EP2596313A1 - Module de circulation de fluide - Google Patents

Module de circulation de fluide

Info

Publication number
EP2596313A1
EP2596313A1 EP11743044.7A EP11743044A EP2596313A1 EP 2596313 A1 EP2596313 A1 EP 2596313A1 EP 11743044 A EP11743044 A EP 11743044A EP 2596313 A1 EP2596313 A1 EP 2596313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
distribution
plate
circulation
fluids
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.)
Withdrawn
Application number
EP11743044.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Lingai Luo
Yilin Fan
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Savoie Mont Blanc
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Savoie Mont Blanc
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Savoie Mont Blanc filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2596313A1 publication Critical patent/EP2596313A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4331—Mixers with bended, curved, coiled, wounded mixing tubes or comprising elements for bending the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/81—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles
    • B01F33/813—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles mixing simultaneously in two or more mixing receptacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/7182—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer with means for feeding the material with a fractal or tree-type distribution in a surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/92—Heating or cooling systems for heating the outside of the receptacle, e.g. heated jackets or burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0278—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of stacked distribution plates or perforated plates arranged over end plates
    • 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
    • F28D2021/0052—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for mixers
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/02—Heat exchange conduits with particular branching, e.g. fractal conduit arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/85938—Non-valved flow dividers

Definitions

  • the present invention relates to a multifunction fluid flow module.
  • This equipment may be mixers, reactors and / or heat exchangers. Especially in the reactors, it is necessary to evacuate the heat of reaction for the exothermic reactions, or to provide this heat for the endothermic reactions. In this case, a third fluid acts as a coolant to better control the operating condition for the reaction.
  • the temperature difference can be very small and therefore very difficult to achieve. We therefore seek more and more to increase performance including intensifying the material and / or heat transfer while miniaturizing the system.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages of the prior art by providing a compact circulation module with a homogeneous distribution of fluids to intensify the material and / or heat transfer.
  • the subject of the invention is a fluid circulation module, characterized in that it comprises:
  • At least one fluid distribution plate comprising a main fluid supply outlet channel made in the plane of said plate and secondary fluid distribution through channels made perpendicular to the plane of said plate and connected to said main channel by a traffic network with a tree structure,
  • At least one collector block comprising circulation channels connected to and parallel to said secondary channels of said at least one plate
  • At least one collection plate comprising a main outlet channel for fluid evacuation and collector channels made perpendicularly relative to the plane of said plate and connected on the one hand to the circulation channels of said at least one collector block and on the other hand to said main channel by a tree structure circulation network.
  • Said module may furthermore comprise one or more of the following characteristics, alone or in combination:
  • said module comprises at least one additional distribution plate interposed between two collecting blocks and such that the secondary channels of said at least one additional distribution plate are connected to the circulation channels of said collecting blocks,
  • said module comprises at least a first plate and a second distribution plate, and the secondary channels of said distribution plates are connected to a mixing chamber of the second distribution plate, said mixing chamber being connected to the circulation channels of said block manifold so as to allow the mixing of said fluids,
  • said module comprises at least two fluid distribution plates to be mixed and at least one heat transfer fluid distribution plate
  • said at least one collector block comprises:
  • first circulation channels connected to the secondary channels of said at least two distribution plates so as to allow mixing of the fluids distributed by said plates
  • Second circulation channels connected to the secondary channels of the heat transfer fluid distribution plate, said first and second circulation channels being juxtaposed so as to allow a heat exchange between the mixed fluids distributed by said distribution plates and the heat transfer fluid;
  • said module comprises at least two fluid distribution plates to be mixed and at least one heat transfer fluid distribution plate, and in that said at least one collecting block comprises: first circulation channels connected to the secondary channels of said at least two distribution plates so as to allow mixing of the fluids distributed by said plates, and
  • Second circulation channels connected to the secondary channels of the heat transfer fluid distribution plate, and surrounding the first circulation channels so as to allow heat exchange between the mixed fluids distributed by said distribution plates and the heat transfer fluid
  • said module is configured for mixing reactive fluids
  • said module comprises at least a first plate and a second distribution plate and said at least one collector block comprises:
  • Second circulation channels connected to the secondary channels of the second distribution plate
  • said first and second circulation channels being juxtaposed so as to allow a heat exchange between the fluids distributed by said distribution plates
  • said circulation channels of said at least one collector block are substantially tubular
  • said circulation channels of said at least one collecting block are substantially serpentine
  • said module comprises a plurality of distribution plates superimposed between them and with said at least one collector block, and in that said intercalated plates comprise passage means for at least one fluid distributed by a fluid distribution plate of a stage superior,
  • said module comprises sealing means between said superposed distribution plates,
  • the sealing means comprise interposed sealing plates,
  • the tree structure of said distribution channels reproduces the same configuration of channels at each level of the tree structure
  • said configuration is chosen from the group comprising a configuration substantially in "T", a substantially “X” configuration, a substantially “H” configuration,
  • said at least one distribution plate has a tree structure comprising first branches arranged in a substantially "H” configuration, and second branches arranged at the four ends of the first branches in the same configuration substantially in reduced scale "H",
  • said fluids circulate in a cross flow.
  • FIG. 1 is a schematic and simplified representation of a perspective view of a module according to a first embodiment
  • FIG. 2a represents an exemplary embodiment of a fluid distribution plate of the module of FIG. 1,
  • FIG. 2b represents an exemplary embodiment of another fluid distribution plate of the module of FIG. 1,
  • FIG. 3 represents an exemplary embodiment of a collection plate of the module of FIG. 1,
  • FIG. 4 schematically illustrates a multi-fluid module according to a second embodiment
  • FIG. 5 schematically illustrates a module according to a third embodiment with serpentine collection channels
  • FIG. 6 is a diagrammatic and simplified representation of a view from above of a module according to a fourth embodiment incorporating a fluid mixing and heat exchange function in parallel channels,
  • FIG. 7 is an exploded view of the module of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a schematic and simplified representation of a perspective view of a module according to a fifth embodiment combining a function of mixing fluid and exchanging heat in concentric channels;
  • FIG. 9 is a partial sectional view of part of the concentric channels of the fifth embodiment of FIG. 8,
  • FIG. 10 represents a perspective view of a module according to a sixth embodiment for a heat exchanger function without mixing of the fluids
  • FIG. 11 is an exploded view of the module of Figure 10.
  • identical elements are identified by the same reference numbers.
  • First embodiment mixture of two fluids
  • FIG. 1 is a simplified illustration of a fluid circulation module 1 for mixing two fluids A and B, which can be reactive.
  • the module 1 comprises a first distribution plate 3 of the first fluid A, a second distribution plate 5 of the second fluid B and a collector block 7 of the two fluids A and B comprising channels 9 for circulation and mixing of the distributed fluids A, B, these circulation channels 9 being connected to the two distribution plates 3 and 5 so as to allow mixing of the two fluids A and B.
  • the distribution plates 3.5 which are better visible in FIGS. 2a and 2b, may be made of glass, or ceramic, or of plastics material or any other material suitable for the application of the module 1 according to the invention.
  • These plates may be made by injection molding or by assembling two superposed half-plates, for example by gluing.
  • the two distribution plates 3 and 5 are arranged so that the two fluids A and B circulate against the current, that is to say in a parallel manner but in opposite directions.
  • the two distribution plates 3 and 5 each have a main channel opening fluid flow.
  • a flow channel is a fluid supply channel 11.
  • the supply channels 11 are respectively connected to secondary distribution channels 12 for supplying each distribution plate 3.5 with fluid A or B.
  • a main channel half 11 and secondary channel halves 12 are engraved or drilled in each half-plate so as to form the channels 11. and 12 integers when assembling the two half-plates.
  • the supply channels 11 are made in the plane of the distribution plates 3.5 opening laterally. This embodiment of the feed channel 11 allows the stacking of distribution plates 3.5 to form a compact module 1.
  • the supply channels 11 at the end plates of the module 1, such as for example the first distribution plate 3 for the first fluid A in this embodiment, may not be made in the plane because do not interfere with the stacking of the distribution plates.
  • the secondary distribution channels 12 are made perpendicularly to the plane of the plate 3.5 and are connected to the main channel 11 by being arranged in a tree structure (FIGS. 2a, 2b) comprising first branches 13a and seconds branches 13b.
  • first branches 13a are arranged in a substantially "H" configuration in this example.
  • the first branches 13a thus arranged form the first level of the tree structure.
  • These first branches 13a then have a total of four ends 15.
  • the second branches 13b are arranged.
  • the second branches 13b are arranged according to the same configuration, here in "H", as the first branches 13a. We thus form the second level of the tree structure, and in this example the last level.
  • the configuration of the branches 13b here substantially in “H” is scaled down with respect to the scale for the ascending level.
  • the "H” formed by the first branches 13a is larger than the “H” formed by the second branches 13b.
  • the second branches 13b thus have a total of sixteen ends 17 for the distribution of the fluid A, B to the collector block 7. These ends 17 are all at the same level of the tree structure. Thus, regardless of the path taken by the fluid A, B, it is the same at each end 17. This ensures an equal distribution of the fluid A, B and therefore a homogeneous distribution. At these ends 17 are the perpendicular secondary distribution channels 12.
  • N 2 m where m is the branching level of the tree structure.
  • the distribution plate 3 of the first fluid A is above and the distribution plate 5 of the second fluid B is interposed between the first distribution plate 3 and the manifold block 7.
  • the second intercalated distribution plate 5 comprises passage means, here orifices 19 (FIG. 2b), of the first fluid.
  • the manifold block 7 comprises meanwhile circulation and mixing channels 9 for mixing the two fluids A and B, made according to this embodiment in the form of substantially tubular parallel channels ( Figures 1 and 3). These circulation channels 9 are made parallel and in the extension of the secondary channels 12, and therefore perpendicular to the main channels 11 of the distribution plates 3.5.
  • each mixing channel 9 is connected to a mixing chamber 21 of the first fluid A and the second fluid B connected to the distribution channels 12 of the first distribution plate 3 and to the distribution channels 12 of the second distribution plate 5.
  • the mixing chamber 21 is formed in the second plate 5.
  • circulation and mixing channels 9 may have very small dimensions, for example of the order of a millimeter, which allows to intensify the transfer of material and also to have a fast chemical reaction.
  • fluids A and B being uniformly distributed in these circulation and mixing channels 9, the amount of fluid in each channel 9 can be low which increases the safety especially in the case of toxic or explosive fluids.
  • the module 1 further comprises a collection plate 23 (FIG. 3 and 4).
  • this collection plate 23 is substantially identical to the distribution plates 3 and 5, namely it has a plurality of distribution channels 26 made perpendicular to the plane of the collection plate 23 and connected by a tree structure to a main channel 31 opening fluid flow.
  • the tree structure comprises first branches 25a arranged in an "H" configuration and second branches 25b arranged at the ends 27 of the first branches 25a also according to an "H” configuration and present at their turn ends 29 at which are constructed the secondary channels 26 perpendicular to the collection plate 23.
  • these secondary channels 26 which are connected to the circulation and mixing channels 9 of the collector block 7 to receive the mixture of the two fluids A and B.
  • the main fluid flow channel in this case serves as a discharge channel 31 for discharging the mixture of the two fluids A and B as illustrated by the arrow in FIG. 3.
  • the first branches 25a of the arborescent structure are connected to this main evacuation channel 31.
  • this discharge channel 31 can be made in the plane of the collection plate 23 and open laterally (see Figures 1 and 3).
  • Such a module 1 can therefore be very compact.
  • several modules 1 can be assembled simply and quickly as needed.
  • FIG. 4 shows a second embodiment which differs from the first embodiment in that the module 101 allows a mixture of four fluids A, B, C, D and not only two.
  • the fluids C and D flow cocurrently.
  • the new distribution plates 6, 6 ' are arranged for a cross-flow circulation between the additional fluids C, D and the first A and second B fluids.
  • the circulation of these third C and fourth fluids D can be done parallel to the flow of the first fluid A and the second fluid B.
  • These new distribution plates 6,6 ' have, like the distribution plates 3 and 5 (see FIGS. 2a and 4), a main fluid supply channel 11 made in the plane of the plate 6, 6', secondary channels Distribution 12 made perpendicular to the plane of the plate and connected to the main channel 11 by a tree structure comprising first branches 13a and second branches 13b arranged as described above by reproducing the same configurations, here substantially "H".
  • the distribution plates 6 and 6 ' are arranged in such a way that the secondary channels 12 are connected to the circulation and mixing channels 9.
  • these distribution plates 6 and 6 ' may be superimposed with the distribution plates 3 and 5 before the collection of the fluids in the circulation and mixing channels 9.
  • the intercalated distribution plates must present flow means for the fluids of the distribution plates located above similar to the passage holes 19 of the second distribution plate 5 in Figure 2b.
  • the module 101 can be adapted quickly and easily depending on the application by adding or removing distribution plates 3,5,6,6 'of fluid.
  • FIG. 5 illustrates a third embodiment of the module 201, which differs from the first embodiment in that the circulation and mixing channels 209 of the collector block 207 are made in coils so as to increase the residence time in the 209 channels and ensure a more complete mixture or a more complete reaction between the two fluids A and B.
  • FIGS. 6 and 7 show a fourth embodiment of the module 301 which differs from the first embodiment in that the module 301 integrates a heat exchanger function in addition to a fluid mixer.
  • a heat transfer fluid E is distributed by a distribution plate 33 similar to that of the fluids A and B connected to the heat transfer fluid circulation channels juxtaposed with the circulation and mixing channels 9 (see FIG. 7).
  • the collector block 307 has a plurality of pairs of channels juxtaposed, each pair comprising a circulation and mixing channel 9 of the two fluids A and B, and a circulation channel 35 only for the coolant E. These channels 9 and 35 are chosen with small dimensions to intensify the heat transfer.
  • the distribution plate 33 of the coolant E is for example disposed below the collector block 307 or the collector plate 23.
  • the collector plate 23 has passage means for the coolant E, such as that orifices 19.
  • a collection plate 33 'similar to the collection plate 23 may be arranged below the distribution plates 3 and 5 of the first A and second B fluids for the evacuation of the heat transfer fluid E of the module 301.
  • this collection plate 33 for the evacuation of the heat transfer fluid E, it comprises means of passage such as orifices 19 respectively allowing the circulation of the fluids A and B to the collector block 307.
  • This additional heat exchanger function of the module 301 without the need for additional apparatus or connection, is advantageous for example to obtain an operating condition in isothermal for mixing the two fluids A and B.
  • the heat exchange is effected by circulation of the coolant E in circulation channels 435 of the collector block 407 enveloping the mixing channels 409 and no longer in parallel channels as in FIG. the fourth embodiment.
  • Channels 409 and 435 are chosen with small dimensions to intensify heat transfer.
  • the distribution plate 433 of the heat transfer fluid E is an integral part of the collector block 407 and the collection plate 433 'for the evacuation of the heat transfer fluid E is an integral part of the collector block 407.
  • the mixing channels 409 are channels made perpendicular to the plates 433 and 433 'and are connected to the mixing chambers 21 of the second plate 5.
  • the circulation channels 435 form the secondary channels made perpendicular to the plates 433 and 433 'and connected by a tree structure on the one hand to the supply channel 411 heat transfer fluid and on the other hand to the discharge channel 431 of the fluid coolant. These circulation channels 435 have a diameter greater than the diameter of the mixing channels 409 so as to be able to surround the mixing channels 409.
  • circulation channels 435 have, as can be seen more clearly in FIG. 9, a first thickness and where they are connected to the tree structure, more precisely to the second branches 413b for the distribution plate 433 or to the second branches. 425b for the collector plate 433 ', and a second thickness e2 along the collector block 407.
  • the first thickness e1 of a circulation channel 435 is chosen so that the internal mixing channel 409 is in contact with the circulation channel 435 to allow attachment of the two channels for example by gluing or welding.
  • the second thickness e2 of a circulation channel 435 is chosen smaller than the first thickness e1 so that the two channels 409 and 435 are no longer in contact to allow the circulation of the coolant E around the inner mixing channel 409.
  • FIG. 10 and 11 there is shown a sixth embodiment which differs from the fourth embodiment in that the module 501 allows a heat exchange between the fluids A and B without integrating the mixer function.
  • one of the fluids A, B is a heat transfer fluid.
  • circulation channels 509 of the collector block 507 separately collect each fluid A, B and no longer in a common manner as described above.
  • the traffic channels 509 comprise first 37 and second 37 'circulation channels juxtaposed.
  • the first circulation channels 37 are exclusively dedicated to the first fluid A and the second circulation channels 37 'are exclusively dedicated to the second fluid B. No mixing of the two fluids A and B occurs.
  • the fluids A and B can be respectively discharged from the module 501 via additional collection plates 3 ', 5' similar to the collection plate 21 (FIG. 3) and arranged after the collector block 507.
  • Each additional collector plate 3 ', 5' has collector channels respectively connected to the circulation channels 37 and 37 'of the collector block 507, the evacuation is via the fluid evacuation channel channel 31 ( see Figures 3 and 9).
  • interposed sealing plates 39 may be provided. These spacer plates 39 thus each have passage means, such as orifices 19, for each fluid A, B dispensed by a distribution plate 3.5 above. It is also possible to provide a protection plate 41 of the module 501.
  • a distribution module allowing the mixing of more than two fluids according to the second embodiment comprising collection and mixing channels in coils according to the third embodiment and integrating a heat exchanger function. of heat according to the fourth or fifth embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)

Abstract

L'invention concerne un module de circulation de fluides (A,B), comportant : - au moins une plaque de distribution de fluide (3,5) comportant un canal débouchant principal d'alimentation en fluide (11) réalisé dans le plan de ladite plaque (3,5) et des canaux débouchants secondaires de distribution de fluide réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque (3,5) et reliés audit canal principal (11) par un réseau de circulation à structure arborescente, - au moins un bloc collecteur (7) comportant des canaux de circulation (9) reliés auxdits canaux secondaires et parallèles à ceux-ci, et au moins une plaque de collection (23) comportant un canal débouchant principal d'évacuation de fluide (31) et des canaux de collection réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque (23) et reliés aux canaux de circulation (9) dudit bloc collecteur (7) et audit canal principal (31) par un réseau de circulation à structure arborescente.

Description

Module de circulation de fluides
La présente invention concerne un module de circulation de fluides multifonction.
Dans les systèmes énergétiques tels que les systèmes de production, transport, ou stockage d'énergie ou autre système de gestion de fluides, on a parfois constaté d'importants problèmes de dysfonctionnement global des équipements du système énergétique causés par un problème de distribution inhomogène.
Ces équipements peuvent être des mélangeurs, des réacteurs et/ou des échangeurs de chaleur. Notamment dans les réacteurs, il faut bien évacuer la chaleur de réaction pour les réactions exothermiques, ou fournir cette chaleur pour les réactions endothermiques. Dans ce cas, un troisième fluide intervient comme caloporteur pour mieux contrôler la condition opératoire pour la réaction.
Cependant, la différence de température peut être très faible et donc très difficile à réaliser. On cherche donc de plus en plus à augmenter les performances notamment en intensifiant les transferts de matière et/ou de chaleur tout en miniaturisant le système.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un module de circulation compact avec une distribution homogène des fluides permettant d'intensifier les transferts de matière et/ou de chaleur.
A cet effet, l'invention a pour objet un module de circulation de fluides, caractérisé en ce qu'il comporte :
- au moins une plaque de distribution de fluide comportant un canal débouchant principal d'alimentation en fluide réalisé dans le plan de ladite plaque et des canaux débouchants secondaires de distribution de fluide réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque et reliés audit canal principal par un réseau de circulation à structure arborescente,
- au moins un bloc collecteur comportant des canaux de circulation reliés auxdits canaux secondaires de ladite au moins une plaque et parallèles à ceux-ci, et
- au moins une plaque de collection comportant un canal débouchant principal d'évacuation de fluide et des canaux de collection réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque et reliés d'une part aux canaux de circulation dudit au moins un bloc collecteur et d'autre part audit canal principal par un réseau de circulation à structure arborescente. Ledit module peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- ledit module comporte au moins une plaque de distribution supplémentaire intercalée entre deux blocs collecteurs et telle que les canaux secondaires de ladite au moins une plaque de distribution supplémentaire soient reliés aux canaux de circulation desdits blocs collecteurs,
- ledit module comporte au moins une première plaque et une deuxième plaque de distribution, et les canaux secondaires desdites plaques de distribution sont reliés à une chambre de mélange de la deuxième plaque de distribution, ladite chambre de mélange étant reliée aux canaux de circulation dudit bloc collecteur de façon à permettre le mélange desdits fluides,
- ledit module comporte au moins deux plaques de distribution de fluides à mélanger et au moins une plaque de distribution de fluide caloporteur, et ledit au moins un bloc collecteur comporte :
• des premiers canaux de circulation reliés aux canaux secondaires desdites au moins deux plaques de distribution de façon à permettre le mélange des fluides distribués par lesdites plaques, et
• des seconds canaux de circulation reliés aux canaux secondaires de la plaque de distribution de fluide caloporteur, lesdits premiers et seconds canaux de circulation étant juxtaposés de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides mélangés distribués par lesdites plaques de distribution et le fluide caloporteur,
- ledit module comporte au moins deux plaques de distribution de fluides à mélanger et au moins une plaque de distribution de fluide caloporteur, et en ce que ledit au moins un bloc collecteur comporte : · des premiers canaux de circulation reliés aux canaux secondaires desdites au moins deux plaques de distribution de façon à permettre le mélange des fluides distribués par lesdites plaques, et
• des seconds canaux de circulation reliés aux canaux secondaires de la plaque de distribution de fluide caloporteur, et entourant les premiers canaux de circulation de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides mélangés distribués par lesdites plaques de distribution et le fluide caloporteur,
- ledit module est configuré pour mélanger des fluides réactifs,
- ledit module comporte au moins une première plaque et une deuxième plaque de distribution et ledit au moins un bloc collecteur comporte :
• des premiers canaux de circulation reliés aux canaux secondaires de la première plaque de distribution, et
• des seconds canaux de circulation reliés aux canaux secondaires de la deuxième plaque de distribution,
lesdits premiers et seconds canaux de circulation étant juxtaposés de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides distribués par lesdites plaques de distribution,
- lesdits canaux de circulation dudit au moins un bloc collecteur sont sensiblement tubulaires,
- lesdits canaux de circulation dudit au moins un bloc collecteur sont sensiblement en serpentin,
- ledit module comporte une pluralité de plaques de distribution superposées entre elles et avec ledit au moins bloc collecteur, et en ce que lesdites plaques intercalées comportent des moyens de passage pour au moins un fluide distribué par une plaque de distribution de fluide d'un étage supérieur,
- ledit module comporte des moyens d'étanchéité entre lesdites plaques de distribution superposées,
- les moyens d'étanchéité comprennent des plaques d'étanchéité intercalaires,
- la structure arborescente desdits canaux de distribution reproduit une même configuration de canaux à chaque niveau de l'arborescence,
- ladite configuration est choisie parmi le groupe comprenant une configuration sensiblement en « T », une configuration sensiblement en « X », une configuration sensiblement en « H »,
- ladite au moins une plaque de distribution présente une structure arborescente comprenant des premières branches agencées selon une configuration sensiblement en « H », et des secondes branches agencées aux quatre extrémités des premières branches selon la même configuration sensiblement en « H » à échelle réduite,
- lesdits fluides circulent à co-courant,
- lesdits fluides circulent à contre-courant,
- lesdits fluides circulent à flux croisé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente de façon schématique et simplifiée une vue en perspective d'un module selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2a représente un exemple de réalisation d'une plaque de distribution de fluide du module de la figure 1,
- la figure 2b représente un exemple de réalisation d'une autre plaque de distribution de fluide du module de la figure 1,
- la figure 3 représente un exemple de réalisation d'une plaque de collection du module de la figure 1,
- la figure 4 illustre de façon schématique un module multi-fluides selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 5 illustre de façon schématique un module selon un troisième mode de réalisation avec des canaux de collection en serpentins,
- la figure 6 représente de façon schématique et simplifiée une vue de dessus d'un module selon un quatrième mode de réalisation intégrant une fonction de mélange de fluide et d'échange de chaleur dans des canaux parallèles,
- la figure 7 est une vue éclatée du module de la figure 6, - la figure 8 représente de façon schématique et simplifiée une vue en perspective d'un module selon un cinquième mode de réalisation combinant une fonction de mélange de fluide et d'échange de chaleur dans des canaux concentriques,
- la figure 9 est une vue partielle en coupe d'une partie des canaux concentriques du cinquième mode de réalisation de la figure 8,
- la figure 10 représente une vue en perspective d'un module selon un sixième mode de réalisation pour une fonction d'échangeur de chaleur sans mélange des fluides,
- la figure 11 est une vue éclatée du module de la figure 10. Sur ces figures et dans la suite de la description, les éléments identiques sont identifiés par les mêmes numéros de référence. Les éléments des figures 4 à 11 correspondants aux éléments des figures 1 à 3, portent les mêmes références précédées d'une centaine 1,2,3,4 ou 5 selon le mode de réalisation. Premier mode de réalisation : mélange de deux fluides
Sur la figure 1, on a illustré de façon simplifiée un module 1 de circulation de fluide pour le mélange de deux fluides A et B, qui peuvent être réactifs.
A cet effet, le module 1 comporte une première plaque de distribution 3 du premier fluide A, une deuxième plaque de distribution 5 du deuxième fluide B et un bloc collecteur 7 des deux fluides A et B comprenant des canaux 9 de circulation et de mélange des fluides A,B distribués, ces canaux de circulation 9 étant reliés aux deux plaques de distribution 3 et 5 de façon à permettre le mélange des deux fluides A et B.
Plaques de distribution
Les plaques de distribution 3,5 mieux visibles sur les figures 2a et 2b, peuvent être réalisées en verre, ou en céramique, ou en matière plastique ou en tout autre matériau adapté à l'application du module 1 selon l'invention.
Ces plaques peuvent être réalisées par injection ou par moulage ou encore par assemblage de deux demi-plaques superposées, par exemple par collage.
Selon l'exemple de la figure 1, les deux plaques de distribution 3 et 5 sont agencées pour que les deux fluides A et B circulent à contre-courant, c'est-à-dire de façon parallèle mais de sens contraire.
Bien évidemment, selon l'application on peut prévoir une circulation des deux fluides A et B à co-courant c'est-à-dire de façon parallèle et de même sens, ou encore à flux croisés c'est-à-dire de façon perpendiculaire.
Par ailleurs, les deux plaques de distribution 3 et 5 présentent chacune un canal principal débouchant d'écoulement de fluide. Ici, un tel canal d'écoulement est un canal d'alimentation en fluide 11. Les canaux d'alimentation 11 sont respectivement reliés à des canaux secondaires de distribution 12 pour alimenter chaque plaque de distribution 3,5 en fluide A ou B.
Dans le cas où une plaque 3,5 est formée par assemblage de deux demi-plaques superposées, on grave ou on perce dans chaque demi-plaque une moitié de canal principal 11 et des moitiés de canaux secondaires 12 de façon à former les canaux 11 et 12 entiers lors de l'assemblage des deux demi-plaques.
Pour des raisons de compacité, les canaux d'alimentation 11 sont réalisés dans le plan des plaques de distribution 3,5 en débouchant latéralement. Cette réalisation du canal d'alimentation 11 permet l'empilement de plaques de distribution 3,5 pour former un module 1 compact.
Bien évidemment, les canaux d'alimentation 11 au niveau de plaques d'extrémité du module 1, comme par exemple la première plaque de distribution 3 pour le premier fluide A dans ce mode de réalisation, peuvent ne pas être réalisés dans le plan car ne gênent pas l'empilement des plaques de distribution.
En outre, les canaux secondaires de distribution 12 sont réalisés perpendiculairement par rapport au plan de la plaque 3,5 et sont reliés au canal principal 11 en étant agencés selon une structure arborescente (figures 2a,2b) comprenant des premières branches 13a et des secondes branches 13b.
Plus précisément, un nombre prédéfini de premières branches 13a sont agencées selon une configuration sensiblement en « H » dans cet exemple. Bien entendu, d'autres configurations peuvent être envisagées, par exemple en « X ». Les premières branches 13a ainsi agencées forment le premier niveau de la structure arborescente. Ces premières branches 13a présentent alors au total quatre extrémités 15. A ces extrémités 15, les secondes branches 13b sont agencées. Afin d'obtenir une distribution homogène du fluide A,B, les secondes branches 13b sont agencées selon la même configuration, ici en « H », que les premières branches 13a. On forme ainsi le deuxième niveau de la structure arborescente, et dans cet exemple le dernier niveau.
A chaque niveau descendant de la structure arborescente, la configuration des branches 13b ici sensiblement en « H » est à échelle réduite par rapport à l'échelle pour le niveau ascendant. En clair, le « H » formé par les premières branches 13a est de taille plus grande que les « H » formés par les secondes branches 13b.
On a ainsi quatre configurations en « H » formées par les secondes branches 13b aux extrémités 15 des premières branches 13a.
Les secondes branches 13b présentent donc au total seize extrémités 17 pour la distribution du fluide A,B au bloc collecteur 7. Ces extrémités 17 se trouvent toutes à un même niveau de la structure arborescente. Ainsi, quel que soit le trajet emprunté par le fluide A,B, il est le même à chaque extrémité 17. On assure alors une répartition égale du fluide A,B et donc une distribution homogène. A ces extrémités 17 se trouvent les canaux secondaires de distribution perpendiculaires 12.
Le calcul du nombre d'extrémités finales N reliées au bloc collecteur 7 peut se faire à partir de la relation (1) suivante :
(1) N = 2 m où m correspond au niveau de ramifications de la structure arborescente.
Pour une configuration en « X », la relation devient :
(2) N = 4 m .
Dans notre exemple avec deux niveaux d'une structure arborescente en « H », il y a quatre divisions aux extrémités 15 des premières branches 13a, donc il y a 24 extrémités finales 17, soit seize extrémités 17 aux secondes branches 13b.
En outre, comme on le constate sur la figure 1, les plaques de distribution 3 et 5 et le bloc collecteur 7 sont superposés.
Dans cet exemple, la plaque de distribution 3 du premier fluide A est au-dessus et la plaque de distribution 5 du deuxième fluide B est intercalée entre la première plaque de distribution 3 et le bloc collecteur 7.
Afin de permettre la circulation du premier fluide A pour arriver au bloc collecteur 7, la deuxième plaque de distribution 5 intercalée comporte des moyens de passage, ici des orifices 19 (figure 2b), du premier fluide Avers le bloc collecteur 7.
Par ailleurs, pour garantir l'étanchéité entre ces plaques de distribution 3 et 5, on peut par exemple prévoir des joints d'étanchéité ou encore pulvériser une matière étanche sur ces plaques de distribution 3,5, ou aussi disposer des plaques intercalaires d'étanchéité entre les plaques de distribution 3,5. Bloc collecteur
Comme mentionné précédemment, le bloc collecteur 7 comporte quant à lui des canaux de circulation et de mélange 9 permettant le mélange des deux fluides A et B, réalisés selon ce mode de réalisation sous forme de canaux parallèles sensiblement tubulaires (figures 1 et 3). Ces canaux de circulation 9 sont réalisés de façon parallèle et dans le prolongement des canaux secondaires 12, et donc de façon perpendiculaire aux canaux principaux 11 des plaques de distribution 3,5.
Comme on le remarque sur la figure 1, chaque canal de mélange 9 est relié à une chambre de mélange 21 du premier fluide A et du deuxième fluide B reliée aux canaux de distribution 12 de la première plaque de distribution 3 et aux canaux de distribution 12 de la deuxième plaque de distribution 5. La chambre de mélange 21 est formée dans la deuxième plaque 5.
De plus, les canaux de circulation et de mélange 9 peuvent présenter des dimensions très petites, par exemple de l'ordre du millimètre, ce qui permet d'intensifier les transferts de matière et aussi d'avoir une réaction chimique rapide.
En outre, les fluides A et B étant uniformément répartis dans ces canaux de circulation et de mélange 9, la quantité de fluide dans chaque canal 9 peut être faible ce qui augmente la sécurité notamment dans le cas de fluides toxiques ou explosifs.
Pour assurer que le mélange ou la réaction entre les deux fluides A et B soit complèt(e), et/ou pour collecter le mélange des fluides A et B ensembles, le module 1 comporte en outre une plaque de collection 23 (figures 1, 3 et 4). Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 3, cette plaque de collection 23 est sensiblement identique aux plaques de distribution 3 et 5, à savoir elle présente une pluralité de canaux de distribution 26 réalisés perpendiculairement par rapport au plan de la plaque de collection 23 et reliés par une structure arborescente à un canal principal 31 débouchant d'écoulement de fluide.
Comme pour les plaques de distribution 3 et 5, la structure arborescente comprend des premières branches 25a agencées selon une configuration en « H » et des secondes branches 25b agencées aux extrémités 27 des premières branches 25a selon également une configuration en « H » et présentent à leur tour des extrémités 29 au niveau desquelles sont construits les canaux secondaires 26 perpendiculaires à la plaque de collection 23. En référence à la figure 1, ce sont ces canaux secondaires 26 qui sont reliés aux canaux de circulation et de mélange 9 du bloc collecteur 7 pour recevoir le mélange des deux fluides A et B.
Ainsi, durant le trajet du mélange dans les branches 25a,25b de la structure arborescente de la plaque de collection 23, le mélange ou la réaction entre les deux fluides A et B peut s'achever.
Le canal principal d'écoulement de fluide, sert dans ce cas de canal d'évacuation 31 pour évacuer le mélange des deux fluides A et B comme l'illustre la flèche sur la figure 3. A cet effet, les premières branches 25a de la structure arborescente sont reliées à ce canal principal d'évacuation 31.
Comme pour les canaux d'alimentation 11, par souci de compacité ce canal d'évacuation 31 peut être réalisé dans le plan de la plaque de collection 23 et déboucher latéralement (cf figures 1 et 3). Un tel module 1 peut donc être très compact. Bien entendu, pour des applications à plus grande échelle, plusieurs modules 1 peuvent être assemblés de façon simple et rapide selon les besoins.
Second mode de réalisation : mélange de quatre fluides
On a représenté sur la figure 4, un second mode de réalisation qui diffère du premier mode de réalisation par le fait que le module 101 permet un mélange de quatre fluides A,B,C,D et non plus seulement deux.
Pour ce faire, pour chaque fluide C,D supplémentaire on prévoit une nouvelle plaque de distribution 6, 6' intercalée entre deux blocs collecteurs 107.
Dans cet exemple, les fluides C et D circulent à co-courant. En revanche, les nouvelles plaques de distribution 6,6' sont agencées pour une circulation à flux croisé entre les fluides supplémentaires C,D et les premier A et deuxième B fluides. Bien entendu, la circulation de ces troisième C et quatrième D fluides peut se faire de façon parallèle à la circulation du premier fluide A et du deuxième fluide B.
Ces nouvelles plaques de distribution 6,6' présentent comme les plaques de distribution 3 et 5 (voir figures 2a et 4), un canal principal 11 d'alimentation en fluide réalisé dans le plan de la plaque 6,6', des canaux secondaires 12 de distribution réalisés perpendiculairement au plan de la plaque et reliés au canal principal 11 par une structure arborescente comprenant des premières branches 13a et des secondes branches 13b agencées tel que décrit précédemment en reproduisant les mêmes configurations, ici sensiblement en « H ».
Afin de pouvoir mélanger ces fluides C et D supplémentaires avec les fluides A et B, les plaques de distribution 6 et 6' sont agencées de manière à ce que les canaux secondaires 12 soient reliés aux canaux de circulation et de mélange 9.
On peut prévoir en variante que ces plaques de distribution 6 et 6' soient superposées avec les plaques de distribution 3 et 5 avant la collection des fluides dans les canaux de circulation et de mélange 9. Dans ce cas, les plaques de distribution intercalées doivent présenter des moyens de passage pour les fluides des plaques de distribution situés au-dessus de façon similaire aux orifices de passage 19 de la deuxième plaque de distribution 5 sur la figure 2b.
Dans cet exemple, on a illustré la distribution et le mélange de quatre fluides A à D, bien sûr on peut rajouter autant de fluides et donc de plaques de distribution de fluides que nécessaire.
Ainsi, le module 101 peut être adapté de façon simple et rapide selon l'application en ajoutant ou en retirant des plaques de distribution 3,5,6,6' de fluide. Troisième mode de réalisation : mélange avec des canaux en serpentins
La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation du module 201, qui diffère du premier mode de réalisation par le fait que les canaux de circulation et de mélange 209 du bloc collecteur 207 sont réalisés en serpentins de façon à augmenter le temps de séjour dans les canaux 209 et assurer un mélange plus complet ou une réaction plus complète entre les deux fluides A et B.
Quatrième mode de réalisation : mélange et échange de chaleur dans des canaux parallèles
On a représenté sur les figures 6 et 7, un quatrième mode de réalisation du module 301 qui diffère du premier mode de réalisation par le fait que le module 301 intègre une fonction d'échangeur de chaleur en plus de mélangeur de fluides.
A cet effet, un fluide caloporteur E est distribué par une plaque de distribution 33 analogue à celle des fluides A et B reliée à des canaux de circulation 35 du fluide caloporteur juxtaposés avec les canaux de circulation et de mélange 9 (voir figure 7). Dans ce cas, le bloc collecteur 307 présente une pluralité de paires de canaux juxtaposés, chaque paire comprenant un canal de circulation et de mélange 9 des deux fluides A et B, et un canal de circulation 35 uniquement pour le fluide caloporteur E. Ces canaux de circulation 9 et 35 sont choisis avec de petites dimensions pour intensifier les transferts de chaleur.
La plaque de distribution 33 du fluide caloporteur E est par exemple disposée en-dessous du bloc collecteur 307 ou de la plaque de collection 23. Dans ce dernier cas, la plaque de collection 23 présente des moyens de passage pour le fluide caloporteur E, tels que des orifices 19.
Une plaque de collection 33' analogue à la plaque de collection 23 peut être agencée en-dessous des plaques de distribution 3 et 5 des premier A et second B fluides pour l'évacuation du fluide caloporteur E du module 301.
Évidemment, vu le positionnement de cette plaque de collection 33' pour l'évacuation du fluide caloporteur E, elle comporte des moyens de passage tels que des orifices 19 permettant respectivement la circulation des fluides A et B vers le bloc collecteur 307.
Cette fonction supplémentaire d'échangeur de chaleur du module 301 sans nécessiter d'appareil ou de connexion supplémentaire, est avantageuse par exemple pour obtenir une condition opératoire en isotherme pour le mélange des deux fluides A et B.
Cinquième mode de réalisation : mélange et échange de chaleur dans des canaux concentriques
Selon un cinquième mode de réalisation illustré sur la figure 8, l'échange de chaleur se fait par circulation du fluide caloporteur E dans des canaux de circulation 435 du bloc collecteur 407 enveloppant les canaux de mélange 409 et non plus dans des canaux parallèles comme dans le quatrième mode de réalisation. Les canaux 409 et 435 sont choisis avec de petites dimensions pour intensifier les transferts de chaleur.
Pour ce faire, la plaque de distribution 433 du fluide caloporteur E fait partie intégrante du bloc collecteur 407 et de même la plaque de collection 433' pour l'évacuation du fluide caloporteur E fait partie intégrante du bloc collecteur 407.
Les canaux de mélange 409 sont des canaux réalisés perpendiculairement aux plaques 433 et 433' et sont reliés aux chambres de mélange 21 de la deuxième plaque 5.
Les canaux de circulation 435 forment eux les canaux secondaires réalisés perpendiculairement aux plaques 433 et 433' et reliés par une structure arborescente d'une part au canal d'alimentation 411 en fluide caloporteur et d'autre part au canal d'évacuation 431 du fluide caloporteur. Ces canaux de circulation 435 présentent un diamètre supérieur au diamètre des canaux de mélange 409 de façon à pouvoir entourer les canaux de mélange 409.
De plus, les canaux de circulation 435 présentent comme mieux visible sur la figure 9, une première épaisseur el à l'endroit où ils sont reliés à la structure arborescente, plus précisément aux secondes branches 413b pour la plaque de distribution 433 ou aux secondes branches 425b pour la plaque de collection 433', et une deuxième épaisseur e2 le long du bloc collecteur 407.
La première épaisseur el d'un canal de circulation 435 est choisie de sorte que le canal de mélange 409 intérieur soit en contact avec le canal de circulation 435 pour permettre une fixation des deux canaux par exemple par collage ou par soudage.
La deuxième épaisseur e2 d'un canal de circulation 435 est choisie plus petite que la première épaisseur el de sorte que les deux canaux 409 et 435 ne sont plus en contact pour permettre la circulation du fluide caloporteur E autour du canal intérieur de mélange 409.
Sixième mode de réalisation : échange de chaleur
Sur les figures 10 et 11, on a représenté un sixième mode de réalisation qui diffère du quatrième mode de réalisation par le fait que le module 501 permet un échange de chaleur entre les fluides A et B sans intégrer la fonction de mélangeur. Dans ce cas, un des fluides A,B est un fluide caloporteur.
Pour ce faire, les canaux de circulation 509 du bloc collecteur 507 collectent de façon distincte chaque fluide A,B et non plus de façon commune tel que décrit précédemment.
Les canaux de circulation 509 comportent à cet effet des premiers 37 et des seconds 37' canaux de circulation juxtaposés. Les premiers canaux de circulation 37 sont exclusivement dédiés au premier fluide A et les seconds canaux de circulation 37' sont exclusivement dédiés au deuxième fluide B. Aucun mélange des deux fluides A et B ne se produit.
En outre, une fois l'échange de chaleur réalisé, les fluides A et B peuvent être respectivement évacués du module 501 via des plaques de collection supplémentaires 3', 5' analogue à la plaque de collection 21 (figure 3) et agencées après le bloc collecteur 507. Chaque plaque supplémentaire de collection 3', 5' comporte des canaux de collection reliés respectivement aux canaux de circulation 37 et 37' du bloc collecteur 507, l'évacuation se fait via le canal canal d'évacuation de fluide 31 (cf figures 3 et 9).
Par ailleurs, comme on le remarque sur les figures 10 et 11, des plaques intercalaires d'étanchéité 39 peuvent être prévues. Ces plaques intercalaires 39 présentent donc chacune des moyens de passage, comme des orifices 19, pour chaque fluide A,B distribué par une plaque de distribution 3,5 au-dessus. On peut aussi prévoir une plaque de protection 41 du module 501.
En conclusion, pour plus de clarté, différents modes de réalisation ont été décrits de façon dissociée mais il est évident que ces différents modes de réalisation peuvent être combinés selon les besoins de l'application.
A titre d'exemple, on peut prévoir un module de distribution permettant le mélange de plus de deux fluides selon le second mode de réalisation comprenant des canaux de collection et de mélange en serpentins selon le troisième mode de réalisation et intégrant une fonction d'échangeur de chaleur selon le quatrième ou cinquième mode de réalisation.
Ainsi, on obtient un module de taille réduite et à moindre coût pouvant combiner les fonctions de distributeur, collecteur, mélangeur, réacteur, échangeur thermique et permettant une distribution homogène de plusieurs fluides, un mélange complet, des transferts de matière ou de chaleur intensifiés ainsi que de faibles pertes de charges et de faibles écarts de températures.

Claims

REVENDICATIONS
Module de circulation de fluides (A,B,C,D,E), caractérisé en ce qu'il comporte : au moins une plaque de distribution de fluide (3, 5, 6,6', 33, 433) comportant un canal débouchant principal d'alimentation en fluide (11,411) réalisé dans le plan de ladite plaque (3, 5, 6,6', 33, 433) et des canaux débouchants secondaires de distribution de fluide (12) réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque (3, 5, 6,6', 33,433) et reliés audit canal principal (11) par un réseau de circulation à structure arborescente (13a, 13b ; 413a,413b),
au moins un bloc collecteur (7,107,207,307,407,507) comportant des canaux de circulation (9,209,409,35,435,37,37') reliés auxdits canaux secondaires (12) de ladite au moins une plaque (3, 5, 6,6', 33,433) et parallèles à ceux-ci, et
au moins une plaque de collection (23, 3', 5', 33', 433') comportant un canal débouchant principal d'évacuation de fluide (31,431) et des canaux de collection (26) réalisés perpendiculairement par rapport au plan de ladite plaque (23, 3', 5', 33', 433') et reliés d'une part aux canaux de circulation (9,209,409,35,435,37,37') dudit au moins un bloc collecteur (7, 107,207,307,407,507) et d'autre part audit canal principal (31,431) par un réseau de circulation à structure arborescente (25a,25b ; 425a,425b).
Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque de distribution supplémentaire (6,6') intercalée entre deux blocs collecteurs (107) et telle que les canaux secondaires (12) de ladite au moins une plaque de distribution supplémentaire soient reliés aux canaux de circulation desdits blocs collecteurs (107).
Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que :
ledit module comporte au moins une première (3) plaque et une deuxième (5) plaque de distribution, et en ce que
les canaux secondaires (12) desdites plaques de distribution (3,5) sont reliés à une chambre de mélange (21) de la deuxième plaque de distribution (5), ladite chambre de mélange (21) étant reliée aux canaux de circulation (9,409) dudit bloc collecteur (7,107,207,307,407) de façon à permettre le mélange desdits fluides.
Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux plaques de distribution (3,5) de fluides (A,B) à mélanger et au moins une plaque de distribution (33) de fluide caloporteur (E), et en ce que ledit au moins un bloc collecteur (307) comporte :
des premiers canaux de circulation (9) reliés aux canaux secondaires (12) desdites au moins deux plaques de distribution (3,5) de façon à permettre le mélange des fluides (A,B) distribués par lesdites plaques (3,5), et des seconds canaux de circulation (35) reliés aux canaux secondaires (12) de la plaque de distribution (33) de fluide caloporteur (E), lesdits premiers (9) et seconds (35) canaux de circulation étant juxtaposés de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides mélangés (A,B) distribués par lesdites plaques de distribution (3,5) et le fluide caloporteur (E).
Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux plaques de distribution (3,5) de fluides (A,B) à mélanger et au moins une plaque de distribution (433) de fluide caloporteur (E), et en ce que ledit au moins un bloc collecteur (407) comporte :
des premiers canaux de circulation (409) reliés aux canaux secondaires (12) desdites au moins deux plaques de distribution (3,5) de façon à permettre le mélange des fluides (A,B) distribués par lesdites plaques (3,5), et
des seconds canaux de circulation (435) reliés aux canaux secondaires (12) de la plaque de distribution (433) de fluide caloporteur (E), et entourant les premiers canaux de circulation (409) de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides mélangés (A,B) distribués par lesdites plaques de distribution (3,5) et le fluide caloporteur (E).
6. Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits fluides (A,B,C,D) sont des fluides réactifs.
7. Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première (3) plaque et une deuxième (5) plaque de distribution et en ce que ledit au moins un bloc collecteur (507) comporte :
des premiers canaux de circulation (37) reliés aux canaux secondaires (12) de la première plaque de distribution (3), et
des seconds canaux de circulation (37') reliés aux canaux secondaires (12) de la deuxième plaque de distribution (5),
lesdits premiers (37) et seconds (37') canaux de circulation étant juxtaposés de façon à permettre un échange de chaleur entre les fluides (A,B) distribués par lesdites plaques de distribution (3,5).
8. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits canaux de circulation (9,209,409,35,435,37,37') dudit au moins un bloc collecteur (7, 107,207,307,407,507) sont sensiblement tubulaires.
9. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits canaux de circulation (9,209,409,35,435,37,37') dudit au moins un bloc collecteur (7, 107,207,307,407,507) sont sensiblement en serpentins.
10. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de plaques de distribution (3,5) superposées entre elles et avec ledit au moins bloc collecteur (7,207,307,407,507), et en ce que lesdites plaques intercalées (5) comportent des moyens de passage (19) pour au moins un fluide distribué par une plaque de distribution de fluide (3) d'un étage supérieur.
11. Module selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étanchéité entre lesdites plaques de distribution superposées (3,5).
12. Module selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent des plaques d'étanchéité intercalaires (39).
13. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure arborescente (13a,13b ; 25a,25b) reproduit une même configuration à chaque niveau de l'arborescence.
14. Module selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite configuration est choisie parmi le groupe comprenant une configuration sensiblement en « T », une configuration sensiblement en « X », une configuration sensiblement en « H ».
15. Module selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite au moins une plaque de distribution (3, 5, 6,6', 33, 433) présente une structure arborescente comprenant des premières branches (13a) agencées selon une configuration sensiblement en « H », et des secondes branches (13b) agencées aux quatre extrémités (15) des premières branches (13a) selon la même configuration sensiblement en « H » à échelle réduite.
EP11743044.7A 2010-07-20 2011-07-20 Module de circulation de fluide Withdrawn EP2596313A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1003054A FR2963091B1 (fr) 2010-07-20 2010-07-20 Module de circulation de fluides
PCT/EP2011/062402 WO2012010620A1 (fr) 2010-07-20 2011-07-20 Module de circulation de fluide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2596313A1 true EP2596313A1 (fr) 2013-05-29

Family

ID=43662130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11743044.7A Withdrawn EP2596313A1 (fr) 2010-07-20 2011-07-20 Module de circulation de fluide

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130174924A1 (fr)
EP (1) EP2596313A1 (fr)
JP (1) JP2013538112A (fr)
CN (1) CN103201585A (fr)
FR (1) FR2963091B1 (fr)
WO (1) WO2012010620A1 (fr)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9683379B2 (en) 2012-06-01 2017-06-20 Time Manufacturing Company Apparatuses and methods for providing high electrical resistance for aerial work platform components
EP2998682B1 (fr) * 2013-05-15 2019-11-06 Mitsubishi Electric Corporation Collecteur stratifié, échangeur thermique, et climatiseur
CN105229405B (zh) 2013-05-15 2017-05-17 三菱电机株式会社 层叠型联管箱、热交换器和空气调节装置
US9976820B2 (en) * 2013-05-15 2018-05-22 Mitsubishi Electric Corporation Stacking-type header, heat exchanger, and air-conditioning apparatus
EP3059542B1 (fr) * 2013-10-01 2019-07-17 Mitsubishi Electric Corporation Collecteur stratifié, échangeur de chaleur, et climatiseur
EP3006887B1 (fr) * 2014-10-07 2019-07-10 Sülzle Holding GmbH & Co. KG Dispositif de transmission de la chaleur à faisceau tubulaire
AU2014410872B2 (en) * 2014-11-04 2018-09-20 Mitsubishi Electric Corporation Laminated header, heat exchanger, and air-conditioning apparatus
JP5847913B1 (ja) * 2014-11-06 2016-01-27 住友精密工業株式会社 熱交換器
WO2017042866A1 (fr) 2015-09-07 2017-03-16 三菱電機株式会社 Distributeur, collecteur stratifié, échangeur de chaleur et climatiseur
WO2017097133A1 (fr) 2015-12-09 2017-06-15 浙江三花汽车零部件有限公司 Échangeur de chaleur
CN107687787B (zh) * 2016-08-03 2021-03-19 杭州三花研究院有限公司 热交换装置
US11112183B2 (en) * 2016-01-14 2021-09-07 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger channels
JP6831120B2 (ja) * 2016-01-21 2021-02-17 エタリム インコーポレイテッド 流体と熱交換するための装置およびシステム
JP6647889B2 (ja) * 2016-02-02 2020-02-14 株式会社神戸製鋼所 流路構造体
US10780447B2 (en) * 2016-04-26 2020-09-22 Applied Materials, Inc. Apparatus for controlling temperature uniformity of a showerhead
GB2551134B (en) * 2016-06-06 2019-05-15 Energy Tech Institute Llp Heat exchanger
US10561965B2 (en) 2016-06-08 2020-02-18 Amalgamated Research Llc Fractal flow devices and methods of use
US10415901B2 (en) 2016-09-12 2019-09-17 Hamilton Sundstrand Corporation Counter-flow ceramic heat exchanger assembly and method
KR101784908B1 (ko) 2016-11-14 2017-10-12 선보유니텍주식회사 Lng 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기
US10559451B2 (en) * 2017-02-15 2020-02-11 Applied Materials, Inc. Apparatus with concentric pumping for multiple pressure regimes
US10393446B2 (en) * 2017-03-15 2019-08-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Capillary heat exchanger
AU2018255490B2 (en) * 2017-04-21 2023-02-02 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Flow distribution system
US10399046B1 (en) * 2017-08-03 2019-09-03 Komax, Inc. Steam injection and mixing device
JPWO2019087235A1 (ja) * 2017-10-30 2020-10-22 三菱電機株式会社 冷媒分配器および冷凍サイクル装置
US10809007B2 (en) 2017-11-17 2020-10-20 General Electric Company Contoured wall heat exchanger
FR3079291B1 (fr) * 2018-03-22 2020-07-10 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide-gaz ameliore
EP4048970A1 (fr) * 2019-10-21 2022-08-31 HRL Laboratories, LLC Collecteur d'échangeur de chaleur hiérarchique et échangeur de chaleur le comprenant
US12006870B2 (en) 2020-12-10 2024-06-11 General Electric Company Heat exchanger for an aircraft
CN113198384B (zh) * 2021-05-08 2022-08-19 华东理工大学 一种带有换热通道的流体混合器及流体混合方法
IT202100019445A1 (it) * 2021-07-22 2023-01-22 Mario Vismara Scambiatore di calore in controflusso
WO2023092774A1 (fr) * 2021-11-25 2023-06-01 青岛海信日立空调系统有限公司 Climatiseur
WO2023238233A1 (fr) * 2022-06-07 2023-12-14 三菱電機株式会社 Échangeur de chaleur à calandre, et dispositif à cycle frigorifique

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2593425A (en) * 1947-03-14 1952-04-22 Houdry Process Corp Classifying system for pieces of solid material having unequal size
US2815532A (en) * 1953-05-25 1957-12-10 American Viscose Corp Spinneret mixing element
ATE17090T1 (de) * 1981-07-06 1986-01-15 Azote & Prod Chim Nitrationsreaktor fuer kohlenwasserstoffe in der gasphase.
US4537217A (en) * 1982-12-09 1985-08-27 Research Triangle Institute Fluid distributor
EP0861684A3 (fr) * 1997-02-26 1999-09-22 Komax Systems, Inc. Dispositif de mélange à multi-ligne
JP4724298B2 (ja) * 1998-03-23 2011-07-13 アマルガメイテッド リサーチ インコーポレイテッド 流体のスケーリング及び分配のためのフラクタル流体流システム
ES2378144T3 (es) * 2001-05-17 2012-04-09 Amalgamated Research, Inc. Dispositivo fractal para aplicaciones de mezcla y de reactores
KR20040045407A (ko) * 2001-06-27 2004-06-01 누 엘리먼트 인코포레이티드 모듈러 마이크로 반응기 아키텍쳐 및 유체 처리 장치를위한 방법
GB0210809D0 (en) * 2002-05-11 2002-06-19 Univ Durham Reactor
DE10305031A1 (de) * 2003-02-07 2004-09-09 F.W. Brökelmann Aluminiumwerk GmbH & Co. KG Wärmeübertrager mit wabenförmigen Strömungsspalten
KR101090225B1 (ko) * 2005-01-27 2011-12-08 한라공조주식회사 열교환기
FR2891089B1 (fr) * 2005-09-16 2007-12-07 Renault Sas Plaque pour pile a combustible.
SE529516C2 (sv) * 2005-10-24 2007-09-04 Alfa Laval Corp Ab Universell flödesmodul
TWI461237B (zh) * 2006-08-08 2014-11-21 Sulzer Chemtech Ag 用於聯合實施使用液體的熱交換與靜態混合之設備

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012010620A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103201585A (zh) 2013-07-10
FR2963091A1 (fr) 2012-01-27
WO2012010620A1 (fr) 2012-01-26
FR2963091B1 (fr) 2012-08-17
US20130174924A1 (en) 2013-07-11
JP2013538112A (ja) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2596313A1 (fr) Module de circulation de fluide
FR2902507A1 (fr) Echangeur de chaleur
WO2009098391A1 (fr) Generateur magnetocalorique
FR3042093A1 (fr) Module de stockage d'energie electrique et son procede de fabrication
EP3548828B1 (fr) Dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur de tubes d'un échangeur de chaleur constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant
FR3093557A1 (fr) Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile
EP4086556A1 (fr) Module d'échangeur de chaleur à plaques à canaux intégrant au moins une zone d'alimentation et de distribution de fluide formée par des plots
WO2020212457A1 (fr) Dispositif de régulation thermique, notamment de refroidissement pour véhicule automobile
WO2011083163A1 (fr) Dispositif formant reacteur chimique a efficacite amelioree integrant un circuit d'echange thermique
EP3891835B1 (fr) Pile à combustible comprenant au moins un organe de traction intégré
FR3061280B1 (fr) Dispositif de distribution d'un fluide refrigerant a l'interieur d'une boite collectrice d'un echangeur thermique pour une installation de conditionnement d'air d'un vehicule
EP1533585B1 (fr) Echangeur de chaleur à empilement de plaques
EP3548825A1 (fr) Dispositif de distribution d'un fluide réfrigérant à l'intérieur d'une boîte collectrice d'un échangeur thermique
FR3068773A1 (fr) Dispositif de regulation thermique de modules de batterie
FR3054650A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour la regulation thermique d'une unite de reserve d'energie, et ensemble forme dudit echangeur et de ladite unite.
EP2898279A2 (fr) Ensemble d'échangeurs de chaleur
CA3193857A1 (fr) Reacteur tubulaire a lit fixe
WO2019234351A1 (fr) Dispositif de regulation thermique de cellules de stockage d'energie electrique d'un pack-batterie de grande surface
EP3840099A1 (fr) Accumulateur électrochimique, notamment un accumulateur métal-ion, à emballage souple intégrant un ou plusieurs orifices de passage de fluide de refroidissement, module et procédé de fabrication associés
FR3088143A1 (fr) Ensemble de refroidissement, notamment pour batterie de vehicule
EP3394555A1 (fr) Échangeur thermique, notamment pour vehicule automobile
FR3068774A1 (fr) Dispositif de regulation thermique d'au moins un element de stockage d'energie electrique
EP4551890A1 (fr) Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement
WO2024008644A1 (fr) Dispositif de regulation thermique, notamment de refroidissement
WO2025223835A1 (fr) Dispositif de régulation thermique, et système comprenant un dispositif de régulation thermique

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

17P Request for examination filed

Effective date: 20130220

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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

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

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170201