EP1406057A1 - Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse - Google Patents

Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse Download PDF

Info

Publication number
EP1406057A1
EP1406057A1 EP03291998A EP03291998A EP1406057A1 EP 1406057 A1 EP1406057 A1 EP 1406057A1 EP 03291998 A EP03291998 A EP 03291998A EP 03291998 A EP03291998 A EP 03291998A EP 1406057 A1 EP1406057 A1 EP 1406057A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fin
heat exchanger
thickness
passage
exchanger according
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.)
Granted
Application number
EP03291998A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1406057B1 (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.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance 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 a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1406057A1 publication Critical patent/EP1406057A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1406057B1 publication Critical patent/EP1406057B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04854—Safety aspects of operation
    • F25J3/0486—Safety aspects of operation of vaporisers for oxygen enriched liquids, e.g. purging of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen
    • 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
    • F25J2290/20—Particular dimensions; Small scale or microdevices
    • 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
    • F25J2290/90—Details about safety operation of the installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger plate heat, especially brazed plates.
  • Such heat exchangers are for example used to heat or vaporize oxygen or an oxygen-rich fluid, in particular in air separation installations.
  • An oxygen-rich fluid is defined by a number of molecules of O 2 relative to the total number of molecules greater than 20% when the fluid is under a pressure at least equal to 20 bars, and greater than 50% at lower fluid pressures , especially more than 60%.
  • Such heat exchangers can be used for the distillation of air gases or hydrocarbons, and more particularly still in a double column of air distillation.
  • the body of a vaporizer-condenser consists of a stacking a large number of rectangular plates all identical. Between these plates are interposed on the one hand of the closing bars peripheral, on the other hand spacer waves or fins, namely heat exchange waves main vertical orientation and waves of horizontal main orientation distribution.
  • exchangers targeted by the invention are by example the main exchangers of pump apparatus, or all other plate heat exchangers, which vaporize oxygen under pressure.
  • spacer waves are obtained at from thin sheets, typically of thickness included between 0.15 and 0.60 mm, folded, cut or stamped press or other suitable tools.
  • Oxygen vaporizers are a privileged place for concentrating fuels heavier than oxygen, such as hydrocarbons, especially C 2 H 2 present in small quantities in atmospheric air.
  • Fuels heavier than oxygen such as hydrocarbons, especially C 2 H 2 present in small quantities in atmospheric air.
  • Accidental combustion in liquid oxygen can occur accidentally in such vaporizers. It has been observed that these combustions could have the consequence of producing at least local explosions.
  • thin fins, in particular aluminum fins were very vulnerable to combustion whereas the separating plates were not. It is found that the separating plates therefore make it possible to prevent the spread of inflammation.
  • a main object of the invention is to provide plate heat exchangers resistant to possible inflammation phenomena, in particular intended for use of treatment of oxygen-rich fluids, exchangers whose manufacturing costs are not significantly increased, and whose performance in terms of pressure drop and heat exchange are not significantly reduced.
  • a following plate heat exchanger the invention comprises a plurality of separating plates stacked with substantially uniform thickness, defining between them at least a first pass, and at least one fin arranged in this at least one first passage, the minimum thickness of said fin being greater than 0.8 times the thickness of each separator plate defining said passage.
  • the fin can be produced by extrusion, or by machining from a thick flat sheet.
  • the plate heat exchanger has a significantly increased mechanical resistance, this which allows you to significantly push your limits of use in fluid pressure.
  • the exchanger may also comprise, in at least one second pass, a fin whose minimum thickness is less than 0.8 times the thickness of each plate dividers defining said second passage.
  • the invention also relates to a vaporizer-condenser double air distillation column, comprising a heat exchanger as previously described, the first passage being an oxygen vaporization passage.
  • FIG. 1 two parallel separating plates 11 are shown, of the same thickness e substantially uniform for the same plate, defining between them a fluid passage 33.
  • a fin or wave 35 of generally conventional shape is arranged in niche. This fin 35 defines a main general direction of YY ripple, the waves following one another in a direction XX perpendicular to the direction YY.
  • the directions X-X and Y-Y define the planes of the separator plates 11, which are assumed to be horizontal for the convenience of description, as depicted in the Figure 1.
  • the separator plates 11 are themselves spaced along the vertical axis Z-Z.
  • the corrugated fin 35 has a large number of wavelengths 37 substantially rectangular, contained each in a vertical plane perpendicular to the direction XX.
  • the wave legs 37 are connected alternately on along their upper edge by wave vertices 39 substantially rectangular, planar and horizontal, and the along their bottom edge by wave bases 41 also substantially rectangular, planar and horizontal.
  • Wave vertices 39 and wave bases 41 define regions of connection by brazing to plates or flat separating sheets 11 of the heat exchanger.
  • the plate heat exchanger comprises a plurality of such separating plates 11 stacked and of thickness e in general substantially constant from one plate to another.
  • the plates define between them a series of passages 33, a fin 35 being arranged in each of the passages 33.
  • the fin 35 of the fluid passage 33 shown has a minimum thickness e ', said fin thickness e ' being, in the example shown in FIG. 1, uniform for the whole of the fin 35.
  • the thickness e of the separating plates is between 0.6 mm and 2 mm.
  • the minimum thickness e ' is chosen to be greater than 0.8 times the thickness e of the separating plates 11, that is to say in the case of a thickness e equal to 1 mm, greater than 0.8 mm.
  • the thickness e ′ will be given a value such that the ratio of the minimum thickness e ′ of the fin 35 to the thickness e of the plates 11 is greater than 1, more preferably still greater than 1, 5, preferably still greater than 2.
  • the fin is essentially made by folding a flat sheet thick, a sheet being defined as thick in the technique considered if its thickness is greater than about 1 mm, in particular between 1 and 2 mm.
  • the minimum thickness e 'of the fin 45 has a value meeting the conditions set out above, with reference to Figure 4.
  • the fin 45 n' is not of constant thickness and has horizontal projecting parts 47 coming from each side of the vertices 39 and wave bases 41. These protruding parts 47 make it possible to increase the contact surface of the fin 45 with the plates 11, therefore the brazing surface, and to improve the mechanical strength of the fin 45.
  • Such a fin 45 is produced essentially by extrusion, or by machining from a thick flat sheet.
  • the exchanger partly contains fins the minimum thickness of which complies with the conditions set out above, and partly fins the thickness of which is less than 0.8 times the thickness e of the separating plates 11, the latter fins being produced for example from thin sheet metal and by conventional folding methods. Therefore, such exchangers can operate with fluids having clearly differentiated pressures, the thick fins corresponding to fluids under high pressure, and the thin sheet fins corresponding to fluids under lower pressure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Echangeur de chaleur à plaques comportant une pluralité de plaques séparatrices (11) empilées d'épaisseur (e) sensiblement uniforme, définissant entre elles au moins un passage (33), et au moins une ailette (35) disposée dans ledit au moins un passage (33). L'épaisseur minimale (e') de ladite ailette est supérieure à 0,8 fois l'épaisseur (e) de chacune des plaques séparatrices (11) définissant ledit passage (33). Application aux vaporiseurs et aux lignes d'échange des installations de séparation d'air. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur à plaques, notamment à plaques brasées.
De tels échangeurs de chaleur sont par exemple utilisés pour réchauffer ou vaporiser de l'oxygène ou un fluide riche en oxygène, notamment dans les installations de séparation d'air. On définit un fluide riche en oxygène par un nombre de molécules de O2 rapporté au nombre total de molécules supérieur à 20% lorsque le fluide est sous une pression au moins égale à 20 bars, et supérieur à 50% à des pressions de fluide inférieures, notamment supérieur à 60%.
De tels échangeurs de chaleur peuvent être utilisés pour la distillation de gaz de l'air ou d'hydrocarbures, et plus particulièrement encore dans une double colonne de distillation d'air.
Le corps d'un vaporiseur-condenseur est constitué d'un empilement d'un grand nombre de plaques rectangulaires verticales toutes identiques. Entre ces plaques sont interposées d'une part des barres de fermeture périphériques, d'autre part des ondes-entretoises ou ailettes, à savoir des ondes d'échange thermique d'orientation principale verticale et des ondes de distribution d'orientation principale horizontale.
D'autres échangeurs visés par l'invention sont par exemple les échangeurs principaux d'appareils à pompe, ou tout autre échangeur de chaleur à plaque, qui vaporisent de l'oxygène sous pression.
Généralement, les ondes-entretoises sont obtenues à partir de tôles minces, typiquement d'épaisseur comprise entre 0,15 et 0,60 mm, pliées, découpées ou embouties à la presse ou au moyen d'autres outils adaptés.
Les vaporiseurs d'oxygène sont un lieu privilégié de concentration de combustibles plus lourds que l'oxygène, tels que des hydrocarbures, notamment C2H2 présents en faibles quantités dans l'air atmosphérique. Il peut se produire accidentellement, dans de tels vaporiseurs, des combustions dans l'oxygène liquide. Il a été observé que ces combustions pouvaient avoir pour conséquence de produire des explosions au moins locales. Dans les accidents de ce type, on a constaté que des ailettes minces, notamment les ailettes en aluminium, étaient très vulnérables à la combustion alors que les plaques séparatrices ne l'étaient pas. On constate que les plaques séparatrices permettent par conséquent d'empêcher la propagation de l'inflammation.
De tels problèmes peuvent également se manifester dans les circuits de vaporisation d'une ligne d'échange.
Un but principal de l'invention est de réaliser des échangeurs de chaleur à plaques résistant à d'éventuels phénomènes d'inflammation, notamment destinés à une utilisation de traitement des fluides riches en oxygène, échangeurs dont les coûts de fabrication ne soient pas augmentés de façon sensible, et dont les performances en termes de pertes de charge et d'échange thermique ne soient pas sensiblement réduites.
A cet effet, un échangeur de chaleur à plaques suivant l'invention comporte une pluralité de plaques séparatrices empilées d'épaisseur sensiblement uniforme, définissant entre elles au moins un premier passage, et au moins une ailette disposée dans ce au moins un premier passage, l'épaisseur minimale de ladite ailette étant supérieure à 0,8 fois l'épaisseur de chacune des plaques séparatrices définissant ledit passage.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables :
  • le rapport de l'épaisseur minimale de ladite ailette à l'épaisseur de chacune des plaques séparatrices définissant ledit passage est supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5, de préférence encore supérieur à 2 ; et
  • l'épaisseur de chacune desdites plaques séparatrices est comprise entre 0,6 et 2 mm;
  • les plaques sont planes et rectangulaires
L'ailette peut être réalisée par extrusion, ou par usinage à partir d'une tôle plane épaisse.
Grâce à l'invention, l'échangeur de chaleur à plaques présente une résistance mécanique sensiblement accrue, ce qui permet de repousser de façon importante ses limites d'utilisation en pression de fluide.
L'échangeur peut comporter en outre, dans au moins un deuxième passage, une ailette dont l'épaisseur minimale est inférieure à 0,8 fois l'épaisseur de chacune des plaques séparatrices définissant ledit deuxième passage.
L'invention vise également un vaporiseur-condenseur de double colonne de distillation d'air, comprenant un échangeur de chaleur tel que décrit précédemment, le premier passage étant un passage de vaporisation d'oxygène.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
  • la Figure 1 est une vue partielle agrandie d'un échangeur de chaleur à plaques conforme à l'invention, seulement deux plaques séparatrices et une ailette disposée dans le passage qu'elles définissent étant représentées ; et
  • la Figure 2 est une vue analogue d'un échangeur de chaleur à plaques conforme à une variante de réalisation de l'invention.
Sur la Figure 1, on a représenté deux plaques séparatrices parallèles 11, de même épaisseur e sensiblement uniforme pour une même plaque, définissant entre elles un passage de fluide 33. Dans le passage 33, est disposée une ailette ou onde 35 de forme générale classique en créneau. Cette ailette 35 définit une direction générale principale d'ondulation Y-Y, les ondes se succédant suivant une direction X-X perpendiculaire à la direction Y-Y.
Les directions X-X et Y-Y définissent les plans des plaques séparatrices 11, que l'on supposera horizontaux pour la commodité de la description, comme représenté sur la Figure 1. Les plaques séparatrices 11 sont, elles, espacées suivant l'axe vertical Z-Z.
L'ailette ondulée 35 comporte un grand nombre de jambes d'onde 37 sensiblement rectangulaires, contenues chacune dans un plan vertical perpendiculaire à la direction X-X. Les jambes d'onde 37 sont reliées alternativement le long de leur bord supérieur par des sommets d'onde 39 sensiblement rectangulaires, plans et horizontaux, et le long de leur bord inférieur par des bases d'onde 41 également sensiblement rectangulaires, planes et horizontales.
Les sommets d'onde 39 et les bases d'onde 41 définissent des régions de liaison par brasage à des plaques ou tôles séparatrices planes 11 de l'échangeur de chaleur.
L'échangeur de chaleur à plaques, on le comprend, comporte une pluralité de telles plaques séparatrices 11 empilées et d'épaisseur e en général sensiblement constante d'une plaque à l'autre. Les plaques définissent entre elles une série de passages 33, une ailette 35 étant disposée dans chacun des passages 33.
L'ailette 35 du passage de fluide 33 représenté présente une épaisseur minimale e', ladite épaisseur d'ailette e' étant, dans l'exemple représenté sur la Figure 1, uniforme pour la totalité de l'ailette 35.
Typiquement, l'épaisseur e des plaques séparatrices est compris entre 0,6 mm et 2 mm.
L'épaisseur minimale e' est choisie supérieure à 0,8 fois l'épaisseur e des plaques séparatrices 11, c'est-à-dire dans le cas d'une épaisseur e égale à 1 mm, supérieure à 0,8 mm.
De préférence, on donnera à l'épaisseur e' une valeur telle que le rapport de l'épaisseur minimale e' de l'ailette 35 sur l'épaisseur e des plaques 11 est supérieur, à 1, de préférence encore supérieur à 1,5, de préférence encore supérieur à 2.
Dans l'exemple représenté sur la Figure 1, l'ailette est réalisée essentiellement par pliage d'une tôle plane épaisse, une tôle étant définie comme épaisse dans la technique considérée si son épaisseur est supérieure à environ 1 mm, notamment comprise entre 1 et 2 mm.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 2, l'épaisseur minimale e' de l'ailette 45 a une valeur répondant aux conditions énoncées ci-dessus, en référence à la Figure 4. En revanche, l'ailette 45 n'est pas d'épaisseur constante et présente des parties en saillie horizontale 47 venues de chaque côté des sommets 39 et bases 41 d'onde. Ces parties en saillie 47 permettent d'augmenter la surface de contact de l'ailette 45 avec les plaques 11, donc la surface de brasage, et d'améliorer la tenue mécanique de l'ailette 45.
Une telle ailette 45 est réalisée essentiellement par extrusion, ou par usinage à partir d'une tôle plane épaisse.
Dans les deux exemples de réalisation illustrés aux Figures, il est possible de prévoir que l'échangeur contienne pour partie des ailettes dont l'épaisseur minimale est conforme aux conditions énoncées ci-dessus, et pour partie des ailettes dont l'épaisseur est inférieure à 0,8 fois l'épaisseur e des plaques séparatrices 11, ces dernières ailettes étant réalisées par exemple en tôle mince et par des procédés de pliage classiques. De ce fait, de tels échangeurs peuvent fonctionner avec des fluides ayant des pressions nettement différenciées, les ailettes épaisses correspondant aux fluides sous haute pression, et les ailettes en tôle mince correspondant aux fluides sous plus basse pression.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur à plaques comportant une pluralité de plaques séparatrices (11) empilées d'épaisseur (e) sensiblement uniforme, définissant entre elles au moins un premier passage (33), et au moins une ailette (35 ;45) disposée dans ce au moins un premier passage (33), caractérisé en ce que l'épaisseur minimale (e') de ladite. ailette est supérieure à 0,8 fois l'épaisseur (e) de chacune des plaques séparatrices (1) définissant ledit passage (3).
  2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de l'épaisseur minimale (e') de ladite ailette (35 ; 45) sur l'épaisseur (e) de chacune des plaques séparatrices (11) définissant ledit passage (33) est supérieur à 1, de préférence supérieur à 1,5, de préférence encore supérieur à 2.
  3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) de chacune desdites plaques séparatrices (11) est comprise entre 0,6 mm et 2 mm.
  4. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les plaques séparatrices (11) sont plates et rectangulaires.
  5. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite ailette (45) est réalisée par extrusion.
  6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite ailette (45) est réalisée par usinage à partir d'une tôle plane épaisse.
  7. Echangeur de chaleur suivant l'unes quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième passage et au moins une ailette disposée dans ce au moins un deuxième passage, l'épaisseur minimale de ladite ailette étant inférieure à 0,8 fois l'épaisseur de chacune des plaques séparatrices.
  8. Appareil de séparation d'air comprenant au moins une colonne et au moins un vaporiseur-condenseur qui est un échangeur selon l'une des revendications 1 à 7.
  9. Appareil de séparation d'air selon la revendication 8 comprenant deux colonnes reliées thermiquement l'une avec l'autre à travers un échangeur selon l'une des revendications 1 à 7.
  10. Utilisation d'un échangeur à plaques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour réchauffer et/ou vaporiser de l'oxygène, ou un fluide riche en oxygène, ayant notamment un nombre de molécules d'oxygène rapporté au nombre total de molécules supérieur à 60%.
EP03291998A 2002-10-01 2003-08-08 Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse Expired - Lifetime EP1406057B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0212139 2002-10-01
FR0212139A FR2845152B1 (fr) 2002-10-01 2002-10-01 Echangeur de chaleur a plaques comportant une ailette epaisse, et utilisation d'un tel echangeur de chaleur.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1406057A1 true EP1406057A1 (fr) 2004-04-07
EP1406057B1 EP1406057B1 (fr) 2006-08-16

Family

ID=31985380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03291998A Expired - Lifetime EP1406057B1 (fr) 2002-10-01 2003-08-08 Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6951245B1 (fr)
EP (1) EP1406057B1 (fr)
JP (1) JP2004125389A (fr)
CN (1) CN1488914A (fr)
DE (1) DE60307567T2 (fr)
FR (1) FR2845152B1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009040561A1 (de) 2009-09-08 2011-03-10 Linde Aktiengesellschaft Wärmetauscher
RU178401U1 (ru) * 2018-01-24 2018-04-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Тепломассообменное устройство

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2471969A1 (fr) 2004-06-23 2005-12-23 Lionel Gerber Echangeur de chaleur pour utilisation dans une machine a glace
US20090288811A1 (en) * 2008-05-20 2009-11-26 Bolla James D Aluminum plate-fin heat exchanger utilizing titanium separator plates
US20100192629A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Richard John Jibb Oxygen product production method
US20100192628A1 (en) 2009-01-30 2010-08-05 Richard John Jibb Apparatus and air separation plant
US8726691B2 (en) * 2009-01-30 2014-05-20 Praxair Technology, Inc. Air separation apparatus and method
CN102538550A (zh) * 2012-01-09 2012-07-04 无锡市鑫盛换热器制造有限公司 一种板翅式散热器的风冷散热片
FR2995073A1 (fr) 2012-09-05 2014-03-07 Air Liquide Element d'echangeur pour echangeur de chaleur, echangeur de chaleur comprenant un tel element d'echangeur et procede de fabrication d'un tel element d'echangeur
US20140352933A1 (en) * 2013-05-28 2014-12-04 Hamilton Sundstrand Corporation Core assembly for a heat exchanger and method of assembling
DK3359902T3 (da) 2015-10-08 2019-11-25 Linde Ag Fremgangsmåde til fremstilling af en lamel og pladevarmeveksler med en lamel fremstillet ifølge fremgangsmåden
EP3473961B1 (fr) 2017-10-20 2020-12-02 Api Heat Transfer, Inc. Échangeur de chaleur

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203458A1 (fr) * 1985-05-15 1986-12-03 Showa Aluminum Corporation Echangeur de chaleur à plaques et à ailettes
EP0706212A2 (fr) * 1994-10-03 1996-04-10 Sumitomo Chemical Company, Limited Assemblage d'ailettes de refroidissement pour un boîtier LSI
JPH08285486A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Kobe Steel Ltd プレートフィン熱交換器
EP0919780A2 (fr) * 1997-11-28 1999-06-02 Denso Corporation Refroidisseur d'huile comprenant une ailette du coté eau de refroidissement et une ailette du coté huile
EP1026468A1 (fr) * 1999-02-01 2000-08-09 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur, notamment échangeur de chaleur à plaques d'un appareil de séparation d'air

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2376749A (en) * 1942-01-16 1945-05-22 Cyril Terence Delaney And Gall Radiator
US2566310A (en) * 1946-01-22 1951-09-04 Hydrocarbon Research Inc Tray type heat exchanger
US3079994A (en) * 1956-01-30 1963-03-05 Daimler Benz Ag Heat transfer plate construction
US3568461A (en) * 1967-11-22 1971-03-09 Mc Donnell Douglas Corp Fractionation apparatus
US3542124A (en) * 1968-08-08 1970-11-24 Garrett Corp Heat exchanger
US4049051A (en) * 1974-07-22 1977-09-20 The Garrett Corporation Heat exchanger with variable thermal response core
US4253520A (en) * 1978-10-26 1981-03-03 The Garrett Corporation Heat exchanger construction
JPS60253782A (ja) * 1984-05-30 1985-12-14 日本酸素株式会社 大型空気分離装置用凝縮器
US5438836A (en) * 1994-08-05 1995-08-08 Praxair Technology, Inc. Downflow plate and fin heat exchanger for cryogenic rectification
FR2790546B1 (fr) * 1999-03-01 2001-04-20 Air Liquide Echangeur de chaleur, applications a la vaporisation de liquide sous pression et appareil de distillation d'air equipe d'un tel echangeur
US6718795B2 (en) * 2001-12-20 2004-04-13 Air Liquide Process And Construction, Inc. Systems and methods for production of high pressure oxygen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0203458A1 (fr) * 1985-05-15 1986-12-03 Showa Aluminum Corporation Echangeur de chaleur à plaques et à ailettes
EP0706212A2 (fr) * 1994-10-03 1996-04-10 Sumitomo Chemical Company, Limited Assemblage d'ailettes de refroidissement pour un boîtier LSI
JPH08285486A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Kobe Steel Ltd プレートフィン熱交換器
EP0919780A2 (fr) * 1997-11-28 1999-06-02 Denso Corporation Refroidisseur d'huile comprenant une ailette du coté eau de refroidissement et une ailette du coté huile
EP1026468A1 (fr) * 1999-02-01 2000-08-09 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur, notamment échangeur de chaleur à plaques d'un appareil de séparation d'air

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 03 31 March 1997 (1997-03-31) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009040561A1 (de) 2009-09-08 2011-03-10 Linde Aktiengesellschaft Wärmetauscher
RU178401U1 (ru) * 2018-01-24 2018-04-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Тепломассообменное устройство

Also Published As

Publication number Publication date
CN1488914A (zh) 2004-04-14
FR2845152A1 (fr) 2004-04-02
DE60307567D1 (de) 2006-09-28
EP1406057B1 (fr) 2006-08-16
DE60307567T2 (de) 2007-09-13
JP2004125389A (ja) 2004-04-22
FR2845152B1 (fr) 2005-06-17
US6951245B1 (en) 2005-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1406057B1 (fr) Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse
EP0611235B1 (fr) Echangeur de chaleur pour composants électroniques et appareillages électrotechniques
CA2033999C (fr) Procede et dispositif de transfert simultane de matiere et de chaleur
EP0447528B1 (fr) Condenseur pour automobile
EP1899669B1 (fr) Echangeur de chaleur a plaques avec structure d&#39;echange formant plusieurs canaux dans un passage
FR2891901A1 (fr) Procede de vaporisation et/ou de condensation dans un echangeur de chaleur
FR2824895A1 (fr) Ailette ondulee a persiennes pour echangeur de chaleur a plaques, et echangeur a plaques muni de telles ailettes
EP1348100A1 (fr) Echangeur de chaleur a plaques brasees
CA2881773A1 (fr) Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides
FR2806467A1 (fr) Echangeur thermique pour gaz d&#39;echappement
CA2881777C (fr) Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides
FR2856784A1 (fr) Echangeur de chaleur
EP3830511B1 (fr) Procede d&#39;echange de chaleur
EP0718583A1 (fr) Chambre d&#39;entrée/sortie de fluide, et appareil à circulation de fluide correspondant
EP1461148A2 (fr) Bande pour module de garnissage, module et colonne correspondants
FR3060721B1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a geometrie de canal amelioree
FR3060729A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a canal isolant thermique
FR3128520A1 (fr) Paire de plaques d’échangeur de chaleur avec rainures et creux
BE359482A (fr)
WO2021123597A1 (fr) Échangeur de chaleur à passages de fluide optimisés
FR3056855A1 (fr) Generateur thermoelectrique pour vehicule a moteur thermique
WO2010100367A1 (fr) Appareil de séparation d&#39;air incorporant un échangeur de chaleur à plaques
FR3062470A1 (fr) Plaque d&#39;echange pour echangeur de chaleur a plaques et echangeur de chaleur a plaques correspondant
FR2777643A1 (fr) Echangeur de chaleur multifonction, en particulier pour vehicule automobile
BE493258A (fr)

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): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

17P Request for examination filed

Effective date: 20041007

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 20050207

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

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

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 60307567

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20060928

Kind code of ref document: P

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

Effective date: 20061109

RAP2 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'E

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

RAP2 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'E

26N No opposition filed

Effective date: 20070518

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

Ref country code: DE

Payment date: 20080725

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: 20080714

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: 20080722

Year of fee payment: 6

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

Effective date: 20090808

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20100430

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: 20100302

Ref country code: FR

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

Effective date: 20090831

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: 20090808