FR2995671A1

FR2995671A1 - Ensemble d'echangeurs de chaleur et unite de separation comprenant un tel ensemble d'echangeurs de chaleur

Info

Publication number: FR2995671A1
Application number: FR1258783A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Tranier; Marc Wagner
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-03-21
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: FR2995671B1; US10330391B2; WO2014044979A3; EP2898279A2; EP2898279B1; ES2649940T3; US20150233645A1; CN105190214B; JP2016506487A; JP6309525B2; WO2014044979A2; CN105190214A

Abstract

Cet ensemble d'échangeurs de chaleur (1) comprend deux échangeurs de chaleur comportant chacun des plaques (12, 52) parallèles et délimitant des passages primaires (12P, 52P) et secondaires (12S, 52S), des entretoises définissant des canaux primaires et secondaires, des moyens de raccordement entre les deux échangeurs de chaleur (10, 50). Les moyens de raccordement comprennent une enceinte (30) présentant des compartiments primaires et secondaires se succédant respectivement en communication avec des passages primaires (12P, 52P) et avec des passages secondaires respectifs (12S, 52S) pour l'écoulement des fluides primaire et secondaire entre les échangeurs de chaleur (10, 50).

Description

La présente invention concerne un ensemble d'échangeurs de chaleur, par exemple pour une unité de séparation de gaz par cryogénie. Par ailleurs, elle concerne une unité de séparation d'air par cryogénie comportant un tel ensemble d'échangeurs de chaleur. La présente invention trouve notamment application dans le domaine 10 de la séparation de gaz, par exemple de l'air, par cryogénie. WO-A-2007149345 décrit un ensemble d'échangeurs de chaleur comprenant deux échangeurs de chaleur juxtaposés. Chaque échangeur de chaleur comporte des plaques parallèles délimitant des passages de fluides, ainsi que des entretoises définissant des canaux pour ces fluides. De plus, 15 l'ensemble d'échangeurs de chaleur de WO-A-2007149345 comporte des moyens de raccordement pour raccorder fluidiquement les échangeurs de chaleur juxtaposés. Cependant, entre les échangeurs de chaleur de WO-A-2007149345, le fluide primaire est collecté par des canalisations latérales de petite section, ce 20 qui génère des pertes de charge importantes. Donc pour compenser cette augmentation de pertes de charge, il faut 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. 25 La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant. À cet effet, l'invention a pour objet un ensemble d'échangeurs de chaleur, pour former une unité de séparation de gaz par transfert de chaleur sans contact entre au moins un fluide primaire et au moins un fluide secondaire, 30 l'ensemble d'échangeurs de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur qui sont juxtaposés suivant des surfaces adjacentes respectives planes, chaque échangeur de chaleur comportant : - 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, par exemple chaque passage primaire alternant avec un passage secondaire ; - des entretoises qui s'étendent entre les plaques de façon à définir i) des canaux primaires conformés pour l'écoulement du fluide primaire ou ii) des canaux secondaires conformés pour l'écoulement du fluide secondaire ; - des moyens de raccordement pour raccorder fluidiquement lesdits 10 au moins deux échangeurs de chaleur juxtaposés ; - l'ensemble d'échangeurs de chaleur étant caractérisé en ce que, entre deux plaques successives, une série d'entretoises est agencée de façon à ménager au moins un espace de distribution qui est dépourvu d'entretoises et qui est délimité par les deux plaques successives et par la surface adjacente 15 respective, de sorte que ledit espace de distribution est en communication de fluide avec tout ou partie des canaux primaires ou secondaires définis par ladite série d'entretoises ; et - en ce que les moyens de raccordement comprennent une enceinte entourant le volume délimité par lesdites surfaces adjacentes, 20 l'enceinte présentant des compartiments primaires et des compartiments secondaires se succédant suivant une direction transversale à la direction d'empilement, chaque compartiment primaire étant en communication de fluide avec deux passages primaires respectifs appartenant respectivement aux deux échangeurs de chaleur de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire 25 entre les échangeurs de chaleur, chaque compartiment secondaire étant en communication de fluide avec deux passages secondaires respectifs appartenant respectivement aux deux échangeurs de chaleur de façon à permettre l'écoulement du fluide secondaire entre les échangeurs de chaleur. En d'autres termes, comme les entretoises ne s'étendent pas jusqu'à la 30 surface adjacente correspondante, les espaces de distribution permettent soit de distribuer, soit de collecter, tout le fluide primaire s'écoulant vers ou provenant des compartiments primaires ou secondaires. Ainsi, les moyens de raccordements peuvent transférer tout le fluide primaire et tout le fluide secondaire d'un échangeur de chaleur à l'échangeur de chaleur juxtaposé. 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 dans la mesure où l'espace de distribution est de largeur réduite et bénéficie de supports d'entretoises spécifiques. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque série d'entretoises comprend toutes les entretoises disposées entre les deux plaques successives. En d'autres termes, l'espace de distribution a la même section débitante que le passage primaire ou secondaire correspondant. Ainsi, le débit 10 et la pression des fluides primaires et secondaires sont substantiellement uniformes dans tout le passage primaire ou secondaire. Selon une variante de l'invention, chaque série d'entretoise peut comprendre une partie seulement de toutes les entretoises disposées entre deux plaques successives. Dans ce cas, plusieurs espaces de distribution 15 indépendants se succèdent dans la direction de succession des compartiments primaires et secondaires. Selon un mode de réalisation de l'invention, les compartiments primaires sont formés par des conduites primaires qui s'étendent chacune entre les surfaces adjacentes et parallèlement à la direction d'empilement, les 20 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 de chaleur ; et 25 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 30 pression, alors que les compartiments secondaires servent à l'écoulement d'un fluide à basse pression. 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 5 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 10 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 15 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. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque échangeur de chaleur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle, et dans lequel chaque surface adjacente 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 25 parallélépipède rectangle, et chaque surface adjacente 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 30 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 (système 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 10 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 15 liquides mis en oeuvre par échange calorique avec l'azote résiduaire froid en sortie de colonne. 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 20 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. 25 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. Par ailleurs, la présente invention a pour objet une unité de séparation d'air par cryogénie, comprenant au moins un ensemble d'échangeurs de 30 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 5 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 10 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 ; 15 - 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 20 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. 25 Les figures 1, 2 et 3 illustrent un ensemble d'échangeurs de chaleur 1, pour former une unité 5 de séparation de gaz par 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 une unité de séparation d'air par cryogénie, qui comprend l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1, et 30 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 séparation de gaz.

L'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 comprend deux échangeurs de chaleur 10 et 50 qui sont juxtaposés suivant des surfaces adjacentes respectives 11 et 51. Les surfaces adjacentes 11 et 51 sont planes. L'échangeur de chaleur 10 comporte plusieurs plaques dont certaines 5 sont schématisées à la figure 1 avec la référence 12. De même, l'échangeur de chaleur 50 comporte 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 10 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 (« -P-S-P- » ). Dans l'exemple des figures 1 à 3, chaque passage primaire 12P alterne avec un passage 15 secondaire 12S. Alternativement, le motif d'empilement pourrait être du type deux passages secondaires puis un passage primaire (« -S-S-P- »). 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) 20 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. 25 De manière connue en soi, l'échangeur de chaleur 10 ou 50 a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. La longueur de l'échangeur de chaleur 10 ou 50 est ici d'environ 8 m, sa largeur d'environ 1,5 m et sa hauteur d'environ 2 m. Par convention, la longueur d'un échangeur de chaleur est mesurée parallèlement à la direction d'écoulement des fluides 30 primaire et secondaire respectivement dans les passages primaires et secondaires. 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.

Ici, la longueur et la largeur de l'échangeur de chaleur 10 ou 50 sont mesurées respectivement suivant des axes X et Y. En l'occurrence, la largeur de l'échangeur de chaleur 10 ou 50 est supérieure à sa longueur. 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 « 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. En outre, l'échangeur de chaleur 10 comprend des moyens de 15 raccordement 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. Chaque surface adjacente 11 ou 51 a globalement la forme d'un rectangle. La direction d'empilement Z est parallèle à la hauteur du parallélépipède rectangle. Les entretoises 14 ou 54 s'étendent parallèlement à 20 la longueur du parallélépipède rectangle. Chaque surface adjacente 11 ou 51 forme globalement un plan 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. Chaque échangeur de chaleur 10 ou 50 comprend, sur sa périphérie, 25 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 30 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 le fluide primaire sous haute pression et les collecteurs secondaires 7 canalisent le 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 5 ménager au moins un espace de distribution respectif 21P, 21S ou 61P, 61S. L'espace de distribution 21P, 21S ou 61P, 61S est dépourvu d'entretoises 14 ou 54 et il est délimité par les deux plaques successives 12 ou 52 et par la surface adjacente respective 11 ou 51, de sorte que cet espace de distribution 21P, 21S ou 61 P, 61S est en communication de fluide avec tout ou partie des 10 canaux primaires 14P ou secondaires 14S définis par cette série d'entretoises 14 ou 54. Alternativement, un ou des espace(s) de distribution peu(ven)t être dépourvu(s) de toute entretoise ou peu(ven)t comporter un dispositif de support mécanique permettant le brasage avec maintien d'une libre circulation du fluide 15 transversalement dans le plan du passage. Plus précisément, l'espace de distribution 21P ou 61P est en communication de fluide avec des canaux primaires 14P, tandis que l'espace de distribution 21S ou 61S est en communication de fluide avec tout ou partie des canaux secondaires 14S. 20 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 61P 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 25 supérieure au passage primaire correspondant 12P ou 52P. De même, l'espace de distribution 21S ou 61S a la même section débitante que le passage secondaire correspondant 12S ou 52S. Par ailleurs, les moyens de raccordement comprennent une enceinte 30 qui entoure le volume délimité par les surfaces adjacentes 11 et 51. 30 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. 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 31P qui s'étendent chacune entre les surfaces adjacentes 11 et 51 et parallèlement à la direction d'empilement Z. Comme le montre la figure 2, les conduites primaires 31P sont réparties à intervalles réguliers suivant la direction Y qui est transversale à la direction d'empilement Z.

Les conduites primaires 31P 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 20 30S est formé par les parois de l'enceinte 30 et par les parois de deux conduites primaires successives 31P. 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 25 31P 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 131P de façon à empêcher l'écoulement de fluide secondaire dans cette conduite primaire 131P. 30 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 2 9 9 5 6 7 1 11 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 5 l'ensemble d'échangeurs de chaleur 1 porte la même référence numérique augmentée de 100. On définit ainsi des entretoises 114 et 154, des espaces de distribution 121P et 161P, un compartiment primaire 130P et des compartiments secondaires 130S et une conduite primaire 131P. L'ensemble d'échangeurs de chaleur 101 diffère de l'ensemble 10 d'échangeurs de chaleur 1, car chaque conduite primaire 131P 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 15 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 30 d'échangeurs de chaleur 1, car il 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.

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1, 101, 301), pour former une unité (5) de séparation de gaz par transfert de chaleur sans contact entre au moins un fluide primaire et au moins un fluide secondaire, l'ensemble d'échangeurs de chaleur (1) comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (10, 50) qui sont juxtaposés suivant des surfaces adjacentes respectives (11, 51) planes, chaque échangeur de chaleur (10, 50) comportant : - 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, par exemple chaque passage primaire (12P, 52P) alternant avec un passage secondaire (12S, 52S) ; - des entretoises (14, 54) qui s'étendent entre les plaques (12, 52) 20 de façon à définir i) des canaux primaires (14P, 54P) conformés pour l'écoulement du fluide primaire ou ii) des canaux secondaires (14S, 54S) conformés pour l'écoulement du fluide secondaire ; - des moyens de raccordement pour raccorder fluidiquement lesdits au moins deux échangeurs de chaleur (10, 50) juxtaposés ; 25 - l'ensemble d'échangeurs de chaleur (1, 101) étant caractérisé en ce que, entre deux plaques successives (12, 52), une série d'entretoises (14, 54) est agencée de façon à ménager au moins un espace de distribution (21P, 61P, 21S, 61S) qui est dépourvu d'entretoises et qui est délimité par les deux plaques successives (12, 52) et par la surface adjacente respective (11, 30 51), de sorte que ledit espace de distribution (21P, 61P, 21S, 61S) est en communication de fluide avec tout ou partie des canaux primaires (14P, 54P) ou secondaires (14S, 54S) définis par ladite série d'entretoises (14, 54) ; et - en ce que les moyens de raccordement comprennent une enceinte (30) entourant le volume délimité par lesdites surfaces adjacentes(11, 51), l'enceinte (30) présentant des compartiments primaires (30P) et des compartiments secondaires (30S) se succédant suivant une direction transversale (Y) à la direction d'empilement (Z), chaque compartiment primaire (30P) étant en communication de fluide avec deux passages primaires 5 respectifs (12P, 52P) appartenant respectivement aux deux échangeurs de chaleur (10, 50) de façon à permettre l'écoulement du fluide primaire entre les échangeurs de chaleur (10, 50), chaque compartiment secondaire (30S) étant en communication de fluide avec deux passages secondaires respectifs (12S, 52S) appartenant respectivement aux deux échangeurs de chaleur (10, 10 50) de façon à permettre l'écoulement du fluide secondaire entre les échangeurs de chaleur (10, 50).
2. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon la revendication 1, dans lequel chaque série d'entretoises (14, 54) comprend toutes les entretoises 15 disposées entre les deux plaques successives (12, 52).
3. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les compartiments primaires (30P) sont formés par des conduites primaires (31P) qui s'étendent chacune entre les 20 surfaces adjacentes (11, 51) et parallèlement à la direction d'empilement (Z), les conduites primaires (31P) 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 (31P) étant en communication de fluide avec les passages primaires (12P, 52P) de 25 chaque échangeur de chaleur (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 (31P). 30
4. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon la revendication 3, dans lequel chaque conduite primaire (31P) 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).
5. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 101) selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel chaque conduite primaire (31P ; 131P ; 231P) 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.
6. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chaque passage secondaire (12S, 52S), un organe d'obturation (122S, 162S) est placé sur la conduite primaire respective (31P) de façon à empêcher l'écoulement de fluide secondaire dans ladite conduite primaire (31P).
7. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1 ; 301) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque échangeur de chaleur (10, 50, 310, 350, 370) a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle, et dans lequel chaque surface adjacente (11, 51) a globalement la forme d'un rectangle, ladite direction d'empilement (Z) étant parallèle à la hauteur du parallélépipède rectangle, les entretoises (14, 54) s'étendant parallèlement à la longueur du parallélépipède rectangle, et chaque surface adjacente (11, 51) formant globalement un plan qui est perpendiculaire à ladite direction d'empilement (Z) et qui est parallèle à la longueur et à la largeur du parallélépipède rectangle.
8. Ensemble d'échangeurs de chaleur selon l'une 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.
9. Ensemble d'échangeurs de chaleur (301) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un échangeur de chaleur supplémentaire dit sous-refroidisseur (370), le sous-refroidisseur (370) étant en communication de fluide avec l'un des échangeurs de chaleur juxtaposés (310, 350).
10. Ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque échangeur de chaleur (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.
11. Unité (5) de séparation d'air par cryogénie, comprenant au moins un ensemble d'échangeurs de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, le fluide primaire étant de l'air comprimé à haute pression, le 20 fluide secondaire étant du diazote à basse pression.