EP0738862B1 - Echangeur de chaleur à plaques brasées - Google Patents

Echangeur de chaleur à plaques brasées Download PDF

Info

Publication number
EP0738862B1
EP0738862B1 EP96400764A EP96400764A EP0738862B1 EP 0738862 B1 EP0738862 B1 EP 0738862B1 EP 96400764 A EP96400764 A EP 96400764A EP 96400764 A EP96400764 A EP 96400764A EP 0738862 B1 EP0738862 B1 EP 0738862B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
plates
passage
exchanger according
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96400764A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0738862A1 (fr
Inventor
Jean-Yves Lehman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP0738862A1 publication Critical patent/EP0738862A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0738862B1 publication Critical patent/EP0738862B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0068—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/42—Modularity, pre-fabrication of modules, assembling and erection, horizontal layout, i.e. plot plan, and vertical arrangement of parts of the cryogenic unit, e.g. of the cold box
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/902—Apparatus
    • Y10S62/903—Heat exchange structure

Definitions

  • the present invention relates to a brazed plate heat exchanger, of the type described in the preamble of claim 1 (see for example FR-A-2 154 352).
  • Heat exchangers of this type allow perform gas condensation and / or vaporization liquids, by circulating in passages adjacent to the two-phase fluid circulation passages an auxiliary refrigerant respectively circus.
  • the two phases to be separated are sent in a free volume associated with the exchanger but distinct from the structure thereof.
  • the invention aims to ensure the phase separation by the structure of the exchanger itself, in order to simplify the realization of the whole of the device.
  • the subject of the invention is a heat exchanger of the aforementioned type, characterized by the characterizing part of claim 1.
  • the heat exchanger according to the invention may include one or more of the characteristics of claims 2 to 11.
  • the heat exchanger 1 shown in Figures 1 and 2 is of the brazed plate type. He understands essentially a parallelepipedic body made up a stack of rectangular metal plates 2 separated by spacer waves 3.
  • the latter may in particular be perforated corrugated sheets, as shown in Figure 2, or alternatively corrugated sheets with punctures on their sides waves, called “serrated waves”.
  • the dimensions of plates 2 can reach for example 6 m x 2 m.
  • the plates 2 define between them a large number of generally flat passages. These passages, in the example shown, are divided into two alternating groups: first passages 4 for upward circulation of a two-phase fluid F during vaporization, and second passages 5 for downward circulation of a circulating fluid f .
  • the two end plates extend to the high level N1.
  • the passages 4 and 5 are delimited below and on each side by closing bars which leave free rows of fluid inlet / outlet windows, which are capped by inlet boxes / outlet of generally semi-cylindrical shape.
  • a lower box 6 for fluid inlet F there is provided a side box 7 for fluid inlet f , and a side box 8 for fluid outlet f .
  • Each passage 5 is delimited upwards by an upper closing bar 9 inclined from the top point of the corresponding inlet window for the fluid f .
  • a free volume 10 is defined above this bar 9, in each passage 5, between the plates 2A and 2B which frame the latter.
  • each box 6 to 8 in each corresponding passage, an input / output distributor constituted by a set of waves some of which are oriented obliquely.
  • a distributor which is a fluid inlet distributor F in the passages 4 and a lateral fluid outlet distributor f in the passages 5.
  • a lateral inlet distributor 11 for the fluid f is located just below each upper bar 9.
  • the exchanger is completed by an upper dome 12, conventionally made from four quarter-cylinder sheets welded together at their intersections, and welded by their lower edges the along the upper edge of the two extreme 2A plates along along the other two top edges of the exchanger. These two other edges are, as we includes, consisting of upper end sections 2A plates and side closing bars.
  • a outlet 13 of the vapor phase of the fluid F is soldered to the top of the dome 12.
  • the fluid F supplied with source, in liquid form, in each passage 4 via the box 6, gradually vaporizes. He arrives at the state biphasic at level N2, where the passage section which is offered suddenly increases, substantially double. The speed of the fluid therefore decreases suddenly, which causes the liquid phase to separate, which falls by gravity.
  • the two-phase current fast going up in passage 4 results in that the liquid does not descend in this passage, but collects in cavity 10 which surmounts the bar upper 9 of the associated passage 5.
  • This bar 9 being tilted, the liquid descends along the bar and, at through liquid outlet windows provided just above the lower end of this bar, falls in a manifold 15 which covers these windows with exit.
  • the vapor phase F V of the fluid F collects in the dome 12 and is evacuated via the tube 13.
  • the increase in cross section of the passages 4 is obtained from as follows: all plates 2 are extended up to high level N1 and between levels N1 and N2, all plates have openings 16, with the exception of course of the two extreme plates.
  • the stack of plates 2 form a continuous space, which substantially doubles the section offered to the ascending two-phase fluid. Given the speed of this fluid in the passages 4, the liquid drops only in the regions above bars 9, and, by runoff, it collects in cavities 10, before being evacuated laterally as before.
  • FIG. 4 schematically represents a variant of a heat exchanger which applies to the structure of FIG. 2 as well as to that of FIG. 3, since it only relates to the means for evacuating the vapor F V.
  • the dome 12 is deleted, and the plates 2A (in the case of Figure 2) or 2 (in that of Figure 3) are extended upwards beyond the level N1.
  • this level N1 in each phase separation passage, that is to say in each of the passages delimited between the plates 2A ( Figure 2) or 2 ( Figure 3), there is an outlet distributor. 18 adapted to bring the vapor F V towards the middle zone of the passage.
  • the distributor 18 comprises two oblique waves 19, 20 which converge upwards to a median vertical wave 21 of triangular shape, having its point at the bottom. This wave 21 opens onto an upper outlet window, and all of the outlet windows are capped by an outlet box 22 of generally semi-cylindrical shape, from which the pipe 13 starts.
  • Figures 5 and 6 illustrate a possibility of adaptation of the invention to the case of a descending two-phase fluid F, for example during partial vaporization against the flow of an ascending circulating auxiliary fluid F ( Figure 6).
  • Each passage 4 is closed, at its end lower, by a lower closing bar 23 of which the upper side is sloping.
  • An intermediate plate 24 divides passage 4 into two sub-passages 25, 26 to from a space spaced from the bar 23.
  • the underpass 25 is free, while subpass 26 is closed, at the upper edge of the plate 24, by half a closing bar 27.
  • the sub-passage 26 contains a distributor of outlet 28, consisting ( Figure 5) of an oblique wave 29 and of a horizontal wave 30, the latter opening into a side half-window 31.
  • the set of half-windows is capped by an outlet box 32.
  • the two-phase fluid F is accelerated when it arrives in the sub-passage 25, then it suddenly slows down when it exceeds the lower edge of the plate 24.
  • the vapor phase F V rises in the sub-passage 26, then is evacuated via the distributor 28 and the box 32, while the liquid phase F L trickles and collects on the lower bar 23, then is discharged laterally via an outlet box 33.
  • FIG. 7 illustrates a general diagram for the purification of a gas F under pressure in a heat exchanger 1 according to the invention, by condensation of its heavy impurities.
  • the gas F circulates from bottom to top in the passages 4 of the exchanger.
  • a condensed fraction F L1 , F L2 , F L3 is withdrawn, expanded in an expansion valve 34 and returned against the current, that is to say from top to bottom, at about the same level. of the exchanger, in passages 5, to produce cold.
  • the purified gas F is returned against the current in passages 5 to recover the sensible heat.
  • Each passage 4 is subdivided into its thickness, over most of its height, by plates intermediaries 35 spaced from each other.
  • the plaque 35 lower part of two half closing bars lower 36 and, on one side (the right side in Figure 8), the half-passage which it delimits is closed by a upper closing half-bar 37, located one small distance below the top edge of the plate 35.
  • each intermediate plate 35 includes, same side, a lower half closing bar 36 and an upper closing half-bar 37, arranged analogously.
  • each passage 4 has an active part 38 (its left part in FIG. 8), for the upward circulation of fluid F, of which the thickness is half (or, alternatively, a fraction different) of the distance between the two plates 2 which delimit this passage, while it is not equal at this distance only in the regions 39 which separate the intermediate plates 35.
  • the fluid F introduced at the base of passage 4 via a distributor 40, travels at relatively high speed in zone 38 lower and then suddenly slows down in the first zone 39, then is accelerated in the second zone 38, and and so on.
  • the liquid phases successive, corresponding to increasingly impurities lighter, separate in zones 39. Due to the ascending speed of the fluid in zones 38, the liquids flow into the calm part of zones 39, that is to say in their right half, and come together in the space 41 delimited above the bars 37. These can, as before, be tilted to facilitate the lateral evacuation of liquids.
  • the spaces 42 included between each pair of half bars 36, 37 may be inactive, or else be used for the circulation of suitable fluids.

Landscapes

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

Description

La présente invention est relative à un échangeur de chaleur à plaques brasées, du type décrit dans le préambule de la revendication 1 (voir par exemple le FR-A-2 154 352).
Les échangeurs de chaleur de ce type permettent d'effectuer la condensation de gaz et/ou la vaporisation de liquides, en faisant circuler dans des passages adjacents aux passages de circulation du fluide diphasique un fluide auxiliaire respectivement frigorigène et calorigène.
Pour éviter d'assécher certaines zones des plaques, ce qui diminue les performances de l'échangeur, la vaporisation d'un liquide est, en général, effectuée partiellement. De même, les opérations de condensation ne sont souvent que partielles, par exemple pour l'épuration cryogénique de gaz.
Dans ces applications, il est nécessaire, en au moins un emplacement de la longueur de l'échangeur, de pouvoir séparer les deux phases liquide et vapeur du fluide traité.
Dans la technique classique, les deux phases à séparer sont envoyées dans un volume libre associé à l'échangeur mais distinct de la structure de celui-ci.
L'invention a pour but de faire assurer la séparation des phases par la structure de l'échangeur elle-même, afin de simplifier la réalisation de l'ensemble de l'appareil.
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type précité, caractérisé par la partie caractérisante de la revendication 1.
L'échangeur de chaleur suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 11.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
  • la Figure 1 représente schématiquement un échangeur de chaleur conforme à l'invention;
  • la Figure 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, prise en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1;
  • la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d'une variante;
  • la Figure 4 est une vue analogue à la Figure 1 d'une autre variante;
  • la Figure 5 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une autre variante de l'échangeur de chaleur suivant l'invention;
  • la Figure 6 est une vue partielle prise en coupe suivant la ligne VI-VI de la Figure 5;
  • la Figure 7 illustre schématiquement l'application d'un échangeur de chaleur suivant l'invention à l'épuration cryogénique d'un gaz; et
  • la Figure 8 illustre schématiquement la structure de l'échangeur de la Figure 7.
L'échangeur de chaleur 1 représenté aux Figures 1 et 2 est du type à plaques brasées. Il comprend essentiellement un corps parallélépipédique constitué d'un empilage de plaques métalliques rectangulaires 2 séparées par des ondes-entretoises 3. Ces dernières peuvent notamment être des tôles ondulées perforées, comme schématisé sur la Figure 2, ou bien, en variante, des tôles ondulées ayant des crevés sur leurs flancs d'ondes, dites "ondes serrated". Les dimensions des plaques 2 peuvent atteindre par exemple 6 m x 2 m.
Les plaques 2 délimitent entre elles un grand nombre de passages de forme générale plate. Ces passages, dans l'exemple représenté, sont répartis en deux groupes alternés : des premiers passages 4 de circulation ascendante d'un fluide diphasique F en cours de vaporisation, et des seconds passages 5 de circulation descendante d'un fluide calorigène f. Les plaques 2, dont les bords inférieurs sont tous au même niveau, s'étendent alternativement jusqu'à un niveau haut N1 (plaques 2A) et jusqu'à un niveau N2 inférieur à N1 (plaques 2B). Les deux plaques extrêmes s'étendent jusqu'au niveau haut N1.
Comme il est bien connu dans la technique, les passages 4 et 5 sont délimités inférieurement et de chaque côté par des barres de fermeture qui laissent libres des rangées de fenêtres d'entrée/sortie de fluides, lesquelles sont coiffées par des boítes d'entrée/sortie de forme générale semi-cylindrique. Ainsi, il est prévu une boíte inférieure 6 d'entrée du fluide F, une boíte latérale 7 d'entrée du fluide f, et une boíte latérale 8 de sortie du fluide f. Chaque passage 5 est délimité vers le haut par une barre de fermeture supérieure 9 inclinée à partir du point haut de la fenêtre d'entrée correspondante du fluide f. Un volume libre 10 est délimité au-dessus de cette barre 9, dans chaque passage 5, entre les plaques 2A et 2B qui encadrent ce dernier.
De façon classique, il est prévu, en regard de chaque boíte 6 à 8, dans chaque passage correspondant, un distributeur d'entrée/sortie constitué par un ensemble d'ondes dont certaines sont orientées obliquement. Ainsi, il existe au-dessus de chaque barre de fermeture inférieure de l'échangeur un distributeur, qui est un distributeur d'entrée du fluide F dans les passages 4 et un distributeur de sortie latérale du fluide f dans les passages 5. De plus, un distributeur d'entrée latérale 11 du fluide f est situé juste au-dessous de chaque barre supérieure 9. Ces distributeurs ont été schématisés en traits mixtes sur la Figure 1.
L'échangeur est complété par un dôme supérieur 12, réalisé, de façon classique, à partir de quatre tôles en quart de cylindre soudées entre elles à leurs intersections, et soudées par leurs bords inférieurs le long du bord supérieur des deux plaques 2A extrêmes ainsi que le long des deux autres bords supérieurs de l'échangeur. Ces deux autres bords sont, comme on le comprend, constitués des tranches d'extrémité supérieure des plaques 2A et des barres de fermeture latérale. Une tubulure 13 de sortie de la phase vapeur du fluide F est soudée au sommet du dôme 12.
Entre les niveaux N1 et N2, seules subsistent les plaques 2A. Celles-ci sont alors entretoisées par des ondes 14 de hauteur correspondante, et de pas nettement supérieur à celui des ondes courantes, ou ondes d'échange thermique, 3.
En fonctionnement, le fluide F, alimenté en source, sous forme liquide, dans chaque passage 4 via la boíte 6, se vaporise progressivement. Il arrive à l'état diphasique au niveau N2, où la section de passage qui lui est offerte augmente brusquement, sensiblement du double. La vitesse du fluide décroít donc brusquement, ce qui provoque la séparation de la phase liquide, laquelle retombe par gravité. Cependant, le courant diphasique rapide qui monte dans le passage 4 a pour résultat que le liquide ne redescend pas dans ce passage, mais se rassemble dans la cavité 10 qui surmonte la barre supérieure 9 du passage 5 associé. Cette barre 9 étant inclinée, le liquide descend le long de la barre et, à travers des fenêtres de sortie de liquide prévues juste au-dessus de l'extrémité inférieure de cette barre, tombe dans une boíte collectrice 15 qui coiffe ces fenêtres de sortie.
La phase vapeur FV du fluide F, quant à elle, se rassemble dans le dôme 12 et est évacuée via la tubulure 13.
Dans la variante de la Figure 3, l'augmentation de section des passages 4 est obtenue de la manière suivante : toutes les plaques 2 sont prolongées vers le haut jusqu'au niveau haut N1 et, entre les niveaux N1 et N2, toutes les plaques sont munies d'ouvertures 16, à l'exception bien entendu des deux plaques extrêmes.
A partir du niveau N2 environ, on peut entretoiser les plaques 2 au moyen d'une onde 17 de même hauteur que les ondes d'échange thermique 3 mais de plus grand pas, afin d'accroítre la section libre offerte au fluide F.
Ainsi, à partir du niveau N2, l'empilement de plaques 2 forme un espace continu, ce qui double sensiblement la section offerte au fluide diphasique ascendant. Compte-tenu de la vitesse de ce fluide dans les passages 4, le liquide retombe uniquement dans les régions qui surmontent les barres 9, et, par ruissellement, il se rassemble dans les cavités 10, avant d'être évacué latéralement comme précédemment.
La Figure 4 représente schématiquement une variante d'échangeur de chaleur qui s'applique aussi bien à la structure de la Figure 2 qu'à celle de la Figure 3, car elle ne concerne que les moyens d'évacuation de la vapeur FV.
Dans cette Figure 4, le dôme 12 est supprimé, et les plaques 2A (dans le cas de la Figure 2) ou 2 (dans celui de la Figure 3) sont prolongées vers le haut au-delà du niveau N1. Au-dessus de ce niveau N1, dans chaque passage de séparation de phases, c'est-à-dire dans chacun des passages délimités entre les plaques 2A (Figure 2) ou 2 (Figure 3), il est prévu un distributeur de sortie 18 adapté pour ramener la vapeur FV vers la zone médiane du passage. Comme on le voit sur la Figure 4, le distributeur 18 comprend deux ondes obliques 19, 20 qui convergent vers le haut jusqu'à une onde verticale médiane 21 de forme triangulaire, ayant sa pointe en bas. Cette onde 21 débouche sur une fenêtre de sortie supérieure, et l'ensemble des fenêtres de sortie est coiffé par une boíte de sortie 22 de forme générale semi-cylindrique, d'où part la tubulure 13.
L'agencement de la Figure 4 permet de traiter des fluides diphasiques sous des pressions élevées pour lesquelles le dôme supérieur 12 n'est plus acceptable.
Les Figures 5 et 6 illustrent une possibilité d'adaptation de l'invention au cas d'un fluide diphasique F descendant, par exemple en cours de vaporisation partielle à contre-courant d'un fluide auxiliaire calorigène f ascendant (Figure 6).
Chaque passage 4 est fermé, à son extrémité inférieure, par une barre de fermeture inférieure 23 dont la face supérieure est en pente. Une plaque intermédiaire 24 divise le passage 4 en deux sous-passages 25, 26 à partir d'un emplacement espacé de la barre 23. Le sous-passage 25 est libre, tandis que le sous-passage 26 est obturé, au niveau du bord supérieur de la plaque 24, par une demi-barre de fermeture 27. Juste au-dessous de cette dernière, le sous-passage 26 contient un distributeur de sortie 28, constitué (Figure 5) d'une onde oblique 29 et d'une onde horizontale 30, cette dernière débouchant dans une demi-fenêtre latérale 31. L'ensemble des demi-fenêtres est coiffé par une boíte de sortie 32.
En fonctionnement, le fluide diphasique F est accéléré en arrivant dans le sous-passage 25, puis il ralentit brusquement lorsqu'il dépasse le bord inférieur de la plaque 24. La phase vapeur FV monte dans le sous-passage 26, puis est évacuée via le distributeur 28 et la boíte 32, tandis que la phase liquide FL ruisselle et se rassemble sur la barre inférieure 23, puis s'évacue latéralement via une boíte de sortie 33.
La Figure 7 illustre un schéma général d'épuration d'un gaz F sous pression dans un échangeur de chaleur 1 suivant l'invention, par condensation de ses impuretés lourdes. Le gaz F circule de bas en haut dans les passages 4 de l'échangeur. A plusieurs niveaux, une fraction condensée FL1, FL2, FL3 est soutirée, détendue dans une vanne de détente 34 et renvoyée à contre-courant, c'est-à-dire de haut en bas, à peu près au même niveau de l'échangeur, dans des passages 5, pour produire du froid. Au bout froid de l'échangeur, qui est son extrémité supérieure, le gaz F épuré est renvoyé à contre-courant dans des passages 5 pour en récupérer la chaleur sensible.
Dans ce procédé, il est nécessaire de séparer les deux phases du fluide F en cours de condensation partielle à chaque niveau où l'on désire soutirer une fraction liquide. Ceci peut s'obtenir au moyen de l'agencement de la Figure 8, qui va maintenant être décrit.
Chaque passage 4 est subdivisé dans son épaisseur, sur l'essentiel de sa hauteur, par des plaques intermédiaires 35 espacées les unes des autres. La plaque 35 inférieure part de deux demi-barres de fermeture inférieures 36 et, d'un côté (le côté droit sur la Figure 8), le demi-passage qu'elle délimite est obturé par une demi-barre de fermeture supérieure 37, située à une petite distance au-dessous du bord supérieur de la plaque 35. De même, chaque plaque intermédiaire 35 comporte, du même côté, une demi-barre de fermeture inférieure 36 et une demi-barre de fermeture supérieure 37, disposées de manière analogue.
On voit donc que chaque passage 4 comporte une partie active 38 (sa partie gauche sur la Figure 8), pour la circulation ascendante du fluide F, dont l'épaisseur est la moitié (ou, en variante, une fraction différente) de la distance qui sépare les deux plaques 2 qui délimitent ce passage, tandis qu'elle n'est égale à cette distance que dans les régions 39 qui séparent les plaques intermédiaires 35.
Ainsi, en fonctionnement, le fluide F, introduit à la base du passage 4 via un distributeur 40, circule à vitesse relativement élevée dans la zone 38 inférieure, puis se ralentit brusquement dans la première zone 39, puis est accéléré dans la deuxième zone 38, et ainsi de suite. De cette manière, les phases liquides successives, correspondant à des impuretés de plus en plus légères, se séparent dans les zones 39. Du fait de la vitesse ascendante du fluide dans les zones 38, les liquides s'écoulent dans la partie calme des zones 39, c'est-à-dire dans leur moitié de droite, et se rassemblent dans l'espace 41 délimité au-dessus des barres 37. Celles-ci peuvent, comme précédemment, être inclinées pour faciliter l'évacuation latérale des liquides.
Les espaces 42 compris entre chaque paire de demi-barres 36, 37 peuvent être inactifs, ou bien être utilisés pour la circulation de fluides appropriés.

Claims (11)

  1. Echangeur de chaleur à plaques brasées, du type comprenant un empilement de plaques (2, 2A, 2B) séparées par des ondes-entretoises (3, 14; 17; 25, 26), et un ensemble de passages (4, 5) de forme générale plate délimités par ces plaques, à savoir une série de premiers passages (4) de circulation d'un fluide diphasique, dont chacun est adjacent à au moins un second passage (5) de circulation d'un autre fluide, calorigène ou frigorigène, caractérisé en ce qu'au moins un desdits premiers passages (4) comporte, en au moins un emplacement de sa longueur, une augmentation de sa section de passage ainsi que des moyens (9, 10; 26, 28; 37, 41) de recueil et d'évacuation d'une des deux phases du fluide diphasique.
  2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, à circulation ascendante du fluide diphasique, caractérisé en ce qu'une (2A) des plaques (2A, 2B) délimitant ledit premier passage (4) et la plaque opposée (2A) d'un second passage (5), adjacent, de circulation dudit autre fluide, sont prolongées vers le haut au-delà de l'extrémité supérieure de la plaque mitoyenne (2B) de ces deux passages (4, 5), laquelle dépasse au-dessus de la barre de fermeture supérieure (9) dudit second passage adjacent (5).
  3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, à circulation ascendante du fluide diphasique, et dans lequel lesdits seconds passages (5) sont délimités vers le haut par des barres de fermeture supérieures (9), caractérisé en ce que toutes les plaques (2) se prolongent vers le haut au-delà des barres de fermeture supérieures (9), et en ce que certaines au moins des plaques, à l'exception des plaques extrêmes, sont munies d'ouvertures (16) au-dessus du niveau de ces barres de fermeture.
  4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend, au-dessus des plaques (2; 2A; 2), un dôme supérieur (12) de recueil de la phase gazeuse dudit fluide diphasique.
  5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend à son extrémité supérieure, dans chaque intervalle interplaque, un distributeur de sortie (18) collecteur de vapeur qui débouche sur une fenêtre de sortie, et une boíte collectrice de vapeur (22) qui coiffe toutes ces fenêtres de sortie.
  6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdites barres de fermeture supérieures (9) sont inclinées.
  7. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier passage (4) comporte, en amont dudit emplacement, une plaque intermédiaire (24; 35) qui en rétrécit la section libre jusqu'audit emplacement et qui forme, avec une demi-barrette de fermeture (27; 37), une cavité (26; 41) de recueil de l'une des deux phases du fluide diphasique.
  8. Echangeur de chaleur suivant la revendication 7, à circulation descendante du fluide diphasique, caractérisé en ce que ladite cavité (26) est délimitée supérieurement par la demi-barre de fermeture (27) et contient, au-dessous de celle-ci, un distributeur de sortie (28) qui débouche latéralement sur une fenêtre de sortie de vapeur.
  9. Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit emplacement est voisin de l'extrémité inférieure dudit premier passage (4), et en ce que ce passage est obturé à sa base par une barre de fermeture inférieure (23), notamment inclinée, qui s'étend latéralement jusqu'à une fenêtre de sortie de liquide.
  10. Echangeur de chaleur suivant la revendication 7, à circulation ascendante du fluide diphasique, caractérisé en ce que ladite cavité est ouverte vers le haut et est délimitée inférieurement par la demi-barre de fermeture (37), qui est notamment inclinée.
  11. Echangeur de chaleur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit premier passage (4) comporte plusieurs plaques intermédiaires (35) espacées les unes des autres sur sa longueur.
EP96400764A 1995-04-14 1996-04-09 Echangeur de chaleur à plaques brasées Expired - Lifetime EP0738862B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9504553 1995-04-14
FR9504553A FR2733039B1 (fr) 1995-04-14 1995-04-14 Echangeur de chaleur a plaques brassees, et procede correspondant de traitement d'un fluide diphasique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0738862A1 EP0738862A1 (fr) 1996-10-23
EP0738862B1 true EP0738862B1 (fr) 1999-12-01

Family

ID=9478159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP96400764A Expired - Lifetime EP0738862B1 (fr) 1995-04-14 1996-04-09 Echangeur de chaleur à plaques brasées

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5682945A (fr)
EP (1) EP0738862B1 (fr)
JP (1) JPH0979769A (fr)
CN (1) CN1160185A (fr)
DE (1) DE69605347T2 (fr)
FR (1) FR2733039B1 (fr)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19605500C1 (de) * 1996-02-14 1997-04-17 Linde Ag Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit
GB2316478A (en) * 1996-08-20 1998-02-25 Imi Marston Ltd Liquefaction heat exchanger
US5775129A (en) * 1997-03-13 1998-07-07 The Boc Group, Inc. Heat exchanger
US6179051B1 (en) 1997-12-24 2001-01-30 Delaware Capital Formation, Inc. Distributor for plate heat exchangers
FR2786858B1 (fr) * 1998-12-07 2001-01-19 Air Liquide Echangeur de chaleur
FR2796137B1 (fr) * 1999-07-07 2001-09-14 Air Liquide Vaporiseur-condenseur a bain a plaques brasees et son application a un appareil de distillation d'air
US6832647B2 (en) * 2002-04-02 2004-12-21 Modine Manufacturing Company Integrated condenser/separator for fuel cell exhaust gases
DE10302708A1 (de) * 2003-01-23 2004-07-29 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Austausch von Wärme
SE524938C2 (sv) * 2003-02-03 2004-10-26 Ep Technology Ab Värmeväxlare och metod för att torka ett fuktigt medium
CA2766917C (fr) * 2009-07-17 2015-06-16 Lockheed Martin Corporation Echangeur de chaleur et procede de fabrication de celui-ci

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992168A (en) * 1968-05-20 1976-11-16 Kobe Steel Ltd. Heat exchanger with rectification effect
BE789479A (fr) * 1971-10-01 1973-03-29 Air Liquide Echangeur de chaleur et sa mise en oeuvre
US3797565A (en) * 1971-11-22 1974-03-19 United Aircraft Prod Refrigerated gas dryer
DE2222269C2 (de) * 1972-05-06 1984-05-24 Kobe Steel, Ltd., Kobe, Hyogo Rieselkolonne zum Rektifizieren von Flüssigkeiten
US4132587A (en) * 1977-05-23 1979-01-02 Ecodyne Corporation Evaporator
US4249595A (en) * 1979-09-07 1981-02-10 The Trane Company Plate type heat exchanger with bar means for flow control and structural support
FR2547898B1 (fr) * 1983-06-24 1985-11-29 Air Liquide Procede et dispositif pour vaporiser un liquide par echange de chaleur avec un deuxieme fluide, et leur application a une installation de distillation d'air
FR2690231B1 (fr) * 1992-04-17 1994-06-03 Air Liquide Echangeur de chaleur a ruissellement et installation de distillation d'air comportant un tel echangeur.

Also Published As

Publication number Publication date
DE69605347T2 (de) 2000-05-11
CN1160185A (zh) 1997-09-24
FR2733039A1 (fr) 1996-10-18
FR2733039B1 (fr) 1997-07-04
US5682945A (en) 1997-11-04
EP0738862A1 (fr) 1996-10-23
JPH0979769A (ja) 1997-03-28
DE69605347D1 (de) 2000-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0130122B1 (fr) Dispositif pour vaporiser un liquide par échange de chaleur avec un deuxième fluide et installation de distillation d'air comprenant un tel dispositif
EP0738862B1 (fr) Echangeur de chaleur à plaques brasées
FR2685071A1 (fr) Echangeur de chaleur indirect du type a plaques.
EP1008826B1 (fr) Vaporiseur à film ruisselant et installations de distillation d'air correspondantes
WO2005073657A1 (fr) Echangeur thermique et module d’echange s’y rapportant
FR2665755A1 (fr) Appareil de production d'azote.
EP0566435B1 (fr) Echangeur de chaleur à ruissellement et installation de distillation d'air comportant un tel échangeur
FR2718836A1 (fr) Echangeur de chaleur perfectionné à plaques brasées.
EP1088578A1 (fr) Vaporiseur-condenseur à thermosiphon et installation de distillation d'air correspondante
EP0246151A1 (fr) Séparateur à ailettes pour la séparation de particlues liquides
FR2865027A1 (fr) Ailette pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur muni de telles ailettes
EP1179724B1 (fr) Echangeur thermique à blocs échangeurs multiples à ligne d'alimentation en fluide à distribution uniforme, et vaporiseur-condenseur comportant un tel échangeur
FR2571837A1 (fr) Appareil de rechauffage de fluide
LU82393A1 (fr) Echangeur de chaleur a enceinte en spirale
EP1034019B1 (fr) Distributeur de liquide pour colonne de distillation, et colonne de distillation correspondante
EP0507649B1 (fr) Procédé de vaporisation d'un liquide, échangeur de chaleur pour sa mise en oeuvre, et application à une installation de distillation d'air à double colonne
FR2774755A1 (fr) Condenseur a plaques brasees perfectionne et son application aux doubles colonnes de distillation d'air
EP1067344B1 (fr) Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d'air
FR2793548A1 (fr) Vaporiseur-condenseur a plaques fonctionnant en thermosiphon, et double colonne de distillation d'air comportant un tel vaporiseur-condenseur
EP3105520B1 (fr) Colonne de séparation d'air par distillation cryogénique, appareil de séparation d'air comportant une telle colonne et procédé de fabrication d'une telle colonne
EP1087194A1 (fr) Vaporiseur-condenseur à bain et appareil de distillation d'air correspondant
EP0189029B1 (fr) Condenseur à mélange, notamment pour l'exploitation de l'énergie thermique des mers
WO2002046669A1 (fr) Vaporisateur-condenseur et installation de distillation d'air comportant un tel vaporisateur-condenseur
WO2020174173A1 (fr) Matrice intégrant au moins une fonction d'échange thermique et une fonction de distillation
EP4155647A1 (fr) Echangeur comprenant au moins une structure d échange thermique à surface striée

Legal Events

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

17P Request for examination filed

Effective date: 19970414

17Q First examination report despatched

Effective date: 19971106

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

REF Corresponds to:

Ref document number: 69605347

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20000105

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20000303

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

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

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

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20010316

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20010403

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20010413

Year of fee payment: 6

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

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

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020409

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

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20021101

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20020409

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

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20021231

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST