FR2844040A1 - Echangeur de chaleur a plaques brasees et installation correspondante - Google Patents
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Abstract
Cet échangeur de chaleur principal pour installation de séparation d'un mélange de gaz est destiné à mettre un fluide d'alimentation en relation d'échange thermique indirect à contre-courant avec des fluides issus de la séparation. L'échangeur comprend des plaques rectangulaires, des barres de fermeture périphériques et des ondes-entretoises d'échange thermique interposées entre les plaques rectangulaires, ainsi que des boîtes d'entrée (30, 32) et de sortie (34, 36, 40) de fluide coiffant des fenêtres.Les barres de fermeture et les plaques rectangulaires délimitent des passages d'échange thermique, et les ondes-entretoises d'échange thermique définissent une longueur d'échange de chaleur.L'échangeur de chaleur (4) a une hauteur d'empilage et les passages d'échange thermique ont une largeur de passage.Au moins l'une des deux dimensions largeur de passage ou hauteur d'empilage est supérieure à la longueur d'échange de chaleur.Application aux installations de distillation d'air.
Description
? La présente invention concerne un échangeur de chaleur principal pour
installation de séparation d'un mélange de gaz, notamment de distillation d'air, destiné à mettre au moins un fluide d'alimentation, en particulier deux fluides d'alimentation, en relation d'échange thermique indirect à contre-courant 5 avec au moins deux fluides issus de la séparation, cet échangeur étant du type comprenant - des plaques rectangulaires, disposées parallèle-ment les unes aux autres, - des barres de fermeture périphériques interposées entre les plaques 10 rectangulaires, ces barres laissant libres des rangées de fenêtres d'entrée et de sortie de fluides, - des ondes-entretoises d'échange thermique interposées entre les plaques rectangulaires, et - des boîtes d'entrée et de sortie de fluide coiffant chaque rangée de 15 fenêtres, les barres de fermeture et les plaques rectangulaires délimitant une pluralité de passages d'échange thermique, dont au moins trois séries de passages équipées de trois ensembles de boîtes d'entrée et de sortie pour trois fluides distincts, les ondesentretoises d'échange thermique définissant une 20 longueur d'échange de chaleur, l'échangeur de chaleur ayant une hauteur d'empilage mesurée perpendiculairement aux plaques rectangulaires, les passages d'échange thermique ayant une largeur de passage mesurée perpendiculairement à la
hauteur d'empilage et à la longueur d'échange de chaleur.
Elle s'applique notamment aux échangeurs de chaleur principaux des
installations de séparation d'air par distillation.
Les installations de distillation d'air comprennent généralement des échangeurs principaux de chaleur à plaques brasées formant la ligne d'échange thermique principale de l'installation. Ces échangeurs mettent en relation 30 d'échange de chaleur, d'une part, l'air à température ambiante et, d'autre part, des fluides cryogéniques venant de la colonne de distillation. A la sortie de ? l'échangeur de chaleur, l'air a une température de l'ordre de -1800C, tandis que
les fluides réchauffés sont sensiblement à la température ambiante.
Les échangeurs de chaleur en question comprennent une pluralité de
plaques disposées parallèlement les unes aux autres. Des ondes de distribution 5 et une onde d'échange thermique sont disposées en sandwich entre les plaques.
Des barres de fermeture latérale sont interposées entre les plaques, les long des bords, et laissent subsister des fenêtres d'entrée/de sortie de gaz. Ces fenêtres sont coiffées par des boîtes d'entrée/de sortie qui sont raccordées à des
conduites d'alimentation/d'évacuation de fluides.
La présente invention a pour but de proposer un échangeur de chaleur principal, au sens indiqué plus haut, qui ait un faible cot de fabrication pour une
capacité de transfert de chaleur et pour des dimensions données.
A cet effet l'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type précité, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux dimensions largeur de 15 passage ou hauteur d'empilage est supérieure à la longueur d'échange de chaleur. Selon d'autres modes de réalisation, I'échangeur de chaleur selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la hauteur d'empilage est supérieure à la longueur d'échange de 20 chaleur; - la largeur de passage est supérieure à la longueur d'échange de chaleur; - au moins l'une des dimensions largeur de passage ou hauteur d'empilage est au moins deux fois la longueur d'échange de chaleur, de 25 préférence au moins trois fois la longueur d'échange de chaleur; - I'échangeur de chaleur est adapté pour effectuer un transfert de chaleur entre lesdits fluides avec une valeur de nombre d'unités de transfert NTU (=(Tc1-Tf1)/ATlog) supérieure à 20, notamment supérieure à 40, et en particulier supérieure à 80, avec Tcl la température moyenne du (des) fluide(s) 30 entrant au bout chaud, Tc2 la température moyenne des fluides sortant au bout chaud, Tfl la température moyenne des fluide entrant au bout froid, Tf2 la température moyenne du (des) fluide(s) sortant au bout froid, ATc = Tcl-Tc2, l'écart de températures au bout chaud, ATf = Tfl-Tf2 l'écart de températures au bout froid, soit ATIog = (ATc -ATf)/In(ATc/ATf) I'écart moyen de température au sein de l'échangeur entre le(s) fluide(s) chaud(s) et les fluides froids - la longueur d'échange de chaleur est inférieure à 3 m; - au moins une boîte d'entrée ou de sortie de fluide s'étend suivant toute la hauteur d'empilage; l'échangeur de chaleur comprend, dans au moins l'un des passages d'échange thermique, deux ondes-entretoises de distribution, les sens de distribution de ces ondes-entretoises de distribution ayant des composantes 10 opposées, et ces deux ondes de distribution sont associées à une seule boîte d'entrée ou de sortie; et - la longueur de distribution des ondes-entretoises de distribution est
comprise entre 150mm et 400mm pour chaque bout.
L'invention a en outre pour objet une installation de séparation d'un 15 mélange de gaz, notamment distillation d'air, comprenant un échangeur de
chaleur principal tel que défini ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue en perspective d'un module d'échangeurs de chaleur comprenant des échangeurs de chaleur suivant un premier mode de réalisation de l'invention; - les Figures 2A à 2D sont des vues en coupe d'un échangeur de chaleur selon l'invention suivant les plans IIA à IID de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue schématique en perspective d'un four de brasage contenant un corps de base d'un échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation de l'invention; - les Figures 4A à 4D sont des vues en coupe d'une variante un échangeur de chaleur selon le premier mode de réalisation de l'invention; - la Figure 5 est une vue en perspective d'un module d'échangeurs de chaleur comprenant des échangeurs de chaleur selon un second mode de réalisation de l'invention; - la Figure 6 est une vue en coupe suivant le plan Vl de la Figure 5; et - la Figure 7 est une vue schématique d'un four de brasage contenant un corps de base d'un échangeur de chaleur selon le second mode de réalisation
de l'invention.
Sur la Figure 1 est représenté un module d'échangeurs de chaleur selon un premier mode de réalisation de l'invention, désigné par la référence
générale 2.
Le module 2 comprend deux échangeurs de chaleur 4 montés sur
deux châssis respectifs 6.
Les échangeurs de chaleur 4 sont des échangeurs de chaleur principaux d'une installation de distillation d'air. Ils sont adaptés pour mettre en échange thermique des fluides à chauffer et des fluides à refroidir. Dans le cas présent, les fluides à chauffer sont de l'azote résiduaire et de l'oxygène cryogéniques (à environ -180 C à -200 C) venant de la colonne de distillation, et 15 les fluides à refroidir sont de l'air moyenne pression (6 bars absolus, température
ambiante) ainsi que de l'air haute pression (20 bars, température ambiante).
A cet effet, le module 2 d'échangeurs de chaleur comprend quatre conduites collectrices d'alimentation 8, 10, 12, 14 pour chacun des fluides, ainsi
que quatre conduites collectrices d'évacuation 16,18, 20, 22 de ces fluides.
2 0 Chacun des échangeurs de chaleur 4 comprend un corps de base 24, généralement en aluminium ou en alliage d'aluminium, de forme parallélépipédique, et une pluralité de boîtes d'entrée 26, 28, 30, 32/de sortie 34,
36, 38, 40 de forme générale semi-cylindrique.
Les boîtes d'entrée 26, 28, 30, 32/de sortie 34, 36, 38, 40 sont 25 fabriquées par exemple en tôle.
Chacune des boîtes d'entrée/de sortie est raccordée à l'une des conduites d'alimentation 8, 10, 12, 14 ou d'évacuation 16, 18, 20, 22 correspondante par l'inter-médiaire de conduites de branchement 42, 44, 46, 48,
, 52, 54, 56.
Comme représenté sur la Figure 3, le corps de base 24 comprend une multitude de plaques rectangulaires 58, toutes identiques, disposées parallèlement les unes aux autres. Les plaques 58 ont, vis-à-vis de la direction de circulation des fluides, une longueur I et une largeur L. A l'état monté de l'échangeur de chaleur 4 (Figure 1), la longueur I s'étend verticalement tandis
que la largeur L s'étend horizontalement.
Ces deux dimensions I et L définissent deux dimensions du corps de 5 base 24. La troisième dimension du corps de base 24 est la hauteur d'empilage h, qui s'étend perpendiculairement aux plaques rectangulaires 58 et qui désigne la distance entre les surfaces frontales du corps de base 24, formées par les deux plaques 58 d'extrémité. Le corps de base 24 comprend quatre bords d'empilage 60 qui s'étendent suivant la direction de la hauteur d'empilage h. Entre les plaques 58 sont interposées, d'une part, des barres de fermeture 62 périphériques à section carrée de côté e, et, d'autre part, des ondes-entretoises, à savoir des ondes-entretoises d'échange thermique 64, 66, 68, 70, des ondes de distribution 72, 74, 76, 78 et des ondes d'entrée/de sortie
, 82, 84, 86 (voir Figures 2A à 2D).
Entre les plaques 58 sont ainsi délimités un grand nombre de premiers et de seconds passages de chauffage d'azote 96 (Figure 2A), respectivement d'oxygène 98 (Figure 2C), ainsi que des premiers et des seconds passages de refroidissement d'air moyenne pression 100 (Figure 2B) et d'air haute pression 102 (Figure 2D). Chacun des passages 96, 98, 100, 102 a une largeur Lp, avec L 20 = Lp+2e. Les passages de refroidissement alternent avec les passages de chauffage. Entre les barres de fermeture 62 de chacun des passages 96, 98,100, 102 subsistent des fenêtres d'entrée/de sortie 104, 106, 108L, 108C, 110 pour
chacun des quatre gaz.
Chacun des premiers et seconds passages 96, 98 de chauffage ainsi que chacun des seconds passages 102 de refroidissement comprend deux fenêtres d'entrée et deux fenêtres de sortie 104, 106, 110. Chacun des premiers passages de refroidissement 100 comprend trois fenêtres d'entrée et trois
fenêtres de sortie 108L, 108C.
Les fenêtres d'entrée/de sortie 104, 106, 108L, 108C, 110 des passages associés à un gaz forment des rangées de fenêtres suivant la hauteur d'empilage h (voir Figure 3). Chaque rangée de fenêtres est coiffée par l'une des
boîtes d'entrée 26, 28, 30, 32/de sortie 34, 36, 38, 40 correspondante.
Les centres des fenêtres d'entrée/de sortie d'azote 104 sont disposées sensiblement à une distance de L/4 d'un des bords d'empilage 60 du corps de 5 I'échangeur 24 et à une distance mutuelle l'une de l'autre de /2 (Figure 2A). Les fenêtres d'entrée/de sortie du passage 100 (Figure 2B) comprennent deux fenêtres d'entrée/de sortie latérales 108L qui sont adjacentes au bord d'empilage 60 et qui ont une largeur f. Les fenêtres comprennent en outre une fenêtre d'entrée/de sortie centrale 108C, qui est disposée sensiblement au milieu de la 10 largeur L du corps de base 24, et qui a une largeur F qui est le double de la
largeur f.
Les fenêtres d'entrée/de sortie d'oxygène 106 (Figure 2C) sont disposées d'un côté des fenêtres de sortie/d'entrée d'azote 104, adjacentes à celles-ci.
Les fenêtres d'entrée 104, 106, 108L, 108C sont disposées en vis-àvis des fenêtres correspondantes de sortie 104,106, 108L, 108C.
Les fenêtres d'entrée 110 d'air haute pression sont adjacentes aux fenêtres de sortie d'azote 104, et disposées de l'autre côté de celles-ci par
rapport aux fenêtres de sortie d'oxygène 106 (Figure 2D).
2 0 Chacune des fenêtres de sortie 110 d'air haute pression est agencée sur une surface latérale du corps de base 24, s'étendant suivant la longueur!, à une distance des bords d'empilage 60 qui est approximativement la moitié de cette longueur I. Entre, d'une part, les boîtes d'entrée 32 d'air haute pression et les 25 boîtes de sortie 36 d'oxygène et, d'autre part, les boîtes d'entrée 30 d'air moyenne pression subsistent des surfaces planes fermées 112 qui sont
dépourvues de boîtes d'entrée/de sortie.
De l'autre côté du corps de base 24 subsistent des surfaces libres 114
entre les boîtes de sortie 38 d'air moyenne pression et les boîtes d'entrée 26 30 d'azote ou les boîtes d'entrée 28 d'oxygène.
Comme illustré sur les Figures 2A à 2C, les ondes d'échange thermique 64, 66, 68 s'étendent dans les passages de chauffage d'azote 96/d'oxygène 98 et les passages de refroidissement d'air moyenne pression 100 suivant la direction de la longueur! sur une longueur d'échange de chaleur!e De chaque côté d'une de ces ondes d'échange thermique 64, 66, 68 se raccordent quatre ondes de distribution 72, 74, 76 et quatre ondes d'entrée/de 5 sortie 80, 82, 84. Les ondes d'échange thermique 64, 66, 68 s'étendent, de chaque côté, sur une longueur de distribution Id mesurée suivant la direction de la
longueur!. La longueur! des plaques 58 est identique à le + 2!d + 2e.
L'onde d'échange thermique 70 (Figure 2D) s'étend sur une longueur
de l'échange réduite Ir, qui est sensiblement la moitié de la longueur d'échange le, 10 dans la partie supérieure du passage 102.
Du côté entrée de l'onde d'échange thermique 70 se raccordent quatre ondes de distribution 78 et quatre ondes d'entrée 86, tandis que du côté sortie de cette onde 70 se raccordent deux ondes de distribution 78 et deux ondes de
sortie 86.
Dans le cas o le corps de base 24 comprendrait des ondesentretoises d'échange de chaleur de longueur d'échange différente le et /r, la longueur d'échange de chaleur la plus grande le est considérée pour la détermination du rapport aux autres dimensions h et Lp de l'échangeur de chaleur. Les ondes d'échange thermique 64, 66, 68, 70 définissent une
direction générale de circulation de fluide G dans l'échangeur de chaleur 4.
Les ondes d'entrée/de sortie 80, 82, 84, 86 sont ondulées suivant la même direction que les ondes d'échange. Elles ont, en vue en plan, une forme de triangle rectangle dont un côté de l'angle droit longe la fenêtre d'entrée/de 2 5 sortie 104, 106, 108L, 108C, 110 correspondante. Les ondes d'entrée/de sortie
84 associées aux fenêtres latérales 108L comprennent un côté de l'angle droit qui longe une barre de fermeture 62. Les ondes d'entrée/de sortie d'azote 80, d'oxygène 82 et d'air moyenne pression 84 associées à la fenêtre centrale 108C, ainsi que les ondes d'entrée d'air haute pression 86, sont regroupées deux par 30 deux en formant à chaque fois un triangle isocèle.
Entre chaque onde d'entrée/de sortie 80, 82, 84, 86 et une onde d'échange thermique correspondante 64, 66, 68, 70 s'étend l'une des ondes de
distribution 72, 74, 76, 78.
Chaque onde de distribution 72, 74, 76, 78 s'étend sur 5 approximativement un quart de la largeur de passage Lp, à l'exception des ondes de distribution de sortie d'air haute pression 78, qui s'étendent sur sensiblement
la moitié de cette largeur Lp (voir Figure 2D).
Les ondes de distribution 72, 74, 76, 78 sont ondulées suivant des
directions inclinées par rapport aux ondes d'échange thermique 64, 66, 68, 70. 10 De préférence, elles sont inclinées d'un angle cx compris entre 10 et 45 .
Chaque onde de distribution 72, 74, 76, 78 définit un sens de distribution Sl ou S2. Ces sens de distribution Sl, S2 ont une première composante dirigée dans la direction générale de circulation de fluide G ainsi qu'une seconde composante s'étendant perpendiculairement à cette direction G. Les secondes composantes 15 des sens de distribution Sl, S2 sont dirigées dans des sens opposés.
L'échangeur de chaleur 4 comprend deux boîtes d'entrée 26, 28 et
deux boîtes de sortie 34, 36 pour chacun des gaz à chauffer, azote et oxygène.
Les boîtes d'entrée 26, 28 sont disposées sur la partie inférieure du corps de base 24 tandis que les boîtes de sortie 34, 36 sont disposées sur la partie
2 0 supérieure de ce corps de base.
Les boîtes d'entrée/de sortie comprennent trois boîtes d'entrée 30 et trois boîtes de sortie 38 d'air moyenne pression, à savoir une boîte centrale et deux boîtes latérales respectives, ainsi que deux boîtes d'entrée 32 et de sortie 40 d'air haute pression. Les boîtes d'entrée 30, 32 sont disposées sur la partie 25 supérieure du corps de base 24. Les boîtes de sortie 38 d'air moyenne pression sont disposées sur la partie inférieure du corps de base 24 en vis-à-vis des boîtes d'entrée 30 correspondantes, tandis que les boîtes de sortie 40 d'air haute
pression sont disposées sur les côtés du corps de base 24.
Chacune des boîtes d'entrée 26, 28/ de sortie 34, 36, à l'exception des 30 boîtes de sortie 40 d'air haute pression, ainsi que chacune des boîtes centrales est raccordée à deux ondes de distribution 72, 74, 76, 78 dont une a un sens
Sl et l'autre a un sens S2 de distribution.
Ainsi, la longueur de distribution Id est relativement courte par rapport aux dimensions des boîtes d'entrée/de sortie, et un nombre faible de boîtes
d'entrée/de sortie est utilisée pour une largeur de passage Lp importante.
La longueur 1 est par exemple comprise entre 2,5 m et 3,5 m, la 5 largeur L est comprise entre 4 m et 6 m et la hauteur d'empilage h est comprise entre 1,2 met 1,8 m.
Les dimensions des ondes-entretoises 64 à 86 sont choisies telles que la largeur de passage Lp soit supérieure à la longueur d'échange de chaleur ] e. De préférence, la largeur de passage Lp est supérieure à deux fois, notamment supérieure à trois fois, la longueur d'échange de chaleur le. De préférence, les ondes-entretoises d'échange thermique ont une efficacité d'échange thermique suffisante pour que la longueur d'échange de chaleur le soit inférieure à 3 m. Des ondes-entretoises satisfaisantes de ce point de vue sont 15 par exemple des ondes à dents de scie de forte densité et de faible longueur de denture. La longueur d'échange 1e est de préférence comprise entre 5 fois et 10
fois la longueur de distribution id.
La longueur de distribution Id des ondes-entretoises de distribution est 20 comprise de préférence entre 150mm et 400mm pour chaque bout.
Sur la Figure 3 est représenté un four de brasage 150, qui est utilisé
pour la fabrication du corps de base 24 de l'échangeur de chaleur 4. Le four 150 comprend une enceinte 152 sensiblement cylindrique à section circulaire. L'axe C-C de cette enceinte 152 est disposé horizontalement. Le diamètre intérieur D 5 et la longueur Leb Ud enceinte 152 sont adaptés pour recevoir le corps de base 24 de l'échangeur de chaleur avant le brasage.
L'échangeur de chaleur selon l'invention est fabriqué de la façon suivante. Les plaques rectangulaires 58 sont empilées, avec les barres de 30 fermeture 62 et les ondes-entretoises 64 à 86 interposées (voir Figure 3). De la matière de brasage est interposée aux emplacements de contact des plaques 58
avec les barres de fermeture 62 et les ondes-entretoises 64 à 86.
La pile résultante est disposée dans l'enceinte 152 et chauffée à la température de brasage. En conséquence, le corps de base 24 est formé. Il est à
noter que les plaques 58 sont disposées horizontalement pendant le brasage.
Ensuite, le corps de base 24 de l'échangeur de chaleur est retiré de 5 I'enceinte 152 et les boîtes d'entrée 26 à 32/de sortie 34 à 40 sont soudées sur ce corps de base 24.
Sur les Figures 4A à 4D sont représentées des coupes de passages de chauffage 96, 98 (Figures 4A et 4C) et de refroidissement 100, 102 (Figures
4B et 4D) d'une variante de l'échangeur de chaleur 4 selon l'invention.
Seules les différences par rapport à l'échangeur de chaleur exposé cidessus seront décrites. Les éléments analogues portent les mêmes références.
Cet échangeur de chaleur 4 comporte quatre boîtes d'entrée 26, 28/de sortie 34, 36 pour chacun des fluides azote et oxygène. Il comporte cinq boîtes
d'entrée 30/de sortie 38 pour l'air moyenne pression (Figure 4B).
Par ailleurs, il comporte quatre boîtes d'entrée 32 d'air haute pression,
ainsi que deux boîtes de sortie 40, d'air haute pression.
La surface supérieure du corps de base 24 est entièrement couverte par les boîtes d'entrée 30, 32 et de sortie 34, 36. La surface inférieure du corps de base 24 est également entièrement couverte de boîtes d'entrée 26, 28 et de 2 0 sortie 38, à l'exception de surfaces libres 114 en vis-à- vis des boîtes d'entrée 32
d'air haute pression.
D'une manière générale, au moins une surface du corps de base 24
formée par les barres de fermeture 62 et les bords des plaques 58 est entièrement couverte par des boîtes d'entrée ou de sortie. En conséquence, la 25 longueur de distribution Id peut être relativement courte.
Le nombre d'ondes de distribution 72, 74, 76, 78 est sensiblement deux fois le nombre d'ondes de distribution 72, 74, 76, 78 de l'échangeur de chaleur précité. En conséquence, pour une même largeur de passage Lp donnée et une même géométrie des ondes entretoises 64 à 86, la longueur de 30 distribution Id est sensiblement la moitié de la longueur de distribution Id de l'échangeur précité. En conséquence, la longueur I du corps de base 24 est réduite lorsque la longueur d'échange de chaleur le reste identique, ou la longueur d'échange de chaleur e est augmentée lorsque la longueur I de
l'échangeur de chaleur reste identique.
La fabrication de cet échangeur de chaleur est identique à celle de
l'échangeur de chaleur précité.
Sur la Figure 5 est représenté un module 2 d'échangeurs de chaleur
selon un second mode de réalisation de l'invention.
La hauteur d'empilage h de chaque échangeur de chaleur 4 est
supérieure à la longueur d'échange de chaleur le et à la largeur de passage Lp.
De préférence, la hauteur d'empilage h est au moins deux fois la longueur 10 d'échange de chaleur le, de préférence au moins trois fois cette longueur le.
Chacun des échangeurs de chaleur 4 comporte une seule boîte
d'entrée 26, 28, 30, 32 et une seule boîte de sortie 34, 36, 38, 40 par fluide.
Chaque boîte d'entrée 26, 28, 30, 32 ou de sortie 34, 36, 38, 40 s'étend sensiblement sur toute la hauteur d'empilage h. En conséquence, le nombre 15 d'étapes de soudage des boîtes sur le corps est faible.
Les boîtes de sortie d'azote 34 et d'oxygène 36 sont disposées sur la
surface supérieure du corps de base 24, tandis que les boîtes d'entrée d'azote 26 et d'oxygène 28 sont disposées sur les surfaces inférieures du corps de base 24.
Les boîtes d'entrée d'air moyenne pression 30 et d'air haute pression 20 32 sont disposées aux extrémités supérieures des faces latérales du corps de base 24. La boîte de sortie d'air moyenne pression 38 est disposée à l'extrémité inférieure d'une face latérale du corps de base 24, tandis que la boîte de sortie d'air haute pression 40 est disposée sur la face latérale opposée, à mi-longueur!
du corps de base 24.
Chaque boîte d'entrée 26, 28, 30, 32 et chacune des boîtes de sortie 34, 36, 38, 40 associées sont disposées sur des surfaces opposées l'une de
l'autre du corps de base 24.
La Figure 6 montre une coupe à travers un passage d'azote 96,
suivant un plan VI de la Figure 5.
Chaque passage d'azote comprend une seule onde d'échange thermique 64, une seule onde d'entrée 80, une seule onde de sortie 80, ainsi que deux ondes de distribution 72, dont chacune est associée à l'une des ondes d'entrée 80/de sortie 80. Les passages d'échange de chaleur des autres fluides
ont une structure analogue.
Quatre conduites de branchement 42 à 56 relient chaque boîte d'entrée 26 à 32/de sortie 34 à 40 à la conduite d'alimentation 8 à 5 14/d'évacuation 16 à 22 correspondante (Figure 5). En variante, chaque boîte d'entrée 26 à 32/de sortie 34 à 40 est reliée à la conduite d'alimentation/d'évacuation correspondante par un nombre de conduites de branchement différent de quatre, par exemple par une seule conduite de branchement. Sur la Figure 7 est représentée l'enceinte 152 d'un four de brasage dans laquelle est disposé un corps de base 24 d'un échangeur de chaleur
selon le second mode de réalisation de l'invention.
La forme intérieure de l'enceinte 152 est sensiblement identique à celle de l'enceinte 152 du four de la Figure 3. Comme différence, l'axe central C15 C de l'enceinte 152 est disposé verticalement. La fabrication du corps de base 24 de l'échangeur selon le second mode de réalisation est analogue à celle du
premier mode de réalisation.
Il est à noter que les dimensions des composants des échangeurs de chaleur 4 sont choisies de telle sorte que ceux-ci sont adaptés pour effectuer un 20 transfert de chaleur entre les fluides avec une valeur de nombre d'unités de transfert NTU supérieure à 20, notamment supérieure à 40 et en particulier supérieure à 80. La valeur de NTU =(Tc1-Tf1)/ATlog avec Tcl la température moyenne du (des) fluide(s) entrant au bout chaud, Tc2 la température moyenne des fluides sortant au bout chaud, Tfl1 la température moyenne des fluide entrant 25 au bout froid, Tf2 la température moyenne du (des) fluide(s) sortant au bout froid, ATc = Tcl- Tc2, l'écart de températures au bout chaud, ATf = Tf1-Tf2 l'écart de températures au bout froid, soit ATIog = (ATc -ATf)/ln(ATc /ATf) I'écart moyen de température au sein de l'échangeur entre le(s) fluide(s) chaud(s) et les fluides froids Il est à noter que l'ordre des passages de chauffage 96, 98 et de refroidissement 100,102 suivant la direction de la hauteur d'empilage h est choisi
en fonction des pressions et des températures des fluides.
L'échangeur de chaleur selon l'invention présente une capacité d'échange de chaleur importante tout en étant fabriqué à partir d'une seule opération de brasage.
Claims (10)
1. Echangeur de chaleur principal pour installation de séparation d'un mélange de gaz, notamment de distillation d'air, destiné à mettre au moins un fluide d'alimentation en relation d'échange thermique indirect à contre-courant 5 avec au moins deux fluides issus de la séparation, cet échangeur étant du type comprenant - des plaques rectangulaires (58), disposées parallèlement les unes aux autres, - des barres de fermeture périphériques (62) interposées entre les 10 plaques rectangulaires (58), ces barres laissant libres des rangées de fenêtres (104,106, 108L, 108C, 110) d'entrée et de sortie de fluides, - des ondes-entretoises d'échange thermique (64, 66, 68, 70) interposées entre les plaques rectangulaires (58), et - des boîtes d'entrée (26, 28, 30, 32) et de sortie (34, 36, 38, 40) de 15 fluide coiffant chaque rangée de fenêtres, les barres de fermeture (62) et les plaques rectangulaires (58) délimitant une pluralité de passages d'échange thermique (96, 98, 100, 102), dont au moins trois séries de passages équipées de trois ensembles de boîtes d'entrée et de sortie pour trois fluides distincts, les ondes-entretoises d'échange 2 0 thermique (64, 66, 68) définissant une longueur d'échange de chaleur (le), l'échangeur de chaleur (4) ayant une hauteur d'empilage (h) mesurée perpendiculairement aux plaques rectangulaires (58), les passages d'échange thermique (96, 98, 100, 102) ayant une largeur de passage (Lp) mesurée perpendiculairement à la hauteur d'empilage (h) et à la longueur d'échange de 25 chaleur (le), caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux dimensions largeur de passage (Lp) ou hauteur d'empilage (h) est supérieure à la longueur d'échange
de chaleur (le).
2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce 30 que la hauteur d'empilage (h) est supérieure à la longueur d'échange de chaleur (le).
3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur de passage (Lp) est supérieure à la longueur d'échange de
chaleur (;).
4. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 5 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins l'une des dimensions largeur de passage
(Lp) ou hauteur d'empilage (h) est au moins deux fois la longueur d'échange de chaleur (le), de préférence au moins trois fois la longueur d'échange de chaleur (le).
5. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 10 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est adapté pour effectuer un transfert de chaleur
entre chaque paire desdits fluides avec une valeur de nombre d'unités de transfert NTU =(Tc1-Tf1)/ATlog supérieure à 20, notamment supérieure à 40, et en particulier supérieure à 80 avec Tcl la température moyenne du (des) fluide(s) entrant au bout chaud, Tc2 la température moyenne des fluides sortant 15 au bout chaud, Tfl la température moyenne des fluide entrant au bout froid, Tf2 la température moyenne du (des) fluide(s) sortant au bout froid, ATc = Tcl-Tc2, l'écart de températures au bout chaud, ATf = Tfl-Tf2 l'écart de températures au bout froid, soit ATIog = (ATc -ATf)/ln(ATc /ATf) I'écart moyen de température au
sein de l'échangeur entre le(s) fluide(s) chaud(s) et les fluides froids.
6. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications
1 à 5, caractérisé en ce que la longueur d'échange de chaleur (L) est inférieure à 3m.
7. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications
1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une boîte d'entrée (26, 28, 30, 32) ou de 25 sortie (34, 36, 38, 40) de fluide s'étend suivant toute la hauteur d'empilage (h).
8. Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, dans au moins l'un des passages d'échange thermique (96, 98, 100, 102), deux ondes-entretoises de distribution (72, 74, 76, 78), les sens de distribution (S1, S2) de ces ondes-entretoises de 30 distribution (72, 74, 76, 78) ayant des composantes opposées, et en ce que ces deux ondes de distribution (72, 74, 76, 78) sont associées à une seule boîte
d'entrée (26, 28, 30, 32) ou de sortie (34, 36, 38, 40).
9. Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur de distribution (id) des ondes-entretoises de distribution (72, 74,
76, 78) est comprise entre 150mm et 400mm.
10. Installation de séparation d'un mélange de gaz, notamment de 5 distillation d'air, comprenant un échangeur de chaleur principal qui met un fluide d'alimentation en relation d'échange thermique indirect à contre-courant avec des fluides issus de la séparation, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur
principal (4) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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