collector being able to distribute or recover a circulating fluid. in the first or second circuit.

13. Module d'échangeur de chaleur à au moins deux circuits de fluide obtenu selon le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Heat exchanger module with at least two fluid circuits obtained according to the method according to any one of the preceding claims.

14. Module d'échangeur de chaleur selon la revendication 13, dans lequel les canaux du premier circuit sont à motifs sous forme de chevrons et, dans une première zone de transition ZTl, les canaux du deuxième circuit sont droits et parallèles à la longueur des plaques et dans une deuxième zone de transition ZT2, les canaux du deuxième circuit sont parallèles à la largeur des plaques. 14. Heat exchanger module according to claim 13, wherein the channels of the first circuit are patterned in the form of chevrons and, in a first transition zone ZT1, the channels of the second circuit are straight and parallel to the length of the plates and in a second transition zone ZT2, the channels of the second circuit are parallel to the width of the plates.

15. Système d'échangeur de chaleur comprenant une pluralité de modules selon la revendication 13 reliés entre eux.  15. Heat exchanger system comprising a plurality of modules according to claim 13 interconnected.

16. Utilisation d'un module d'échangeur selon la revendication 13 ou du système selon la revendication 14 en tant que partie d'échangeur de chaleur d'un réacteur nucléaire, tel qu'un réacteur refroidi au métal liquide (SFR).  16. Use of an exchanger module according to claim 13 or the system according to claim 14 as part of a heat exchanger of a nuclear reactor, such as a liquid-cooled reactor (SFR).

17. Utilisation d'un module d'échangeur selon la revendication 13 ou du système selon la revendication 14 en tant que partie d'échangeur-réacteur d'une réaction chimique, telle qu'une méthanation.  17. Use of an exchanger module according to claim 13 or the system according to claim 14 as part of exchanger-reactor of a chemical reaction, such as a methanation.