EP1406057B1 - Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse - Google Patents

Echangeur de chaleur à plaques comportant une ailette épaisse Download PDF

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EP1406057B1 EP03291998A EP03291998A EP1406057B1 EP 1406057 B1 EP1406057 B1 EP 1406057B1 EP 03291998 A EP03291998 A EP 03291998A EP 03291998 A EP03291998 A EP 03291998A EP 1406057 B1 EP1406057 B1 EP 1406057B1
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Air Liquide SA
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Definitions

  • the present invention relates to an air separation apparatus comprising a plate heat exchanger, in particular to brazed plates and to the use of an exchanger for heating and / or vaporizing a liquid rich in oxygen.
  • Such heat exchangers are for example used to heat or vaporize oxygen or an oxygen-rich fluid, especially in air separation plants.
  • An oxygen-rich fluid is defined by a number of O 2 molecules relative to the total number of molecules greater than 20% when the fluid is under a pressure of at least 20 bar, and greater than 50% at lower fluid pressures. , especially greater than 60%.
  • Such heat exchangers are used for the distillation of gas from the air, and more particularly in a double air distillation column.
  • the body of a vaporizer-condenser consists of a stack of a large number of vertical rectangular plates all identical. Between these plates are interposed on the one hand peripheral closure bars, on the other hand spacer waves or fins, namely heat exchange waves of vertical main orientation and distribution waves of horizontal main orientation.
  • EP-A-1026468 discloses an air separation apparatus according to the preamble of claim 1.
  • exchangers covered by the invention are, for example, the main heat exchangers of pump units, or any other plate heat exchanger, which vaporize oxygen under pressure.
  • the spacer waves are obtained from thin sheets, typically of thickness between 0.15 and 0.60 mm, folded, cut or stamped with the press or by means of other suitable tools.
  • Oxygen vaporizers are a privileged place of concentration of heavier fuels than oxygen, such as hydrocarbons, especially C 2 H 2 present in small amounts in atmospheric air. It can happen accidentally, in such vaporizers, combustion in the liquid oxygen. It has been observed that these combustions could have the consequence of producing at least local explosions. In accidents of this type, it has been found that thin fins, in particular aluminum fins, were very vulnerable to combustion while the separating plates were not. It can be seen that the separating plates consequently make it possible to prevent the spread of the inflammation.
  • a main object of the invention is to provide air separation devices having plate heat exchangers resistant to possible ignition phenomena, in particular for use in the treatment of oxygen-rich fluids, exchangers whose manufacturing costs are not increased significantly, and whose performance in terms of pressure drop and heat exchange are not significantly reduced.
  • the fin can be made by extrusion, or by machining from a thick flat sheet.
  • the plate heat exchanger has a substantially increased mechanical strength, which allows to significantly push back its limits of use in fluid pressure.
  • the exchanger may further comprise, in at least a second passage, a vane whose minimum thickness is less than 0.8 times the thickness of each of the separator plates defining said second passage.
  • FIG. 1 shows two parallel separating plates 11 having the same substantially uniform thickness e for the same plate, defining a fluid passage 33 between them.
  • a fin or wave 35 of conventional general shape is disposed in niche.
  • This fin 35 defines a main general direction ripple YY, the waves succeeding in a direction XX perpendicular to the direction YY.
  • the X-X and Y-Y directions define the planes of the separator plates 11, which will be assumed to be horizontal for the convenience of the description, as shown in FIG. 1.
  • the separating plates 11 are spaced along the vertical axis Z-Z.
  • the corrugated fin 35 has a large number of substantially rectangular wave legs 37, each contained in a vertical plane perpendicular to the X-X direction.
  • the wave legs 37 are connected alternately along their upper edge by substantially rectangular, plane and horizontal wave peaks 39 and along their lower edge by wave bases 41 which are also substantially rectangular, flat and horizontal. .
  • the wave peaks 39 and the wave bases 41 define solder connection regions to flat plates or separator plates 11 of the heat exchanger.
  • the plate heat exchanger comprises a plurality of such separator plates 11 stacked and of thickness e generally 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 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 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 greater than 1, 5, more preferably greater than 2.
  • the fin is made essentially by folding a thick flat sheet metal, a sheet being defined as thick in the technique in question if its thickness is greater than approximately 1 mm, in particular between 1 and 2 mm.
  • the minimum thickness e 'of the fin 45 has a value satisfying the conditions stated above, with reference to FIG. It is not of constant thickness and has horizontally projecting portions 47 on each side of the vertices 39 and 41 wave bases. These protruding portions 47 make it possible to increase the contact surface of the fin 45 with the plates 11, and thus the brazing surface, and to improve the mechanical strength of the fin 45.
  • Such a fin 45 is made essentially by extrusion, or by machining from a thick flat sheet.
  • the exchanger in part, fins whose minimum thickness is in accordance with the conditions set out above, and for part of the fins whose thickness is less than 0.8 times the thickness e of the separator plates 11, the latter fins being made for example of thin sheet and by conventional folding methods. Therefore, such exchangers can operate with fluids with clearly differentiated pressures, thick fins corresponding to fluids under high pressure, and fins in thin sheet corresponding to the fluids under lower pressure.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un appareil de séparation d'air comportant un échangeur de chaleur à plaques, notamment à plaques brasées et à l'utilisation d'un échangeur pour réchauffer et/ou vaporiser un liquide riche en oxygène.
  • 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 sont utilisés pour la distillation de gaz de l'air, 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.
  • EP-A-1026468 décrit un appareil de séparation d'air selon le préambule de la revendication 1.
  • 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 appareils de séparation d'air ayant 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, il est prévu un appareil de séparation d'air selon la revendication 1.
  • 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.
  • 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 d'un appareil de séparation d'air 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 d'un appareil de séparation d'air 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 2. 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. Appareil de séparation d'air comprenant au moins une colonne et au moins un vaporiseur-condenseur qui est un échangeur 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. Appareil 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. Appareil 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. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les plaques séparatrices (11) sont plates et rectangulaires.
  5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite ailette (45) est réalisée par extrusion.
  6. Appareil 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. Appareil suivant l'une 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 selon la revendication 1 à 7 comprenant deux colonnes reliées thermiquement l'une avec l'autre à travers l'échangeur.
  9. Utilisation d'un échangeur 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), l'épaisseur minimale (e') de ladite ailette étant supérieure à 0,8 fois l'épaisseur (e) de chacune des plaques séparatrices (1) définissant ledit passage (3), 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%.
  10. Utilisation d'un échangeur à plaques selon la revendication 9 et dans un appareil selon l'une des revendications 2 à 8.
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Families Citing this family (12)

* 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
US8726691B2 (en) 2009-01-30 2014-05-20 Praxair Technology, Inc. Air separation apparatus and method
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
DE102009040561A1 (de) 2009-09-08 2011-03-10 Linde Aktiengesellschaft Wärmetauscher
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
CN113446879A (zh) * 2015-10-08 2021-09-28 林德股份公司 用于板式换热器的翅片及其制造方法
EP3473961B1 (fr) 2017-10-20 2020-12-02 Api Heat Transfer, Inc. Échangeur de chaleur
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

Family Cites Families (16)

* 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
DE3660604D1 (en) * 1985-05-15 1988-09-29 Showa Aluminum Corp Heat-exchanger of plate fin type
US5438836A (en) * 1994-08-05 1995-08-08 Praxair Technology, Inc. Downflow plate and fin heat exchanger for cryogenic rectification
JP3158983B2 (ja) * 1994-10-03 2001-04-23 住友精密工業株式会社 Ｌｓｉパッケージ冷却用コルゲート型放熱フィン
JPH08285486A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Kobe Steel Ltd プレートフィン熱交換器
EP0919780B1 (fr) * 1997-11-28 2002-07-10 Denso Corporation Refroidisseur d'huile comprenant une ailette du coté eau de refroidissement et une ailette du coté huile
FR2789165B1 (fr) * 1999-02-01 2001-03-09 Air Liquide Echangeur de chaleur, notamment echangeur de chaleur a plaques d'un appareil de separation d'air
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

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