EP2898279A2 - Ensemble d'échangeurs de chaleur - Google Patents

Ensemble d'échangeurs de chaleur

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EP2898279A2
EP2898279A2 EP13779266.9A EP13779266A EP2898279A2 EP 2898279 A2 EP2898279 A2 EP 2898279A2 EP 13779266 A EP13779266 A EP 13779266A EP 2898279 A2 EP2898279 A2 EP 2898279A2
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EP
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heat exchanger
primary
connecting face
fluid
exchanger assembly
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EP13779266.9A
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German (de)
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EP2898279B1 (fr
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Jean-Pierre Tranier
Marc Wagner
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04236—Integration of different exchangers in a single core, so-called integrated cores
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
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    • F25J2290/44—Particular materials used, e.g. copper, steel or alloys thereof or surface treatments used, e.g. enhanced surface

Definitions

  • the present invention relates to a set of heat exchangers for forming a non-contact heat transfer unit between a primary fluid and a secondary fluid, for example a cryogenic gas separation unit. Furthermore, the present invention relates to a cryogenic air separation installation comprising such a set of heat exchangers.
  • the present invention finds particular application in the field of the separation of gas, for example air, by cryogenics.
  • a cryogenic air separation unit generally comprises brazed plate main heat exchangers which form the main heat exchange line of the cryogenic air separation unit.
  • heat exchangers put in heat exchange relation, on the one hand, the air at ambient temperature and, on the other hand, cryogenic fluids coming from the distillation column (or columns).
  • the air At the exit of such a heat exchanger, the air has a temperature of the order of -175 ° C, while the heated fluids are substantially at room temperature (about 25 ° C).
  • the thermal gradient is about 200 K between the inlet and the outlet of a heat exchanger and the average logarithmic difference in temperature is between 2 K and 10 K.
  • Each heat exchanger comprises a stack of parallel plates delimiting fluid passages, as well as spacers or heat exchange waves defining channels for these fluids. Peripheral closure bars seal the fluid passages.
  • such a heat exchanger In a manner known per se, such a heat exchanger generally has the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the length of such a heat exchanger is typically from 4 to 8 m, its width from 1 to 1.5 m and its height from
  • the length of a heat exchanger is the largest dimension of the parallel plates delimiting fluid passages.
  • the width of a heat exchanger is measured perpendicular to the length.
  • the height of a heat exchanger is measured in the stacking direction of its plates.
  • the state of the art for such heat exchangers is to perform countercurrent heat exchange with a direction of flow of the fluids in the lengthwise direction so as to benefit from the largest dimension to realize the flow. heat exchange.
  • FR-A-2844040 proposes to use such an exchanger with a direction of flow of the fluids in the direction of the width so as to reduce considerably (typically by a factor of 4 to 6) the number of exchangers to be arranged in parallel .
  • WO-A-2007149345 describes a set of heat exchangers comprising two juxtaposed heat exchangers. In this case, the number of solder exchangers is reduced by only a factor of 2 to 3, a factor that is still very important.
  • the heat exchanger assembly of WO-A-2007149345 comprises means for fluidically connecting the heat exchangers juxtaposed.
  • the primary fluid is high pressure compressed air and the secondary fluid is low pressure nitrous.
  • the primary fluid is collected by oblique distribution spacers which direct the secondary fluid to two lateral feed boxes (one on each side of the heat exchanger) and which have a small debiting section, which generates significant losses of load.
  • the primary fluid is fed into the second heat exchanger by two lateral feed boxes and oblique distribution spacers, which generates significant pressure drops.
  • the present invention aims to solve, in whole or in part, the problems mentioned above.
  • the subject of the invention is a set of heat exchangers intended to form a non-contact heat transfer unit between a primary fluid and a secondary fluid, the set of heat exchangers comprising two exchangers, namely a first heat exchanger and a second heat exchanger adapted to exchange heat between at least one primary fluid, for example compressed air at high pressure, and at least one secondary fluid, for example low-pressure nitrogen,
  • each exchanger comprising a stack of several plates arranged parallel to each other in a so-called stacking direction, so as to delimit at least i) primary passages shaped for the primary fluid flow and ii) secondary passages shaped for the secondary fluid flow, the primary passages and the secondary passages succeeding one another in a predetermined stacking pattern,
  • the stack of the plates of the first exchanger defining a first connection face fluidly connected to the primary passages of the first exchanger
  • the stack of the plates of the second exchanger defining a second connection face fluidly connected to the primary passages of the second exchanger
  • the heat exchanger assembly being characterized in that the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged so that the first connecting face is adjacent to the second connecting face;
  • At least one primary compartment arranged in the enclosure volume for channeling all or part of the primary fluid between the first exchanger and the second exchanger through the first connection face and the second connection face,
  • At least one secondary compartment which is separate from said at least one primary compartment and which is arranged in the enclosure volume for channeling all or part of the secondary fluid between the first exchanger and the second exchanger through the first connection face and the second connecting face.
  • the present invention involves increasing the number of primary fluid supply boxes (number strictly greater than 2) by passing the primary fluid through the same connecting face as the secondary fluid.
  • adjacent refers to an element located in the vicinity of another element, so close to or adjacent to this other element.
  • two connecting surfaces are adjacent when in contact along respective edges or respective portions.
  • the term "low pressure nitrous” refers to a fluid which is enriched in nitrogen relative to air and which is produced at a pressure substantially lower than that of air entering a heat exchanger. heat.
  • the predetermined stacking pattern may comprise a succession "-SPS-" with a primary passage “P” surrounded by two secondary passages "S”. This stacking pattern is repeated over the entire height of the corresponding heat exchanger.
  • the predetermined stacking pattern may comprise a succession of a primary passage "P” and a secondary passage "S", the secondary passages being of greater height than the primary passages with the exception of the passages secondary end "S '" so as not to unbalance the heat exchange at the ends.
  • the succession would have as reason: "S'-P-S-P-S-P-S-" and "-S-P-S-P-S" ".
  • the primary (s) and secondary (s) compartment (s) can transfer all the primary fluid and all the secondary fluid of a heat exchanger to the neighboring heat exchanger, through the first connecting face and the second connection face. Therefore, such a set of heat exchangers makes it possible to increase the exchange surface between the primary and secondary fluids, without modifying the manufacturing tools, in particular the soldering furnaces.
  • the enclosure volume is defined by enclosure walls that envelop the enclosure volume.
  • enclosure walls define a sealed or near-sealed enclosure volume.
  • the term "quasi-sealed" qualifies a volume for which the leakage rate is acceptable, that is to say less than 5%, or even less than 1% of the total volume of fluid entering.
  • the first connection face is generally flat and perpendicular to said plates of the first exchanger
  • the second connection face is generally flat and perpendicular to the plates of the second exchanger
  • each exchanger has the overall shape of a rectangular parallelepiped.
  • the first connection face is generally flat and perpendicular to said plates of the first exchanger
  • the second connection face is generally flat and perpendicular to the plates of the second exchanger
  • the first connection face and the second connection face are parallel and arranged opposite one another.
  • such a set of heat exchangers can be very compact, with a minimum enclosure volume, which makes it possible to reduce the pressure drops in the flows of the primary and secondary fluids.
  • the first exchanger and the second exchanger are arranged side by side, the first connection face and the second connection face being oriented in respective normal directions which are substantially parallel, the first connecting face and the second connecting face being preferably arranged so as to have an adjacent edge or merged.
  • the enclosure generally has the shape of a half-cylinder or half-ring.
  • a set of heat exchangers may have a relatively small dimension in a direction perpendicular to the first and the second connection face.
  • this arrangement of the heat exchangers simplifies the manufacture of the heat exchanger assembly, since there is more space to weld and connect the heat exchangers.
  • the first connecting face and the second connecting face are substantially orthogonal to each other, the first connecting face and the second connecting face being preferably arranged so as to present an adjacent or confused edge.
  • the enclosure has the overall shape of a quarter cylinder or ring.
  • a set of heat exchangers can have a size suitable for certain applications.
  • this arrangement of the heat exchangers simplifies the manufacture of the heat exchanger assembly, since there is more space to weld and connect the heat exchangers.
  • the enclosure volume forms the secondary compartment.
  • the set of heat exchangers comprises sealing means between, on the one hand, the enclosure and, on the other hand, the first connection face and the second face of connection.
  • sealing means guarantee the seal between the enclosure.
  • the first connection face generally has the shape of a rectangle whose edges are defined by the length and the height, in the stacking direction, of the first exchanger, and in which the second connecting face has generally the shape of a rectangle whose edges are defined by the length and the height, in the stacking direction, of the second exchanger.
  • each exchanger has the overall shape of a rectangular parallelepiped.
  • heat exchangers have relatively simple shapes to achieve.
  • the length is much greater, preferably by a factor greater than four, the height measured in the stacking direction.
  • the primary compartments are formed by primary pipes which each extend between the connecting faces and parallel to the stacking direction, the primary pipes being distributed with predetermined intervals, preferably at regular intervals, in a direction transverse to the stacking direction, the primary lines being in fluid communication with the primary passages of each heat exchanger so as to allow the flow of the primary fluid between the exchangers; and each secondary compartment is formed by the walls of the enclosure and by the walls of two successive primary pipes.
  • the primary lines are shaped for the flow of a high pressure fluid, while the secondary compartments are for the flow of a low pressure fluid.
  • the primary pipes comprise: i) a tubular longitudinal collector, preferably of circular section, and ii) primary tubes fluidly connecting the collector to the first connecting face and the second face of the pipe. connection.
  • a tubular longitudinal collector preferably of circular section
  • primary tubes fluidly connecting the collector to the first connecting face and the second face of the pipe. connection.
  • each primary pipe has the shape of a rectangular base prism or a curvilinear base cylinder and whose generatrices are parallel to the stacking direction.
  • the walls of the primary pipes are flat and parallel to the stacking direction.
  • such a rectangular section limits the pressure losses in the primary and secondary compartments.
  • each primary pipe is composed of at least two parts joined together by mechanical securing means, the mechanical securing means being preferably selected from the group consisting of screws, flanges , rivets, crimping elements, embedding elements, latching elements, fitting elements and complementary shapes such as dovetails.
  • a closure member in each secondary passage, is placed on the respective primary pipe so as to prevent the flow of secondary fluid in said primary pipe.
  • each heat exchanger generally has the shape of a rectangular parallelepiped, and in which each connecting face has generally the shape of a rectangle, said so-called stacking direction being parallel to the height of the rectangular parallelepiped, the spacers extending parallel to the length of the rectangular parallelepiped, and each connecting face generally forming a plane which is perpendicular to said so-called stacking direction and which is parallel to the length and width of the rectangular parallelepiped.
  • such a geometry makes it possible to obtain an extended exchange surface, while limiting the pressure losses induced by changes in flow direction of the primary and secondary fluids.
  • such a geometry maximizes the size of the exchanger assembly, because it maximizes the occupation of a brazing furnace.
  • the primary compartments and the secondary compartments are totally or partially delimited by walls of flexible material, the flexible material preferably being selected from the group consisting of a stainless steel, aluminum, an aluminum alloy and low-temperature soft organic materials, such as polytetrafluoroethylene.
  • the set of heat exchangers according to the invention further comprises an additional heat exchanger called subcooler, the subcooler being in fluid communication with one of the exchangers of heat juxtaposed.
  • each heat exchanger comprises, on its periphery, primary supply boxes and secondary supply boxes which are shaped to introduce or discharge primary fluid or secondary fluid respectively in or outside the primary passages or secondary passages, the primary supply boxes and the secondary supply boxes being preferably arranged so that the primary fluid flows in the opposite direction of the secondary fluid.
  • the primary power boxes and the secondary power boxes allow a so-called "countercurrent" heat exchange, which is particularly effective.
  • each heat exchanger comprises spacers which define primary passages or secondary passages and which are formed by offset type of exchange waves having a linear density greater than 800 waves per meter, having an offset length of less than 5 mm and having a wave height of between 3 m and 20 mm, preferably between 5 mm and 15 mm.
  • each heat exchanger is configured so that the direction of flow of the primary and secondary fluids in each exchanger is a transverse direction extending along the width of a heat exchanger.
  • the subject of the present invention is a cryogenic air separation installation, comprising at least one set of heat exchangers according to the invention, the primary fluid being compressed air at high pressure, the secondary fluid being low-pressure dinitrogen.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a set of heat exchangers according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a section along the plane II in Figure 1;
  • Figure 3 is a section along the plane III in Figure 1;
  • FIG. 4 is an enlarged view of detail IV in FIG. 2;
  • Figure 5 is an enlarged view of detail V in Figure 3;
  • Figure 6 is a view similar to Figure 4 of an alternative embodiment in Figure 4;
  • Figure 7 is a view similar to Figure 4 of an alternative embodiment in Figure 4;
  • Figure 8 is a section along the line VIII-VIII; and Figure 9 is a schematic perspective view of a set of heat exchangers according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 10 is a schematic perspective view of a set of heat exchangers according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 1 1 is a section along the plane XI in Figure 10; and Figure 12 is a schematic perspective view of a set of heat exchangers according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figures 1, 2 and 3 illustrate a set of heat exchangers 1, to form a non-contact heat transfer unit 5 between a primary fluid and a secondary fluid.
  • the unit 5 is intended to be integrated in a cryogenic air separation installation, which comprises the set of heat exchangers 1, and in which the primary fluid is high pressure compressed air, and the secondary fluid of the low pressure nitrogen. Compressed air is the circulating fluid and the nitrogen is the refrigerant. Nevertheless, the primary and secondary fluids could be other fluids, depending on the application of the heat transfer unit.
  • the heat exchanger assembly comprises a plurality of heat transfer fluids and / or a plurality of refrigerants.
  • the heat exchanger assembly 1 comprises two heat exchangers 10 and 50 which are juxtaposed along respective adjacent surfaces January 1 and 51.
  • the adjacent surfaces 1 1 and 51 are flat.
  • the heat exchanger 10 comprises a stack of several plates, some of which are shown schematically in FIG. 1 with reference numeral 12.
  • the heat exchanger 50 comprises a stack of several plates some of which are shown schematically in FIG. reference 52.
  • the plates 12 are arranged parallel to each other in a so-called stacking direction Z, so as to delimit i) primary passages 12P shaped for the flow of the primary fluid, and ii) secondary passages 12S shaped for the flow secondary fluid.
  • the primary passages 12P and the secondary passages 12S follow one another in a predetermined stacking pattern (here "-Primary-Secondary- Primary-").
  • each primary passage 12P alternates with a secondary passage 12S.
  • the stacking pattern could be of the type comprising two secondary passages surrounding a primary passage ("- Secondary-Primary-Secondary-").
  • the plates 52 are arranged parallel to each other in a so-called stacking direction Z, so as to delimit i) primary passages 52P shaped for the flow of the primary fluid, and ii) secondary passages 52S shaped to the secondary fluid flow.
  • the primary passages 52P and the secondary passages 52S follow each other in a predetermined stacking pattern. In the example of FIGS. 1 to 3, each primary passage 52P alternates with a secondary passage 52S.
  • the stack of the plates 12 of the first exchanger 10 defines a first connection face 12F which is fluidly connected to the primary passages 12P of the first exchanger 10.
  • the stack of the plates 52 of the second exchanger 50 defines a second connection face 52F which is fluidly connected to the primary passages 52S of the second exchanger 50.
  • the heat exchanger 10 or 50 has the overall shape of a rectangular parallelepiped.
  • the width and the length of the heat exchanger 10 or 50 are respectively measured along X and Y axes.
  • first connecting face 12F and the second connecting face 52F each have the overall shape of a rectangle.
  • the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 50 each have the overall shape of a rectangular parallelepiped.
  • the first exchanger 10 and the second exchanger 50 are arranged so that the first connecting face 12F is adjacent to the second connecting face 52F.
  • the first connecting face 12F and the second connecting face 52F are parallel and arranged opposite one another.
  • the first connecting face 12F is generally flat and perpendicular to the plates 12 of the first exchanger 10.
  • the second connecting face 52F is generally flat and perpendicular to the plates 52 of the second exchanger 50.
  • the heat exchanger 10 has spacers 14 which extend between the plates 12 so as to define i) primary channels 14P shaped for the flow of the primary fluid. Between two other successive plates 12, outside the plane of FIG. 2, the spacers 14 define ii) unrepresented secondary channels shaped for the flow of the secondary fluid.
  • the spacers are usually called exchange waves or "fins".
  • the heat exchanger 50 has spacers 54 which extend between the plates 52 so as to define i) primary channels 54P shaped for the flow of the primary fluid, or secondary channels not shown out of the plane of Figure 2.
  • the heat exchanger 10 comprises means for fluidically connecting the heat exchangers 10 and 50.
  • Each heat exchanger 10 or 50 has the overall shape of a rectangular parallelepiped.
  • the stacking direction Z is parallel to the height of the rectangular parallelepiped.
  • the spacers 14 or 54 extend parallel to the length of the rectangular parallelepiped.
  • the first connecting face 12F has the overall shape of a rectangle whose edges are defined by the length, in the longitudinal direction X, and the height, in the stacking direction Z, of the first heat exchanger 10.
  • the second connecting face 52F generally has the shape of a rectangle whose edges are defined by the length, in the longitudinal direction X, and the height, in the stacking direction Z, of the second heat exchanger 50.
  • the first connecting face 12F and the second connecting face 52F each generally form a flat surface 1 1 or 51 which is perpendicular to the stacking direction Z and which is parallel to the length (X direction) and to the width (direction Y) of the rectangular parallelepiped formed by the first or second exchanger 10 or 50.
  • Each heat exchanger 10 or 50 includes, on its periphery, primary supply boxes 16 or 56 and secondary supply boxes 18 or 58.
  • the primary supply boxes 16 or 56 and the secondary supply boxes 18 or 58 are shaped to introduce or discharge primary fluid or secondary fluid respectively into or out of primary passages 12P or secondary passages 12S.
  • the primary supply boxes 16 or 56 and the secondary supply boxes 18 or 58 are here arranged so that the primary fluid flows in the opposite direction of the secondary fluid, ie "against the current".
  • the unit 5 further comprises primary collectors 6 and secondary collectors 7.
  • the primary collectors 6 channel all or part of the primary fluid under high pressure and the secondary collectors 7 channel all or part of the secondary fluid under low pressure.
  • a series of spacers 14 or 54 is arranged to provide at least one respective distribution space 21 P, 21 S or 61 P , 61 S.
  • the distribution space 21 P, 21 S or 61 P, 61 S is devoid of spacers 14 or 54 and is delimited by the two successive plates 12 or 52 and the respective connecting face 12 or 52 , so that this distribution space 21 P, 21 S or 61 P, 61 S is in fluid communication with all or part of the primary channels 14P or secondary 14S defined by this series of spacers 14 or 54.
  • the size of the distribution space in the longitudinal direction X is typically of the order of 50 mm to 100 mm.
  • one or more space (s) of distribution may be devoid of any spacer or may contain spacers said distribution, that is to say, allowing a circulation of fluids in direction of the primary supply boxes 16 or 56 and / or secondary supply boxes 18 or 58, or alternatively may include a mechanical support device for brazing with maintaining a free flow of fluid transversely in the plan of the passage.
  • the dispensing spaces may comprise a solid aluminum foam, a bar machined so as to remove a maximum of material while resisting pressure, pins or a pimpled sheet.
  • the distribution space 21 P or 61 P is in fluid communication with primary channels 14P, while the distribution space 21 S or 61 S is in fluid communication with all or part of the secondary channels 14S.
  • each series of spacers comprises all the spacers 14 or 54 which are arranged between the two successive plates 12 or 52.
  • the distribution space 21 P or 61 P has the same flow section as the corresponding primary passage 12P or 52P.
  • the distribution space 21P or 61P may have a flow section greater than the corresponding primary passage 12P or 52P.
  • the distribution space 21 S or 61 S has the same flow section as the corresponding secondary passage 12S or 52S.
  • the set of heat exchangers 1 comprises an enclosure 30 which is delimited by the first connecting face 12F, by the second connecting face 52F and by an enclosure volume V30 which extends between the first face 12F and the second 52F connection face.
  • the V30 speaker volume is defined by speaker walls that surround the speaker volume.
  • the enclosure 30 has primary compartments 30P and secondary compartments 30S which follow each other in the direction Y which is transverse to the stacking direction Z.
  • the set of heat exchangers 1 comprises primary compartments 30P which are arranged in the enclosure volume V30 to channel all or part of the primary fluid between the first exchanger 10 and the second exchanger 50 through the first face connection 12F and the second connection face 52F.
  • the set of heat exchangers 1 comprises secondary compartments 30S which are distinct from the primary compartments 30P.
  • the secondary compartments 30S are arranged in the enclosure volume V30 to channel all or part of the secondary fluid between the first exchanger 10 and the second exchanger 50 through the first connecting face 12F and the second connecting face 52F.
  • Each primary compartment 30P is in fluid communication with two respective primary passages 12P and 52P which respectively belong to the two heat exchangers 10 and 50, so as to allow the flow of the primary fluid between the heat exchangers 10 and 50, such as the symbolize arrows in Figure 2 or 4.
  • each secondary compartment 30S is in fluid communication with two respective secondary passages 12S and 52S respectively belonging to the two heat exchangers 10 and 50, so as to allow the flow of the secondary fluid between the heat exchangers 10 and 50, as symbolize arrows in Figure 3 or 5.
  • the primary compartments 30P are formed by primary lines 31P which each extend between the adjacent surfaces 11 and 51 and parallel to the stacking direction Z.
  • primary pipes 31 P are distributed at regular intervals in the direction Y which is transverse to the stacking direction Z.
  • the primary lines 31 P are in fluid communication with the primary passages 12P and 52P of each heat exchanger 10 or 50, so as to allow the flow of the primary fluid between the heat exchangers 10 and 50.
  • each secondary compartment 30S is formed by the walls of the enclosure 30 and the walls of two successive primary pipes 31 P.
  • each primary pipe 31 P is in the form of a prism with a rectangular base and whose generatrices are parallel to the stacking direction Z. Consequently, the walls of the primary pipes 31P are flat and parallel. to the stacking direction Z.
  • a closure member 122S or 162S is placed on the respective primary line 131P so as to prevent the flow of secondary fluid in this primary line 131P.
  • FIG. 6 illustrates part of a set of heat exchangers 101 according to an alternative embodiment of the invention.
  • the description of the heat exchanger assembly 1 given above in relation with FIGS. 1 to 4 may be transposed to the set of heat exchangers 101, with the exception of the notable differences set out below.
  • a component of the heat exchanger assembly 101 that is identical or corresponding, in structure or function, to a component of the heat exchanger assembly 1 has the same reference numeral increased by 100.
  • the heat exchanger assembly 101 differs from the heat exchanger assembly 1, since each 131 P primary pipe is composed of three parts interconnected by complementary shapes, in this case dovetails 133 .
  • FIGS. 7 and 8 illustrate part of a set of heat exchangers which is in accordance with another variant embodiment of the invention and which differs from the set of heat exchangers 101, since the parts are secured by complementary shapes that can define latching elements.
  • FIGS. 1 to 4 illustrate a set of heat exchangers 301 according to a second embodiment of the invention.
  • the description of the heat exchanger assembly 1 given above in relation with FIGS. 1 to 4 may be transposed to the set of heat exchangers 301, with the exception of the notable differences set forth below.
  • a component of the heat exchanger assembly 301 that is identical or corresponding, in structure or function, to a component of the heat exchanger assembly 1 has the same numerical reference plus 300. heat exchangers 310 and 350.
  • the heat exchanger assembly 101 differs from the heat exchanger assembly 1 because the heat exchanger assembly 101 includes an additional heat exchanger called subcooler 370.
  • the subcooler 370 is fluid communication with the heat exchanger 350.
  • FIGS. 1 to 4 illustrate a set of heat exchangers 401 according to a third embodiment of the invention.
  • the description of the heat exchanger assembly 1 given above in relation to FIGS. 1 to 4 may be transposed to the set of heat exchangers 401, with the exception of the notable differences set forth below.
  • a component of the heat exchanger assembly 401 that is identical or corresponding, in structure or function, to a component of the heat exchanger assembly 1 has the same numerical reference plus 400.
  • the heat exchanger assembly 401 differs from the heat exchanger assembly 1, mainly because the first heat exchanger 410 and the second heat exchanger 450 are arranged side by side.
  • the first connecting face 412F and the second connecting face 452F are oriented in respective normal directions N412F and N452F which are parallel.
  • the enclosure 430 and its enclosure volume are generally in the form of a half-cylinder.
  • first connecting face 412F and the second connecting face 452F are arranged to have a confused edge, as shown in FIGS. 10 and 11.
  • the primary lines 431 P comprise i) a longitudinal collector 431 C of tubular shape with circular section, and ii) primary tubes 431 T fluidically connecting the collector 431 C to the first connection face 412F and to the second connection face 452F.
  • the heat exchanger assembly 401 differs from the heat exchanger assembly 1, because the enclosure 430, and thus the enclosure volume, forms the secondary compartment integrally. This secondary compartment therefore extends around the primary compartments formed by the primary conduits 431 P.
  • the heat exchanger assembly 401 comprises sealing means between, on the one hand, the enclosure and, on the other hand , the first connection face and the second connection face.
  • FIG. 12 illustrates a set of heat exchangers 501 according to a fourth embodiment of the invention.
  • the description of the heat exchanger assembly 1 given above in relation to FIGS. 1 to 4 can be transposed to the set of heat exchangers 501, with the exception of the notable differences set out below.
  • a component of the heat exchanger assembly 501 that is identical or corresponding, in structure or function, to a component of the heat exchanger assembly 1 has the same numerical reference plus 500.
  • the heat exchanger assembly 501 differs from the heat exchanger assembly 1, mainly because the first connection face 512F and the second connection face 552F are orthogonal to each other. 'other.
  • the first connection face 512F and the second connection face 552F are arranged to have a confused edge.
  • the enclosure 530 has the overall shape of a quarter cylinder.

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Abstract

Cet ensemble d'échangeurs de chaleur (1) comprend deux échangeurs (10, 50), comprenant chacun un empilement de plaques parallèles (12, 52) définissant une première et une deuxième faces de raccordement adjacentes. L'ensemble d'échangeurs de chaleur (1) comprend en outre une enceinte (30) entre la première et la deuxième face de raccordement, des compartiments primaires (30P) dans l'enceinte pour canaliser du fluide primaire à travers la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement, ainsi qu'un compartiment secondaire dans l'enceinte pour canaliser du fluide secondaire.

Description

ENSEMBLE D'ECHANGEURS DE CHALEUR
La présente invention concerne un ensemble d'échangeurs de chaleur, destiné à former une unité de transfert de chaleur sans contact entre un fluide primaire et un fluide secondaire, par exemple une unité de séparation de gaz par cryogénie. Par ailleurs, la présente invention concerne une installation de séparation d'air par cryogénie comprenant un tel ensemble d'échangeurs de chaleur.
La présente invention trouve notamment application dans le domaine de la séparation de gaz, par exemple de l'air, par cryogénie.
Dans l'art antérieur, une unité de séparation d'air par cryogénie comprend généralement des échangeurs de chaleur principaux à plaques brasées qui forment la ligne d'échange thermique principale de l'unité de séparation d'air par cryogénie.
Ces échangeurs de chaleur mettent en relation d'échange de chaleur, d'une part, l'air à température ambiante et, d'autre part, des fluides cryogéniques venant de la (ou des) colonne(s) de distillation. A la sortie d'un tel échangeur de chaleur, l'air a une température de l'ordre de -175°C, tandis que les fluides réchauffés sont sensiblement à température ambiante (environ 25°C). Donc le gradient thermique est d'environ 200 K entre l'entrée et la sortie d'un échangeur de chaleur et l'écart logarithmique moyen de température est compris entre 2 K et 10 K.
Chaque échangeur de chaleur comporte un empilement de plaques parallèles délimitant des passages de fluides, ainsi que des entretoises ou ondes d'échange thermique définissant des canaux pour ces fluides. Des barres de fermeture périphériques assurent l'étanchéité des passages de fluides.
De manière connue en soi, un tel échangeur de chaleur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. La longueur d'un tel échangeur de chaleur est typiquement de 4 à 8 m, sa largeur de 1 à 1 ,5 m et sa hauteur de Par convention, la longueur d'un échangeur de chaleur est la plus grande dimension des plaques parallèles délimitant des passages de fluides. La largeur d'un échangeur de chaleur est mesurée perpendiculairement à la longueur. La hauteur d'un échangeur de chaleur est mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques.
Par ailleurs, il est également connu d'augmenter la hauteur d'un tel échangeur de chaleur en assemblant par exemple par soudage côte à côte plusieurs échangeurs brasés séparément chose qui n'est pas possible pour augmenter la longueur ou la largeur.
L'état de l'art pour de tels échangeurs de chaleur est de réaliser un échange de chaleur à contre-courant avec une direction d'écoulement des fluides dans le sens de la longueur de manière à bénéficier de la plus grande dimension pour réaliser l'échange thermique.
FR-A-2844040 propose d'utiliser un tel échangeur avec une direction d'écoulement des fluides dans le sens de la largeur de manière à réduire considérablement (typiquement d'un facteur 4 à 6) le nombre d'échangeurs à disposer en parallèle.
Néanmoins, pour pouvoir atteindre un gradient thermique de l'ordre de 200 K avec une faible différence de température et les plus performantes entretoises-ondes d'échange (par exemple des ondes dites décalées ou « serrated » ayant une faible longueur de décalage ou de « serration » et une très forte densité), il est nécessaire d'augmenter la largeur de l'échangeur jusqu'à 2,5 m voire 3,5 m. Or une telle largeur de l'échangeur est incompatible avec tous les fours de brasages existants. Par ailleurs, l'augmentation de la taille du four de brasages poserait des problèmes de faisabilité technique.
Pour remédier à ce problème, WO-A-2007149345 décrit un ensemble d'échangeurs de chaleur comprenant deux échangeurs de chaleur juxtaposés. Dans ce cas, le nombre d'échangeurs à braser est réduit seulement d'un facteur 2 à 3, facteur qui est quand même très important.
De plus, l'ensemble d'échangeurs de chaleur de WO-A-2007149345 comporte des moyens pour raccorder fluidiquement les échangeurs de chaleur juxtaposés. En l'occurrence, le fluide primaire est de l'air comprimé à haute pression et le fluide secondaire est du diazote à basse pression. Cependant, entre les échangeurs de chaleur de WO-A-2007149345, le fluide primaire est collecté par des entretoises dites de distribution obliques qui dirigent le fluide secondaire vers deux boîtes d'alimentation latérales (une par côté de l'échangeur de chaleur) et qui ont une petite section débitante, ce qui génère des pertes de charge importantes. De même, le fluide primaire est alimenté dans le deuxième échangeur de chaleur par deux boîtes d'alimentation latérales et des entretoises de distribution obliques, ce qui génère des pertes de charge importantes.
Donc pour compenser cette augmentation des pertes de charge, il faudrait augmenter les sections d'échange. Mais les dimensions d'un échangeur de chaleur sont limitées par les dimensions du four de brasage, dans lequel est fabriqué cet échangeur de chaleur. Donc un tel ensemble d'échangeurs de chaleur nécessiterait de braser plus d'échangeurs et d'augmenter la quantité de matière nécessaire à leur réalisation.
La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.
A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble d'échangeurs de chaleur, destiné à former une unité de transfert de chaleur sans contact entre un fluide primaire et un fluide secondaire, l'ensemble d'échangeurs de chaleur comprenant deux échangeurs, à savoir un premier échangeur et un deuxième échangeur adaptés pour échanger de la chaleur entre au moins un fluide primaire, par exemple de l'air comprimé à haute pression, et au moins un fluide secondaire, par exemple du diazote à basse pression,
chaque échangeur comprenant un empilement de plusieurs plaques disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement, de façon à délimiter au moins i) des passages primaires conformés pour l'écoulement de fluide primaire et ii) des passages secondaires conformés pour l'écoulement de fluide secondaire, les passages primaires et les passages secondaires se succédant suivant un motif d'empilement prédéterminé,
l'empilement des plaques du premier échangeur définissant une première face de raccordement reliée fluidiquement aux passages primaires du premier échangeur, l'empilement des plaques du deuxième échangeur définissant une deuxième face de raccordement reliée fluidiquement aux passages primaires du deuxième échangeur ;
l'ensemble d'échangeurs de chaleur étant caractérisé en ce que le premier échangeur et le deuxième échangeur sont disposés de sorte que la première face de raccordement est adjacente à la deuxième face de raccordement ; et
en ce qu'il comprend en outre :
une enceinte délimitée par la première face de raccordement, par la deuxième face de raccordement et par un volume d'enceinte s'étendant entre la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement,
au moins un compartiment primaire agencé dans le volume d'enceinte pour canaliser tout ou partie du fluide primaire entre le premier échangeur et le deuxième échangeur à travers la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement,
au moins un compartiment secondaire qui est distinct dudit au moins un compartiment primaire et qui est agencé dans le volume d'enceinte pour canaliser tout ou partie du fluide secondaire entre le premier échangeur et le deuxième échangeur à travers la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement.
En d'autres termes, la présente invention implique d'augmenter le nombre de boîtes d'alimentation en fluide primaire (nombre strictement supérieur à 2) en faisant passer le fluide primaire par la même face de raccordement que le fluide secondaire.
Dans la présente demande, le terme « adjacent » désigne un élément situé dans le voisinage d'un autre élément, donc près ou à côté de cet autre élément. En particulier, deux surfaces de raccordement sont adjacentes lorsqu'elles sont en contact suivant des bords respectifs ou des parties respectives.
Dans la présente demande, le terme « diazote à basse pression » fait référence à un fluide qui est enrichi en diazote par rapport à l'air et qui est produit à une pression sensiblement plus basse que celle de l'air entrant dans un échangeur de chaleur. Typiquement, le motif d'empilement prédéterminé peut comprendre une succession « -S-P-S- » avec un passage primaire « P » entouré par deux passages secondaires « S ». Ce motif d'empilement est répété sur toute la hauteur de l'échangeur de chaleur correspondant.
De manière alternative, le motif d'empilement prédéterminé peut comprendre une succession d'un passage primaire « P » et d'un passage secondaire « S », les passages secondaires étant de plus grande hauteur que les passages primaires à l'exception des passages secondaires d'extrémité « S' » de manière à ne pas déséquilibrer l'échange thermique aux extrémités. Aux extrémités, la succession aurait comme motif : « S'-P-S-P-S-P-S- » et « -S-P-S-P-S' ».
Ainsi, les compartiment(s) primaire(s) et secondaire(s) peuvent transférer tout le fluide primaire et tout le fluide secondaire d'un échangeur de chaleur à l'échangeur de chaleur voisin, à travers la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement. Par conséquent, un tel ensemble d'échangeurs de chaleur permet d'augmenter la surface d'échange entre les fluides primaires et secondaires, sans modifier les outils de fabrication, en particulier les fours de brasage.
Selon une variante de l'invention, le volume d'enceinte est défini par des parois d'enceinte qui enveloppent le volume d'enceinte.
Ainsi, de telles parois d'enceinte définissent un volume d'enceinte étanche ou quasi-étanche.
Dans la présente demande, le terme « quasi-étanche » qualifie un volume pour lequel le taux de fuite est acceptable, c'est-à-dire inférieur à 5% ,voire inférieur à 1 % du volume total de fluide entrant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première face de raccordement est globalement plane et perpendiculaire auxdites plaques du premier échangeur, et la deuxième face de raccordement est globalement plane et perpendiculaire aux plaques du deuxième échangeur.
En d'autres termes, chaque échangeur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle.
Ainsi, de tels échangeurs de chaleur ont des formes relativement simples à réaliser. Selon un mode de réalisation de l'invention, la première face de raccordement est globalement plane et perpendiculaire auxdites plaques du premier échangeur, et la deuxième face de raccordement est globalement plane et perpendiculaire aux plaques du deuxième échangeur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement sont parallèles et disposées en regard l'une de l'autre.
Ainsi, un tel ensemble d'échangeurs de chaleur peut être très compact, avec un volume d'enceinte minimal, ce qui permet de réduire les pertes de charge dans les écoulements des fluides primaire et secondaires.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier échangeur et le deuxième échangeur sont disposés côte-à-côte, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement étant orientées suivant des directions normales respectives qui sont substantiellement parallèles, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement étant de préférence disposées de façon à présenter un bord voisin ou confondu.
En d'autres termes, l'enceinte a globalement la forme d'un demi- cylindre ou demi-anneau. Ainsi, un tel ensemble d'échangeurs de chaleur peut avoir une dimension relativement petite suivant une direction perpendiculaire à la première et à la deuxième face de raccordement. De plus, cet agencement des échangeurs de chaleur simplifie la fabrication de l'ensemble d'échangeurs de chaleur, car il y a plus d'espace pour souder et raccorder les échangeurs de chaleur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement sont substantiellement orthogonales l'une à l'autre, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement étant de préférence disposées de façon à présenter un bord voisin ou confondu.
En d'autres termes, l'enceinte a globalement la forme d'un quart de cylindre ou d'anneau. Ainsi, un tel ensemble d'échangeurs de chaleur peut avoir un encombrement adapté à certaines applications. De plus, cet agencement des échangeurs de chaleur simplifie la fabrication de l'ensemble d'échangeurs de chaleur, car il y a plus d'espace pour souder et raccorder les échangeurs de chaleur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le volume d'enceinte forme le compartiment secondaire.
Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir de conduit spécifique pour conduire le fluide secondaire, ce qui simplifie la construction de l'ensemble d'échangeurs de chaleur.
Selon une variante de ce mode de réalisation, l'ensemble d'échangeurs de chaleur comprend des moyens d'étanchéité entre, d'une part, l'enceinte et, d'autre part, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement. Ainsi, de tels moyens d'étanchéité garantissent l'étanchéité entre de l'enceinte.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première face de raccordement a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur et par la hauteur, suivant la direction d'empilement, du premier échangeur, et dans lequel la deuxième face de raccordement a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur et par la hauteur, suivant la direction d'empilement, du deuxième échangeur.
En d'autres termes, chaque échangeur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. Ainsi, de tels échangeurs de chaleur ont des formes relativement simples à réaliser.
Selon un mode de réalisation de l'invention, pour chacun des échangeurs, la longueur est très supérieure, de préférence d'un facteur supérieur à quatre, à la hauteur mesurée suivant la direction d'empilement.
Ainsi, de telles dimensions permettent de diminuer le nombre d'échangeurs.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les compartiments primaires sont formés par des conduites primaires qui s'étendent chacune entre les faces de raccordement et parallèlement à la direction d'empilement, les conduites primaires étant réparties avec des intervalles prédéterminés, de préférence à intervalles réguliers, suivant une direction transversale à la direction d'empilement, les conduites primaires étant en communication de fluide avec les passages primaires de chaque échangeur de chaleur de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire entre les échangeurs ; et chaque compartiment secondaire est formé par les parois de l'enceinte et par les parois de deux conduites primaires successives. Ainsi, un tel agencement des compartiments primaires et secondaires permet de limiter le nombre de composants à assembler. Typiquement, les conduites primaires sont conformées pour l'écoulement d'un fluide à haute pression, alors que les compartiments secondaires servent à l'écoulement d'un fluide à basse pression.
Selon une variante de l'invention, les conduites primaires comprennent : i) un collecteur longitudinal de forme tubulaire, de préférence à section circulaire, et ii) des tubes primaires reliant fluidiquement le collecteur à la première face de raccordement et à la deuxième face de raccordement. Ainsi, de telles conduites primaires permettent de transférer efficacement du fluide primaire entre le premier échangeur et le deuxième échangeur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque conduite primaire a la forme d'un prisme à base rectangulaire ou d'un cylindre à base curviligne et dont les génératrices sont parallèles à la direction d'empilement.
En d'autres termes, les parois des conduites primaires sont planes et parallèles à la direction d'empilement. Ainsi, une telle section rectangulaire limite les pertes de charge dans les compartiments primaire et secondaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque conduite primaire est composée d'au moins deux parties solidarisées entre elles par des moyens de solidarisation mécanique, les moyens de solidarisation mécanique étant de préférence sélectionnés dans le groupe constitué par des vis, des brides, des rivets, des éléments de sertissage, des éléments d'encastrement, des éléments d'encliquetage, des éléments d'emmanchement et des formes complémentaires telles que des queues d'aronde.
Ainsi, un tel agencement permet d'obtenir une surface d'échange étendue, tout en limitant les pertes de charge induites par des changements de direction de flux des fluides primaire et secondaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, dans chaque passage secondaire, un organe d'obturation est placé sur la conduite primaire respective de façon à empêcher l'écoulement de fluide secondaire dans ladite conduite primaire.
Ainsi, l'assemblage de l'ensemble d'échangeurs de chaleur est relativement rapide à effectuer. Selon une variante de l'invention, chaque échangeur de chaleur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle, et dans lequel chaque face de raccordement a globalement la forme d'un rectangle, ladite direction dite d'empilement étant parallèle à la hauteur du parallélépipède rectangle, les entretoises s'étendant parallèlement à la longueur du parallélépipède rectangle, et chaque face de raccordement formant globalement un plan qui est perpendiculaire à ladite direction dite d'empilement et qui est parallèle à la longueur et à la largeur du parallélépipède rectangle.
Ainsi, une telle géométrie permet d'obtenir une surface d'échange étendue, tout en limitant les pertes de charge induites par des changements de direction de flux des fluides primaire et secondaire. De plus, une telle géométrie permet de maximiser les dimensions de l'ensemble d'échangeurs, car elle maximise l'occupation d'un four de brasage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les compartiments primaires et les compartiments secondaires sont totalement ou partiellement délimités par des parois en matériau flexible, le matériau flexible étant de préférence sélectionné dans le groupe constitué d'un acier inoxydable, d'aluminium, d'un alliage d'aluminium et de matériaux organiques souples à basse température, tel que le polytétrafluoroéthylène.
Ainsi, de telles parois flexibles permettent de maximiser l'étanchéité
(sytème hyperstatique) et de limiter les concentrations de contraintes sur la structure de chaque échangeur de chaleur, ce qui est particulièrement important pour de grandes dimensions.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble d'échangeurs de chaleur selon l'invention comprend en outre un échangeur de chaleur supplémentaire dit sous-refroidisseur, le sous-refroidisseur étant en communication de fluide avec l'un des échangeurs de chaleur juxtaposés.
Ainsi, un tel sous-refroidisseur permet d'augmenter les performances de l'ensemble d'échangeurs de chaleur, car il permet de sous-refroidir les liquides mis en œuvre par échange thermique avec l'azote résiduaire froid en sortie de colonne. La direction d'écoulement de l'azote résiduaire est la direction transversale, c'est-à-dire la direction correspondant à la largeur d'un échangeur de chaleur. Pour les liquides, la direction d'écoulement peut se faire à courant croisé ou contre-courant. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque échangeur de chaleur comprend, sur sa périphérie, des boîtes d'alimentation primaire et des boîtes d'alimentation secondaire qui sont conformées pour introduire ou évacuer du fluide primaire ou du fluide secondaire respectivement dans ou hors des passages primaires ou des passages secondaires, les boîtes d'alimentation primaire et les boîtes d'alimentation secondaire étant de préférence agencées de sorte que le fluide primaire s'écoule dans le sens inverse du fluide secondaire.
Ainsi, les boîtes d'alimentation primaire et les boîtes d'alimentation secondaire permettent un échange de chaleur dit « à contre-courant », qui est particulièrement efficace.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque échangeur de chaleur comprend des entretoises qui définissent des passages primaire ou des passages secondaires et qui sont formées par des ondes d'échange de type décalées présentant une densité linéique supérieure à 800 ondes par mètre, ayant une longueur de décalage inférieure à 5 mm et ayant une hauteur d'ondes comprise entre 3 m et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 15 mm.
Ainsi, de telles entretoises confèrent un rendement d'échange thermique élevée à l'ensemble d'échangeurs de chaleur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque échangeur de chaleur est configuré de sorte que la direction d'écoulement des fluides primaire et secondaire dans chaque échangeur est une direction transversale s'étendant suivant la largeur d'un échangeur de chaleur.
Par ailleurs, la présente invention a pour objet une installation de séparation d'air par cryogénie, comprenant au moins un ensemble d'échangeurs de chaleur selon l'invention, le fluide primaire étant de l'air comprimé à haute pression, le fluide secondaire étant du diazote à basse pression.
Ainsi, une telle unité permet de séparer de l'air par cryogénie en grandes quantités.
Les modes de réalisation de l'invention et les variantes de l'invention mentionnés ci-avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement possible. La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'échangeurs de chaleur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une section suivant le plan II à la figure 1 ;
la figure 3 est une coupe suivant le plan III à la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail IV à la figure 2 ;
la figure 5 est une vue à plus grande échelle du détail V à la figure 3 ;
la figure 6 est une vue similaire à la figure 4 d'un mode de réalisation alternatif à la figure 4 ;
la figure 7 est une vue similaire à la figure 4 d'un mode de réalisation alternatif à la figure 4 ;
la figure 8 est une section suivant la ligne VIII-VIII ; et la figure 9 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'échangeurs de chaleur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 10 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'échangeurs de chaleur conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 1 1 est une coupe suivant le plan XI à la figure 10 ; et la figure 12 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'échangeurs de chaleur conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 , 2 et 3 illustrent un ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , pour former une unité 5 de transfert de chaleur sans contact entre un fluide primaire et un fluide secondaire.
Dans l'exemple des figures 1 à 3, l'unité 5 est destinée à être intégrée dans une installation de séparation d'air par cryogénie, qui comprend l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , et dans laquelle le fluide primaire est de l'air comprimé à haute pression, et le fluide secondaire du diazote à basse pression. L'air comprimé est le fluide calorigène et le diazote est le fluide frigorigène. Néanmoins, les fluides primaire et secondaire pourraient être d'autres fluides, en fonction de l'application de l'unité de transfert de chaleur.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'ensemble d'échangeurs de chaleur comprend plusieurs fluides calorigènes et/ou plusieurs fluides frigorigènes.
L'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 comprend deux échangeurs de chaleur 10 et 50 qui sont juxtaposés suivant des surfaces adjacentes respectives 1 1 et 51 . Les surfaces adjacentes 1 1 et 51 sont planes.
L'échangeur de chaleur 10 comporte un empilement de plusieurs plaques dont certaines sont schématisées à la figure 1 avec la référence 12. De même, l'échangeur de chaleur 50 comporte un empilement de plusieurs plaques dont certaines sont schématisées à la figure 1 avec la référence 52.
Les plaques 12 sont disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement Z, de façon à délimiter i) des passages primaires 12P conformés pour l'écoulement du fluide primaire, et ii) des passages secondaires 12S conformés pour l'écoulement de fluide secondaire. Les passages primaires 12P et les passages secondaires 12S se succèdent suivant un motif d'empilement prédéterminé (ici « -Primaire-Secondaire- Primaire- »).
Dans l'exemple des figures 1 à 3, chaque passage primaire 12P alterne avec un passage secondaire 12S. Alternativement, le motif d'empilement pourrait être du type comprenant deux passages secondaires entourant un passage primaire (« - Secondaire-Primaire-Secondaire- »).
De même, les plaques 52 sont disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement Z, de façon à délimiter i) des passages primaires 52P conformés pour l'écoulement du fluide primaire, et ii) des passages secondaires 52S conformés pour l'écoulement de fluide secondaire. Les passages primaires 52P et les passages secondaires 52S se succèdent suivant un motif d'empilement prédéterminé. Dans l'exemple des figures 1 à 3, chaque passage primaire 52P alterne avec un passage secondaire 52S. L'empilement des plaques 12 du premier échangeur 10 définit une première face de raccordement 12F qui est reliée fluidiquement aux passages primaires 12P du premier échangeur 10. De même, l'empilement des plaques 52 du deuxième échangeur 50 définit une deuxième face de raccordement 52F qui est reliée fluidiquement aux passages primaires 52S du deuxième échangeur 50.
De manière connue en soi, l'échangeur de chaleur 10 ou 50 a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle.
Ici, la largeur et la longueur de l'échangeur de chaleur 10 ou 50 sont mesurées respectivement suivant des axes X et Y.
Dans l'exemple des figures 1 à 3, la première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F ont chacune globalement la forme d'un rectangle. Le premier échangeur de chaleur 10 et le deuxième échangeur de chaleur 50 ont chacun globalement la forme d'un parallélépipède rectangle.
Le premier échangeur 10 et le deuxième échangeur 50 sont disposés de sorte que la première face de raccordement 12F est adjacente à la deuxième face de raccordement 52F. Dans l'exemple des figures 1 à 3, la première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F sont parallèles et disposées en regard l'une de l'autre.
La première face de raccordement 12F est globalement plane et perpendiculaire aux plaques 12 du premier échangeur 10. De même, la deuxième face de raccordement 52F est globalement plane et perpendiculaire aux plaques 52 du deuxième échangeur 50.
De plus, l'échangeur de chaleur 10 comporte des entretoises 14 qui s'étendent entre les plaques 12 de façon à définir i) des canaux primaires 14P conformés pour l'écoulement du fluide primaire. Entre deux autres plaques 12 successives, hors du plan de la figure 2, les entretoises 14 définissent ii) des canaux secondaires non représentés conformés pour l'écoulement du fluide secondaire. Les entretoises sont usuellement dénommées ondes d'échange ou « ailettes ».
De même, l'échangeur de chaleur 50 comporte des entretoises 54 qui s'étendent entre les plaques 52 de façon à définir i) des canaux primaires 54P conformés pour l'écoulement du fluide primaire, ou des canaux secondaires non représentés hors du plan de la figure 2.
Comme détaillé ci-après, l'échangeur de chaleur 10 comprend des moyens pour raccorder fluidiquement les échangeurs de chaleur 10 et 50.
Chaque échangeur de chaleur 10 ou 50 a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. La direction d'empilement Z est parallèle à la hauteur du parallélépipède rectangle. Les entretoises 14 ou 54 s'étendent parallèlement à la longueur du parallélépipède rectangle.
La première face de raccordement 12F a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur, suivant la direction longitudinale X, et par la hauteur, suivant la direction d'empilement Z, du premier échangeur de chaleur 10.
La deuxième face de raccordement 52F a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur, suivant la direction longitudinale X, et par la hauteur, suivant la direction d'empilement Z, du deuxième échangeur de chaleur 50.
La première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F forment chacune globalement une surface plane 1 1 ou 51 qui est perpendiculaire à la direction d'empilement Z et qui est parallèle à la longueur (direction X) et à la largeur (direction Y) du parallélépipède rectangle que forme le premier ou deuxième échangeur 10 ou 50.
Chaque échangeur de chaleur 10 ou 50 comprend, sur sa périphérie, des boîtes d'alimentation primaire 16 ou 56 et des boîtes d'alimentation secondaire 18 ou 58. Les boîtes d'alimentation primaire 16 ou 56 et les boîtes d'alimentation secondaire 18 ou 58 sont conformées pour introduire ou évacuer du fluide primaire ou du fluide secondaire respectivement dans ou hors des passages primaires 12P ou des passages secondaires 12S. Les boîtes d'alimentation primaire 16 ou 56 et les boîtes d'alimentation secondaire 18 ou 58 sont ici agencées de sorte que le fluide primaire s'écoule dans le sens inverse du fluide secondaire, autrement dit « à contre-courant ».
L'unité 5 comprend en outre des collecteurs primaires 6 et des collecteurs secondaires 7. Les collecteurs primaires 6 canalisent tout ou partie du fluide primaire sous haute pression et les collecteurs secondaires 7 canalisent tout ou partie du fluide secondaire sous basse pression. Comme le montrent les figures 2, 3, 4 et 5, entre deux plaques successives 12 ou 52, une série d'entretoises 14 ou 54 est agencée de façon à ménager au moins un espace de distribution respectif 21 P, 21 S ou 61 P, 61 S. L'espace de distribution 21 P, 21 S ou 61 P, 61 S est dépourvu d'entretoises 14 ou 54 et il est délimité par les deux plaques successives 12 ou 52 et par la face de raccordement respective 12 ou 52, de sorte que cet espace de distribution 21 P, 21 S ou 61 P, 61 S est en communication de fluide avec tout ou partie des canaux primaires 14P ou secondaires 14S définis par cette série d'entretoises 14 ou 54. La dimension de l'espace de distribution selon la direction longitudinale X est typiquement de l'ordre de 50 mm à 100 mm.
Alternativement, un ou des espace(s) de distribution peu(ven)t être dépourvu(s) de toute entretoise ou peu(ven)t contenir des entretoises dites de distribution, c'est-à-dire permettant une circulation des fluides en direction des boîtes d'alimentation primaire 16 ou 56 et/ou des boîtes d'alimentation secondaire 18 ou 58, ou encore peu(ven)t comporter un dispositif de support mécanique permettant le brasage avec maintien d'une libre circulation du fluide transversalement dans le plan du passage. Par exemple, les espaces de distribution peuvent comporter une mousse solide d'aluminium, une barre usinée de manière à enlever un maximum de matière tout en résistant à la pression, des pions ou une tôle à picots.
Plus précisément, l'espace de distribution 21 P ou 61 P est en communication de fluide avec des canaux primaires 14P, tandis que l'espace de distribution 21 S ou 61 S est en communication de fluide avec tout ou partie des canaux secondaires 14S.
Dans l'exemple des figures 1 à 3, chaque série d'entretoises comprend toutes les entretoises 14 ou 54 qui sont disposées entre les deux plaques successives 12 ou 52. En d'autres termes, l'espace de distribution 21 P ou 61 P a la même section débitante que le passage primaire correspondant 12P ou 52P. L'espace de distribution 21 P ou 61 P peut avoir une section débitante supérieure au passage primaire correspondant 12P ou 52P. De même, l'espace de distribution 21 S ou 61 S a la même section débitante que le passage secondaire correspondant 12S ou 52S. Par ailleurs, l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 comprend une enceinte 30 qui est délimitée par la première face de raccordement 12F, par la deuxième face de raccordement 52F et par un volume d'enceinte V30 qui s'étend entre la première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F.. Le volume d'enceinte V30 est défini par des parois d'enceinte qui enveloppent le volume d'enceinte.
L'enceinte 30 présente des compartiments primaires 30P et des compartiments secondaires 30S qui se succèdent suivant la direction Y qui est transversale à la direction d'empilement Z.
En outre, l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 comprend des compartiments primaires 30P qui sont agencés dans le volume d'enceinte V30 pour canaliser tout ou partie du fluide primaire entre le premier échangeur 10 et le deuxième échangeur 50 à travers la première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F.
De même, l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 comprend des compartiments secondaires 30S qui sont distincts des compartiments primaires 30P. Les compartiments secondaires 30S sont agencés dans le volume d'enceinte V30 pour canaliser tout ou partie du fluide secondaire entre le premier échangeur 10 et le deuxième échangeur 50 à travers la première face de raccordement 12F et la deuxième face de raccordement 52F.
Chaque compartiment primaire 30P est en communication de fluide avec deux passages primaires respectifs 12P et 52P qui appartiennent respectivement aux deux échangeurs de chaleur 10 et 50, de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire entre les échangeurs de chaleur 10 et 50, comme le symbolisent des flèches à la figure 2 ou 4.
De même, chaque compartiment secondaire 30S est en communication de fluide avec deux passages secondaires respectifs 12S et 52S appartenant respectivement aux deux échangeurs de chaleur 10 et 50, de façon à permettre l'écoulement du fluide secondaire entre les échangeurs de chaleur 10 et 50, comme le symbolisent des flèches à la figure 3 ou 5.
Comme le montre la figure 4, les compartiments primaires 30P sont formés par des conduites primaires 31 P qui s'étendent chacune entre les surfaces adjacentes 1 1 et 51 et parallèlement à la direction d'empilement Z. Comme le montre la figure 2, les conduites primaires 31 P sont réparties à intervalles réguliers suivant la direction Y qui est transversale à la direction d'empilement Z.
Les conduites primaires 31 P sont en communication de fluide avec les passages primaires 12P et 52P de chaque échangeur de chaleur 10 ou 50, de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire entre les échangeurs de chaleur 10 et 50.
Dans l'exemple des figures 1 à 3, chaque compartiment secondaire 30S est formé par les parois de l'enceinte 30 et par les parois de deux conduites primaires successives 31 P.
Comme le montre la figure 4, chaque conduite primaire 31 P a la forme d'un prisme à base rectangulaire et dont les génératrices sont parallèles à la direction d'empilement Z. Par conséquent, les parois des conduites primaires 31 P sont planes et parallèles à la direction d'empilement Z.
Comme le montrent les figures 2 et 5, dans chaque passage secondaire 12S ou 52S, un organe d'obturation 122S ou 162S est placé sur la conduite primaire respective 131 P de façon à empêcher l'écoulement de fluide secondaire dans cette conduite primaire 131 P.
La figure 6 illustre une partie d'un ensemble d'échangeurs de chaleur 101 conforme à une variante de réalisation de l'invention. Dans la mesure où l'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 est similaire à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , la description de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 à 4 peut être transposée à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 , à l'exception des différences notables énoncées ci-après.
Un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 porte la même référence numérique augmentée de 100. On définit ainsi des entretoises 1 14 et 154, des espaces de distribution 121 P et 161 P, un compartiment primaire 130P et des compartiments secondaires 130S et une conduite primaire 131 P.
L'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , car chaque conduite primaire 131 P est composée de trois parties solidarisées entre elles par des formes complémentaires, en l'occurrence des queues d'aronde 133. Les figures 7 et 8 illustrent une partie d'un ensemble d'échangeurs de chaleur qui est conforme à une autre variante de réalisation de l'invention et qui diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 , car les parties sont solidarisées par des formes complémentaires pouvant définir des éléments d'encliquetage.
La figure 9 illustre un ensemble d'échangeurs de chaleur 301 conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où l'ensemble d'échangeurs de chaleur 301 est similaire à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , la description de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 à 4 peut être transposée à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 301 , à l'exception des différences notables énoncées ci-après.
Un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 301 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 porte la même référence numérique augmentée de 300. On définit ainsi des échangeurs de chaleur 310 et 350.
L'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , car l'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 comprend un échangeur de chaleur supplémentaire dit sous-refroidisseur 370. Le sous-refroidisseur 370 est en communication de fluide avec l'échangeur de chaleur 350.
Les figures 10 et 1 1 illustrent un ensemble d'échangeurs de chaleur 401 conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où l'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 est similaire à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , la description de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 à 4 peut être transposée à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 , à l'exception des différences notables énoncées ci-après.
Un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 porte la même référence numérique augmentée de 400. On définit ainsi un premier échangeur 410 et un deuxième échangeur 450, une première face de raccordement 412F et une deuxième face de raccordement 452F, une enceinte 430, des conduites primaires 431 P, des collecteurs primaires 406, des collecteurs secondaires 407 et des boîtes d'alimentation secondaire 418 ou 458.
Comme le montrent les figures 10 et 1 1 , l'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , principalement car le premier échangeur 410 et le deuxième échangeur 450 sont disposés côte-à-côte. La première face de raccordement 412F et la deuxième face de raccordement 452F sont orientées suivant des directions normales respectives N412F et N452F qui sont parallèles. Ainsi, l'enceinte 430 et son volume d'enceinte ont globalement la forme d'un demi-cylindre.
De plus, à la différence de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , la première face de raccordement 412F et la deuxième face de raccordement 452F sont disposées de façon à présenter un bord confondu, comme le montrent les figures 10 et 1 1 .
Par ailleurs, à la différence de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , les conduites primaires 431 P comprennent i) un collecteur 431 C longitudinal de forme tubulaire à section circulaire, et ii) des tubes primaires 431 T reliant fluidiquement le collecteur 431 C à la première face de raccordement 412F et à la deuxième face de raccordement 452F.
En outre, l'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , car l'enceinte 430, donc le volume d'enceinte, forme intégralement le compartiment secondaire. Ce compartiment secondaire s'étend donc autour des compartiments primaires que forment les conduites primaires 431 P. L'ensemble d'échangeurs de chaleur 401 comprend des moyens d'étanchéité entre, d'une part, l'enceinte et, d'autre part, la première face de raccordement et la deuxième face de raccordement.
La figure 12 illustre un ensemble d'échangeurs de chaleur 501 conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où l'ensemble d'échangeurs de chaleur 501 est similaire à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , la description de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 à 4 peut être transposée à l'ensemble d'échangeurs de chaleur 501 , à l'exception des différences notables énoncées ci-après. Un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 501 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un composant de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 porte la même référence numérique augmentée de 500. On définit ainsi un premier échangeur 510 et un deuxième échangeur 550, une première face de raccordement 512F et une deuxième face de raccordement 552F, une enceinte 530, des conduites primaires 531 P.
Comme le montre la figure 12, l'ensemble d'échangeurs de chaleur 501 diffère de l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 , principalement car la première face de raccordement 512F et la deuxième face de raccordement 552F sont orthogonales l'une à l'autre.
La première face de raccordement 512F et la deuxième face de raccordement 552F sont disposées de façon à présenter un bord confondu. Ainsi, l'enceinte 530 a globalement la forme d'un quart de cylindre.

Claims

Revendications
1 . Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 101 ; 301 ; 401 ; 501 ), destiné à former une unité (5) de transfert de chaleur sans contact entre un fluide primaire et un fluide secondaire, l'ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) comprenant deux échangeurs (10, 50 ; 410 ; 550 ; 510, 550), à savoir un premier échangeur (10 ; 410 ; 510) et un deuxième échangeur (50 ; 450 ; 550) adaptés pour échanger de la chaleur entre au moins un fluide primaire, par exemple de l'air comprimé à haute pression, et au moins un fluide secondaire, par exemple du diazote à basse pression,
chaque échangeur (10, 50) comprenant un empilement de plusieurs plaques (12, 52) disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement (Z), de façon à délimiter au moins i) des passages primaires (12P, 52P) conformés pour l'écoulement de fluide primaire et ii) des passages secondaires (12S, 52S) conformés pour l'écoulement de fluide secondaire, les passages primaires (12P, 52P) et les passages secondaires (12S, 52S) se succédant suivant un motif d'empilement prédéterminé,
l'empilement des plaques (12) du premier échangeur (10 ; 410 ; 510) définissant une première face de raccordement (12F ; 412F ; 512F) reliée fluidiquement aux passages primaires (12P) du premier échangeur (10 ; 410 ; 510), l'empilement des plaques (52) du deuxième échangeur (50 ; 450 ; 550) définissant une deuxième face de raccordement (52F ; 452F ; 552F) reliée fluidiquement aux passages primaires (52P) du deuxième échangeur (50 ; 450 ; 550) ;
l'ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 101 ; 301 ; 401 ; 501 ) étant caractérisé en ce que le premier échangeur (10) et le deuxième échangeur (50) sont disposés de sorte que la première face de raccordement (12F) est adjacente à la deuxième face de raccordement (52F) ; et
en ce qu'il comprend en outre :
une enceinte (30 ; 430 ; 530) délimitée par la première face de raccordement, par la deuxième face de raccordement et par un volume d'enceinte (V30) s'étendant entre la première face de raccordement (12F ; 412F ; 512F) et la deuxième face de raccordement (52F ; 452F ; 552F), au moins un compartiment primaire (30P) agencé dans le volume d'enceinte (V30) pour canaliser tout ou partie du fluide primaire entre le premier échangeur (10) et le deuxième échangeur (50) à travers la première face de raccordement (12F ; 412F ; 512F) et la deuxième face de raccordement (52F ; 452F ; 552F),
au moins un compartiment secondaire qui est distinct dudit au moins un compartiment primaire et qui est agencé dans le volume d'enceinte (V30) pour canaliser tout ou partie du fluide secondaire entre le premier échangeur (10) et le deuxième échangeur (50) à travers la première face de raccordement (12F ; 412F ; 512F) et la deuxième face de raccordement (52F ; 452F ; 552F).
2. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 101 ; 301 ; 401 ; 501 ) selon la revendication 1 , dans lequel la première face de raccordement (12F ; 412F ; 512F) est globalement plane et perpendiculaire auxdites plaques (12) du premier échangeur, et la deuxième face de raccordement (52F ; 452F ; 552F) est globalement plane et perpendiculaire aux plaques (52) du deuxième échangeur.
3. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon la revendication 2, dans lequel la première face de raccordement (12F) et la deuxième face de raccordement (52F) sont parallèles et disposées en regard l'une de l'autre.
4. Ensemble d'échangeurs de chaleur (401 ) selon la revendication 2, dans lequel le premier échangeur (410) et le deuxième échangeur (450) sont disposés côte-à-côte, la première face de raccordement (412F) et la deuxième face de raccordement (452F) étant orientées suivant des directions normales respectives qui sont substantiellement parallèles, la première face de raccordement (412F) et la deuxième face de raccordement (452F) étant de préférence disposées de façon à présenter un bord voisin ou confondu.
5. Ensemble d'échangeurs de chaleur (501 ) selon la revendication 2, dans lequel la première face de raccordement (512F) et la deuxième face de raccordement (552F) sont substantiellement orthogonales l'une à l'autre, la première face de raccordement (552F) et la deuxième face de raccordement (552F) étant de préférence disposées de façon à présenter un bord voisin ou confondu.
6. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume d'enceinte (V30) forme le compartiment secondaire.
7. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première face de raccordement (12F) a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur et par la hauteur, suivant la direction d'empilement, du premier échangeur (10), et dans lequel la deuxième face de raccordement (52F) a globalement la forme d'un rectangle dont les bords sont définis par la longueur et par la hauteur, suivant la direction d'empilement, du deuxième échangeur (50).
8. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chacun des échangeurs (10, 50), la longueur est très supérieure, de préférence d'un facteur supérieur à quatre, à la hauteur mesurée suivant la direction d'empilement.
9. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les compartiments primaires (30P) sont formés par des conduites primaires (31 P) qui s'étendent chacune entre les faces de raccordement (12, 52) et parallèlement à la direction d'empilement (Z), les conduites primaires (31 P) étant réparties avec des intervalles prédéterminés, de préférence à intervalles réguliers, suivant une direction transversale (Y) à la direction d'empilement (Z), les conduites primaires (31 P) étant en communication de fluide avec les passages primaires (12P, 52P) de chaque échangeur (101 ) de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire entre les échangeurs de chaleur (10, 50) ; et
dans lequel chaque compartiment secondaire (30S) est formé par les parois de l'enceinte (30) et par les parois de deux conduites primaires successives (31 P).
10. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon la revendication 3, dans lequel chaque conduite primaire (31 P) a la forme d'un prisme à base rectangulaire ou d'un cylindre à base curviligne et dont les génératrices sont parallèles à la direction d'empilement (Z).
1 1 . Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 101 ) selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, dans lequel chaque conduite primaire (31 P ; 131 P ; 231 P) est composée d'au moins deux parties solidarisées entre elles par des moyens de solidarisation mécanique (133, 233), les moyens de solidarisation mécanique étant de préférence sélectionnés dans le groupe constitué par des vis, des brides, des rivets, des éléments de sertissage, des éléments d'encastrement, des éléments d'encliquetage, des éléments d'emmanchement et des formes complémentaires telles que des queues d'aronde.
12. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans chaque passage secondaire (12S, 52S), un organe d'obturation (122S, 162S) est placé sur la conduite primaire respective (31 P) de façon à empêcher l'écoulement de fluide secondaire dans ladite conduite primaire (31 P).
13. Ensemble d'échangeurs de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les compartiments primaires et les compartiments secondaires sont totalement ou partiellement délimités par des parois en matériau flexible, le matériau flexible étant de préférence sélectionné dans le groupe constitué de d'un acier inoxydable, d'aluminium, d'un alliage d'aluminium et de matériaux organiques souples à basse température, tel que le polytétrafluoroéthylène.
14. Ensemble d'échangeurs de chaleur (301 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un échangeur supplémentaire dit sous-refroidisseur (370), le sous-refroidisseur (370) étant en communication de fluide avec l'un des échangeurs de chaleur juxtaposés (310, 350).
15. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque échangeur (10, 50) comprend, sur sa périphérie, des boîtes d'alimentation primaire (16, 56) et des boîtes d'alimentation secondaire (18, 58) qui sont conformées pour introduire ou évacuer du fluide primaire ou du fluide secondaire respectivement dans ou hors des passages primaires (12P, 52P) ou des passages secondaires (12S, 52S), les boîtes d'alimentation primaire (16, 56) et les boîtes d'alimentation secondaire (18, 58) étant de préférence agencées de sorte que le fluide primaire s'écoule dans le sens inverse du fluide secondaire.
16. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque échangeur de chaleur comprend des entretoises qui définissent des passages primaire ou des passages secondaires et qui sont formées par des ondes d'échange de type décalées, les ondes d'échange présentant une densité linéique supérieure à 800 ondes par mètre, ayant une longueur de décalage inférieure à 5 mm et ayant une hauteur d'ondes comprise entre 3 m et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 15 mm.
17. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque échangeur de chaleur est configuré de sorte que la direction d'écoulement des fluides primaire et secondaire dans chaque échangeur est une direction transversale (Y) s'étendant suivant la largeur d'un échangeur de chaleur.
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