FR2995673A1 - Echangeur de chaleur et ensemble d'echangeurs destine a la distillation d'air comprenant de tels echangeurs de chaleur - Google Patents

Abstract

Cet échangeur de chaleur (20) comporte des plaques (21) parallèles délimitant des passages primaires pour un fluide calorigène et des passages secondaires pour un fluide frigorigène, ainsi que des entretoises d'échange thermique en forme d'ondes s'étendant entre les plaques (21). L'échangeur de chaleur (20) comporte en outre une enveloppe (22) en béton recouvrant les plaques (21).

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur, pour transférer de la chaleur d'au moins un fluide primaire dit fluide calorigène vers au moins un fluide secondaire dit fluide frigorigène. Par ailleurs, la présente invention concerne un ensemble d'échangeurs, destiné par exemple à une installation de distillation d'air par cryogénie, comprenant au moins deux tels échangeurs de chaleur. La présente invention trouve notamment application dans le domaine de la distillation d'air par cryogénie. Plus généralement, la présente invention trouve aussi application dans le domaine du traitement de gaz pour dissocier un mélange de gaz.

FR2844040A1 décrit un ensemble d'échangeurs comprenant deux échangeurs de chaleur. Chaque échangeur de chaleur comprend des plaques parallèles qui délimitent des passages pour un fluide calorigène et pour un fluide frigorigène, et des ondes-entretoises qui s'étendent entre les plaques. L'ensemble d'échangeurs comporte, d'une part, des collecteurs primaires qui permettent l'amenée et l'évacuation du fluide calorigène vers et hors des échangeurs de chaleur, et, d'autre part, des collecteurs secondaires qui permettent l'amenée et l'évacuation du fluide frigorigène vers et hors des échangeurs de chaleur. De plus, l'ensemble d'échangeurs comporte des boîtes d'entrée et des boîtes de sortie qui raccordent les collecteurs primaires et les collecteurs secondaires aux échangeurs de chaleur. En outre, un ensemble d'échangeurs de l'art antérieur nécessite une structure d'isolation thermique qui entoure l'ensemble d'échangeurs. La structure d'isolation thermique comprend généralement une charpente métallique supportant une double paroi emplie d'un matériau isolant en vrac, tel que de la poudre de perlite. Cette charpente métallique, cette double paroi et ce matériau isolant sont mis en place sur le site d'exploitation de l'ensemble d'échangeurs. Cependant, la structure d'isolation thermique est complexe, donc coûteuse. En particulier, la fabrication et l'assemblage de la charpente métallique, de la double paroi et du matériau isolant sont longs et coûteux. En outre, dans un tel ensemble d'échangeurs de l'art antérieur, les échangeurs de chaleur n'ont pas d'isolation thermique individuelle, ce qui cause des pertes thermiques dans la structure d'isolation thermique et ce qui crée un risque de causer une rupture de structure d'un composant en matériau non résilient, en cas de fuite de liquide cryogénique. 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 échangeur de chaleur, pour 10 transférer de la chaleur d'au moins un fluide primaire dit fluide calorigène vers au moins un fluide secondaire dit fluide frigorigène, l'échangeur de chaleur comportant au moins : - une pluralité de plaques, les plaques étant disposées parallèlement les unes aux autres, les plaques délimitant des passages 15 primaires conformés pour l'écoulement dudit au moins un fluide calorigène et des passages secondaires conformés pour l'écoulement dudit au moins un fluide frigorigène ; - des entretoises d'échange thermique qui s'étendent entre les plaques et qui sont sensiblement en forme d'ondes ; et 20 l'échangeur de chaleur étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe qui comprend du béton et qui recouvre globalement la pluralité de plaques. En d'autres termes, l'enveloppe en béton forme, pour l'échangeur de chaleur, une isolation thermique individuelle et efficace, car le béton a une 25 conductivité thermique inférieure à 5 W.m-1.K-1. Ainsi, l'isolant thermique d'un tel échangeur de chaleur peut être mis en place en atelier, avant l'installation de l'échangeur sur son site d'exploitation. Dans la présente demande, le terme « béton » désigne un matériau composite comprenant au moins des granulats, par exemple des granulats 30 minéraux naturels, tels que du sable et/ou des minéraux thermiquement isolants (perlite, vermiculite), du silicate de calcium (type xonolithe nanofibres), et un matériau liant, par exemple du ciment. Les proportions respectives de granulats et de liant peuvent être adaptées en fonction des propriétés physiques requises pour le béton, notamment en termes de résistance thermique et de résistance mécanique. Dans la présente demande, le terme « recouvrir » et ses dérivés désigne le fait de couvrir presque complètement une surface. Par exemple, l'enveloppe recouvre la pluralité de plaques, à l'exception notable des orifices destinés à l'entrée et à la sortie de fluides respectivement dans et hors de l'échangeur de chaleur. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe supporte les contraintes mécaniques générées par le poids de l'échangeur de chaleur.

En d'autres termes, l'enveloppe supporte les contraintes générées par son poids propre et par le poids des autres composants de l'échangeur, notamment des plaques et des entretoises. Ainsi, l'échangeur de chaleur est autoportant, ce qui dispense de lui ajouter une structure métallique de support lors de l'assemblage sur le site 15 d'exploitation. Selon une variante de l'invention, le béton composant l'enveloppe est du béton vibré. Ainsi, un tel béton vibré permet d'obtenir une résistance mécanique très forte pour un volume de béton donné. Selon un mode de réalisation de l'invention, le béton est un mélange 20 homogène. Ainsi, l'enveloppe a des caractéristiques mécaniques isotropes, ce qui simplifie son dimensionnement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe est composée de façon à présenter des caractéristiques de résistance mécanique variables 25 en fonction des régions de l'enveloppe, le béton étant de préférence un mélange hétérogène. Ainsi, les dimensions d'une telle enveloppe peuvent être optimisées à poids constant, de façon par exemple à maximiser la résistance mécanique sur les concentrations de contraintes mécaniques. 30 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe comprend des renforts insérés dans le béton, de préférence des renforts métalliques, tels que des ferraillages, ou des fibres de verre. Ainsi, de tels renforts métalliques permettent d'augmenter la résistance mécanique de l'enveloppe, sans augmenter son encombrement global.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe est composée de façon à présenter des caractéristiques d'isolation thermique variables en fonction des régions de l'enveloppe, l'enveloppe comportant de préférence des composites insérés, tels que perlite ou de la vermiculite, localement dans l'enveloppe. Les composites peuvent comprendre de la perlite ou de la vermiculite. Ainsi, les dimensions d'une telle enveloppe peuvent être optimisées à poids constant, de façon par exemple à maximiser l'isolation thermique sur des concentrations de chaleur et/ou sur des concentrations de froideur.

Selon une variante de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend en outre des barres de fermeture qui sont disposées en périphérie des plaques, des barres de fermeture délimitant des fenêtres d'entrée de fluide et des barres de fermeture délimitant des fenêtres de sortie de fluide. Ainsi, de telles barres de fermeture permettent d'étanchéifier les passages primaires et secondaires et de supporter les plaques. Selon une variante de l'invention, l'échangeur de chaleur a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle, dont la longueur est supérieure à 3 m, dont la largeur est supérieure à 1 m et dont la hauteur est supérieure à 1 m. Ainsi, une telle forme parallélépipédique et de telles dimensions permettent de définir des passages primaires et secondaires assurant un transfert de chaleur efficace, en particulier dans une installation de distillation d'air par cryogénie. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe présente : - au moins deux orifices primaires, chaque orifice primaire traversant l'enveloppe de façon à déboucher sur deux faces externes de l'enveloppe, chaque orifice primaire étant en communication de fluide avec des passages primaires respectifs, de sorte qu'un fluide calorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur par au moins un premier orifice primaire et qu'un fluide calorigène peut sortir de l'échangeur de chaleur par au moins un deuxième orifice primaire ; et - au moins deux orifices secondaires, chaque orifice secondaire traversant l'enveloppe de façon à déboucher sur deux faces externes de l'enveloppe, chaque orifice secondaire étant en communication de fluide avec des passages secondaires respectifs, de sorte qu'un fluide frigorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur par au moins un premier orifice secondaire et qu'un fluide frigorigène peut sortir de l'échangeur de chaleur par au moins un deuxième orifice secondaire. En d'autres termes, un premier et un deuxième orifices primaires remplissent respectivement les fonctions de collecteur d'entrée et de collecteur de sortie pour le fluide calorigène. De même, un premier et un deuxième orifices secondaires remplissent respectivement les fonctions de collecteur d'entrée et de collecteur de sortie pour le fluide frigorigène. Ainsi, à la différence des échangeurs de chaleur de l'art antérieur, les collecteurs d'entrée et les collecteurs de sortie sont particulièrement simples à implémenter dans l'échangeur de chaleur objet de la présente invention, car ces collecteurs peuvent être directement issus de la coulée ou du moulage du béton appartenant à l'enveloppe. De plus, comme les orifices primaires et secondaires sont en communication de fluide respectivement avec les passages primaires et secondaires, ces orifices primaires et secondaires dispensent d'implémenter des boîtes d'entrée et des boîtes de sortie, qui sont nécessaires pour raccorder les collecteurs d'entrée et de sortie à un échangeur de chaleur de l'art antérieur. Selon une variante de l'invention, l'enveloppe a au moins deux orifices primaires traversant l'enveloppe de façon à déboucher sur deux faces externes de l'enveloppe, et au moins deux orifices secondaires traversant l'enveloppe de façon à déboucher sur les mêmes faces externes de l'enveloppe. Ainsi, les orifices primaires et secondaires peuvent assurer l'entrée et la sortie d'un fluide calorigène et d'un fluide frigorigène.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend en outre au moins un manchon recouvrant les parois d'un orifice primaire ou d'un orifice secondaire. Ainsi, un tel manchon permet de garantir l'étanchéité des orifices primaires et secondaires. De plus, un tel manchon contribue à définir 30 l'empreinte de moulage ou le coffrage pour le moulage du béton. Selon une variante de l'invention, ledit au moins un manchon est constitué d'un tubage ou d'un revêtement d'étanchéité (usuellement désigné par le terrme anglais « liner ») composé d'un matériau métallique ou d'un polymère synthétique. Ainsi, un tel tubage ou un tel liner permet de remplir les fonctions de moule à béton ou de garniture d'étanchéité. Selon un mode de réalisation de l'invention, les orifices primaires sont agencés de façon à déboucher sur deux faces externes opposées de l'enveloppe, les orifices primaires s'étendant de préférence de manière rectiligne ; et les orifices secondaires sont agencés de façon à déboucher sur lesdites deux faces externes opposées de l'enveloppe, les orifices secondaires s'étendant de préférence de manière rectiligne. Ainsi, un tel agencement des orifices primaires et secondaires permet 10 de juxtaposer deux échangeurs de chaleur, de façon à raccorder entre eux les orifices primaires respectifs et les orifices secondaires respectifs des deux échangeurs de chaleur. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque orifice primaire a globalement la forme d'un cylindre tronqué par un plan de troncature primaire 15 qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques, le cylindre ayant de préférence une base circulaire ; et dans lequel chaque orifice secondaire a globalement la forme d'un cylindre tronqué par un plan de troncature secondaire qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques, le cylindre ayant 20 de préférence une base circulaire. Ainsi, de tels cylindres ont des parois courbes qui évitent les concentrations de contraintes mécaniques et/ou thermiques et qui limitent les pertes de charges. La communication de fluide entre un orifice primaire ou secondaire et des passages primaires ou secondaires se fait à travers le plan 25 de troncature primaire. Selon une alternative au mode de réalisation précédent, chaque orifice primaire a une forme globalement tronconique, au lieu d'une forme cylindrique. Ainsi, une telle forme globalement tronconique permet d'optimiser la distribution de fluide. 30 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe présente : - sur une première des deux faces externes, une protubérance primaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice primaire ; et - sur la deuxième des deux faces externes, une gorge primaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice primaire et qui a une forme complémentaire à la protubérance primaire ; et l'enveloppe présente : - sur une première des deux faces externes, une protubérance secondaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice secondaire ; et - sur la deuxième des deux faces externes, une gorge secondaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice 10 secondaire et qui a une forme complémentaire à la protubérance secondaire. Dans la présente demande, le terme « annulaire » désigne un contour fermé, de géométrie circulaire ou non circulaire. Ainsi, la protubérance primaire peut s'ajuster dans la gorge primaire et la protubérance secondaire peut s'ajuster dans la gorge secondaire. Ces 15 ajustements permettent de raccorder deux échangeurs de chaleur semblables et juxtaposés. Dans un ensemble d'échangeurs ainsi juxtaposés et raccordés, chacun des orifices primaires raccordés forme un tronçon d'un conduit collecteur primaire où peut s'écouler le fluide calorigène. De même, chacun des orifices secondaires raccordés forme un tronçon d'un conduit collecteur 20 secondaire où peut s'écouler le fluide frigorigène. Selon une variante de l'invention, chaque protubérance, primaire ou secondaire, et chaque gorge, primaire ou secondaire, peut avoir globalement une forme cylindrique ou une forme conique. Selon une variante de l'invention, la section transversale d'un orifice 25 primaire est supérieure à la section transversale d'un orifice secondaire. Ainsi, le débit de fluide primaire peut être plus grand que le débit de fluide secondaire, ce qui assure une distribution appropriée des fluides primaires et secondaires. Par ailleurs, la présente invention a pour objet un ensemble 30 d'échangeurs, destiné par exemple à une installation de distillation d'air par cryogénie, l'ensemble d'échangeurs comprenant : - au moins deux échangeurs de chaleur selon l'invention, lesdits au moins deux échangeurs de chaleur étant deux à deux juxtaposés ; et - des moyens de raccordement pour raccorder deux échangeurs de chaleur juxtaposés de sorte que leurs passages primaires respectifs sont en communication de fluide et que leurs passages secondaires respectifs sont en communication de fluide.

Ainsi, un tel ensemble d'échangeurs est particulièrement rapide et économique à fabriquer et à installer sur son site d'exploitation. De plus, il assure une isolation thermique efficace et une étanchéité fiable pour les échangeurs de chaleur. Dans la présente demande, les verbes « raccorder », « connecter », « relier », « alimenter » et leurs dérivés se rapportent à la communication de fluide, c'est-à-dire à l'écoulement de fluide, entre deux éléments distants, au moyen d'un lien direct ou indirect, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'aucun, d'un ou de plusieurs composant(s). Dans la présente demande, le terme « fluide » désigne tout pouvant 15 s'écouler dans un circuit par convection naturelle ou forcée. En particulier, le terme « fluide » désigne tout produit formé par un gaz, par un liquide, un mélange de liquide et de gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, les échangeurs de chaleur sont du type précité avec orifices primaires et orifices secondaires, et dans 20 lequel les moyens de raccordement sont formés par les orifices primaires respectifs qui coïncident substantiellement et par les orifices secondaires respectifs qui coïncident substantiellement. Ainsi, de tels moyens de raccordement par coïncidence sont simples et compacts. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, les échangeurs de chaleur sont deux à deux juxtaposés suivant des faces externes complémentaires définies sur leurs enveloppes respectives. Ainsi, l'ensemble d'échangeurs est compact, car les échangeurs de chaleur se juxtaposent en tout point de leurs faces complémentaires. 30 Selon une variante de l'invention, les échangeurs de chaleur sont du type précité avec des orifices primaires et secondaires débouchant sur deux faces externes opposées ; l'ensemble d'échangeurs comprenant en outre au moins un joint d'étanchéité qui est composé de matériau difficilement combustible en présence d'oxygène dans les conditions de service de l'échangeur de chaleur et qui est disposé entre deux échangeurs de chaleur juxtaposés et autour d'au moins un orifice primaire et/ou d'au moins un orifice secondaire. Un matériau difficilement combustible en présence d'oxygène dans les 5 conditions de service de l'échangeur de chaleur est usuellement qualifié de matériau « compatible oxygène ». Ainsi, un tel joint d'étanchéité peut assurer l'étanchéité aux fluides de l'ensemble d'échangeurs, sous une pression de service usuelle comprise entre 1 bar A et 4 bar A. 10 Selon une variante de l'invention, le joint d'étanchéité est composé d'un matériau organique, le matériau organique étant de préférence sélectionné dans le groupe constitué d'un polyuréthane et d'une colle. Selon une variante de l'invention, l'ensemble d'échangeurs selon l'invention comprend au moins deux échangeurs de chaleur superposés sur 15 des faces respectives qui sont dépourvues d'orifice primaire et d'orifice secondaire. Ainsi, un tel ensemble d'échangeurs peut être très compact, avec des échangeurs de chaleur juxtaposés et des échangeurs de chaleur superposés. L'enveloppe en béton d'un échangeur de chaleur peut avoir une résistance 20 mécanique suffisante pour supporter le poids d'un échangeur de chaleur superposé. Selon une variante du mode de réalisation précédent, l'ensemble d'échangeurs comprend en outre un collecteur commun primaire et un collecteur commun secondaire qui sont agencés de façon à raccorder entre 25 eux deux étages d'échangeurs de chaleur, les collecteurs communs primaire et secondaire étant de préférence formés indépendamment des échangeurs de chaleurs. Ainsi, de tels collecteurs communs primaire et secondaire permettent l'écoulement de fluides calorigène ou frigorigène entre étages de l'ensemble d'échangeurs. 30 Selon une variante de l'invention, l'ensemble d'échangeurs selon l'invention comprend en outre au moins un panneau intercalaire qui est en béton et qui est intercalé entre deux échangeurs de chaleur juxtaposés. Ainsi, un tel panneau intercalaire permet de faciliter l'assemblage des échangeurs de chaleur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble d'échangeurs selon l'invention comprend en outre au moins un panneau de fermeture qui est en matériau thermiquement isolant, de préférence en béton, et qui est disposé sur un côté respectif de l'ensemble d'échangeurs.

Ainsi, un tel panneau de fermeture permet de fermer et d'étanchéifier l'ensemble d'échangeurs. 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 en section, suivant un plan I à la figure 2, 15 d'un échangeur de chaleur conforme à un mode de réalisation l'invention ; - la figure 2 est une vue section, suivant le plan II à la figure 1, d'une partie d'un ensemble d'échangeurs conforme à un mode de réalisation l'invention et comprenant l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle du détail III à la figure 20 1 ; - la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail III à la figure 2; - la figure 5 est une vue en section, suivant le plan V à la figure 6, de l'ensemble d'échangeurs de la figure 2 ; et 25 - la figure 6 est une vue en section, suivant le plan VI à la figure 5, de l'ensemble d'échangeurs de la figure 5. Les figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6 illustrent un ensemble d'échangeurs 1 qui est destiné à une installation de distillation d'air par cryogénie, dans le but de produire du dioxygène et du diazote. 30 Comme le montre la figure 2, l'ensemble d'échangeurs 1 comprend plusieurs échangeurs de chaleur dont trois sont visibles à la figure 2 avec les références 20, 40 et 60. L'échangeur de chaleur 20 a notamment pour fonction de transférer de la chaleur d'un fluide primaire dit fluide calorigène vers un fluide secondaire dit fluide frigorigène. Les échangeurs de chaleur 20, 40 et 60 sont deux à deux juxtaposés. Dans la mesure où les échangeurs de chaleur 20, 40 et 60 sont semblables, la 5 description l'échangeur de chaleur 20 faite ci-après en référence aux figures 1 à 4 peut être transposée aux échangeurs de chaleur 40 et 60. L'échangeur de chaleur 20 comporte une pluralité de plaques 21 disposées parallèlement les unes aux autres et à une direction X. Les plaques 21 délimitent des passages primaires non représentés qui sont conformés 10 pour l'écoulement du fluide calorigène. Les plaques 21 délimitent aussi des passages secondaires non représentés qui sont conformés pour l'écoulement du fluide frigorigène. Chaque plaque 21 a globalement la forme d'un rectangle, s'étendant verticalement lorsque l'échangeur de chaleur 20 est en service. L'échangeur 15 de chaleur 20 a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. La longueur L20 de l'échangeur de chaleur 20 est d'environ 6 m. La largeur W20 de l'échangeur de chaleur 20 est d'environ 2 m. La hauteur H20 de l'échangeur de chaleur 20 est d'environ 2 m. Par convention, la longueur L20 est mesurée parallèlement à la 20 direction d'écoulement du fluide frigorigène dans les passages secondaires ; la largeur W20 est mesurée, dans le plan d'une plaque 21, perpendiculairement à la direction d'écoulement du fluide frigorigène dans les passages secondaires. La hauteur H20 de l'échangeur de chaleur 20 est mesurée suivant la direction d'empilement des plaques 21. 25 L'échangeur de chaleur 20 comprend en outre des barres de fermeture non représentées qui sont disposées en périphérie des plaques 21. Des barres de fermeture délimitent des fenêtres d'entrée de fluide non représentées. D'autres barres de fermeture délimitent des fenêtres de sortie de fluide non représentées. 30 L'échangeur de chaleur 20 comporte en outre des entretoises d'échange thermique non représentées qui s'étendent entre les plaques 21 et qui sont sensiblement en forme d'ondes. De telles entretoises d'échange thermique sont connues par exemple de FR2844040A1.

L'échangeur de chaleur 20 comporte en outre une enveloppe 22 qui comprend du béton et qui recouvre globalement la pluralité de plaques 21. L'enveloppe 22 a globalement la forme d'un parallélépipède rectangle. Les dimensions de l'enveloppe 22 sont supérieures aux dimensions de l'échangeur de chaleur 20. Dans l'exemple des figures, le béton est un mélange homogène. L'enveloppe 22 supporte les contraintes mécaniques générées par le poids de l'échangeur de chaleur 20. À cet effet, l'enveloppe 22 comprend ici des renforts métalliques formés par des ferraillages non représentés et insérés dans le béton de l'enveloppe 22. Comme le montrent les figures 1 et 3, l'enveloppe 22 présente deux orifices primaires 24.1 et 24.2 et deux deux orifices secondaires 26.1 et 26.2. Chaque orifice primaire 24.1 ou 24.2 est en communication de fluide avec des passages primaires respectifs. De même, chaque orifice secondaire 26.1 ou 26.2 est en communication de fluide avec des passages secondaires respectifs. Comme le montrent les figure 2 et 4, chaque orifice primaire 24.1 ou 24.2 traverse l'enveloppe 22 de façon à déboucher sur deux faces externes 22.1 et 22.2 de l'enveloppe 22, de sorte que du fluide calorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur 20 par un premier orifice primaire 24.1 et sortir de l'échangeur de chaleur 20 par le deuxième orifice primaire 24.2. De même, chaque orifice secondaire 26.1 ou 26.2 traverse l'enveloppe de façon à déboucher ici sur les mêmes faces externes 22.1 et 22.2 de l'enveloppe 22, de sorte que le fluide frigorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur 20 par un premier orifice secondaire 26.1 et sortir de l'échangeur de chaleur 20 par le deuxième orifice secondaire 26.2. Les orifices primaires 24.1 et 24.2 s'étendent de manière rectiligne entre les deux faces externes 22.1 et 22.2, lesquelles sont sensiblement opposées, donc parallèles entre elles. De même, les orifices secondaires 26.1 et 26.2 s'étendent de manière rectiligne entre les mêmes faces externes opposées 22.1 et 22.2. Dans l'exemple des figures, les orifices secondaires 26.1 et 26.2 s'étendent parallèlement aux orifices primaires 24.1 et 24.2.

Chaque orifice primaire 24.1 ou 24.2 a globalement la forme d'un cylindre à base circulaire et tronqué par un plan de troncature primaire respectif P24.1 ou P24.2 qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques 21.

De même, chaque orifice secondaire 26.1 ou 26.2 a globalement la forme d'un cylindre à base circulaire et tronqué par un plan de troncature secondaire respectif P26.1 ou P26.2 qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques 21. Les premier et deuxième orifices primaires 24.1 et 24.2 sont ici 10 directement issus d'un moulage du béton appartenant à l'enveloppe 22, où leurs emplacements sont réservés avant le moulage. Les premier et deuxième orifices primaires 24.1 et 24.2 remplissent respectivement les fonctions de collecteur d'entrée et de collecteur de sortie pour le fluide calorigène. De même, les premier et deuxième orifices 15 secondaires 26.1 et 26.2 remplissent respectivement les fonctions de collecteur d'entrée et de collecteur de sortie pour le fluide frigorigène. L'enveloppe 22 forme une enceinte sous pression pour ces collecteurs primaires et secondaires. Comme les orifices primaires 24.1, 24.2 et secondaires 26.1, 26.2 sont 20 raccordés respectivement aux passages primaires et secondaires, ces orifices primaires 24.1, 24.2 et secondaires 26.1, 26.2 dispensent d'implémenter des boîtes d'entrée et des boîtes de sortie, à la différence de l'art antérieur. La section transversale d'un orifice primaire 24.1 ou 24.2, matérialisée est supérieure à la section transversale d'un orifice secondaire 26.1 ou 26.2. 25 En l'occurrence, les diamètres primaires respectifs D24.1 et D24.2 sont supérieurs aux les diamètres secondaires respectifs D26.1 et D26.2. Comme le montre la figure 4, l'enveloppe 22 présente sur sa face externe 22.2 deux protubérances primaires 28.1 et 28.2. Les protubérances primaires 28.1 et 28.2 ont des formes annulaires et elles s'étendent 30 respectivement autour des orifices primaires 24.1 et 24.2. Sur l'autre face externe 22.1, l'enveloppe 22 présente deux gorges primaires 29.1 et 29.2. Les gorges primaires 29.1 et 29.2 ont des formes annulaires et elles s'étendent respectivement autour des orifices primaires 24.1 et 24.2. Les gorges primaires 29.1 et 29.2 ont des formes respectivement complémentaires aux protubérances primaires 28.1 et 28.2. De même, l'enveloppe 22 présente sur sa face externe 22.2, une deuxième protubérance primaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour de l'orifice primaire 24.1. Sur l'autre face externe 22.1, l'enveloppe 22 présente une gorge primaire 29.1 qui a une forme annulaire et qui s'étend autour de l'un orifice primaire 24.1. La gorge primaire 29.1 a une forme complémentaire à la protubérance primaire 28.1. Dans l'exemple des figures, chaque protubérance primaire 28.1 ou 28.2 et chaque gorge primaire respective 29.1 ou 29.2 a globalement une forme cylindrique à base circulaire. Ainsi, chaque protubérance primaire 28.1 ou 28.2 peut s'ajuster dans une gorge primaire respective 29.1 ou 29.2. Ces ajustements permettent de raccorder les échangeurs de chaleur 20 et 40 semblables et juxtaposés. Dans l'ensemble d'échangeurs 1, chacun des orifices primaires raccordés 24.1 et 24.2 forme un tronçon du conduit collecteur primaire où peut s'écouler le fluide calorigène. De manière similaire, l'enveloppe 22 présente, sur une première des deux faces externes 22.1 et 22.2, deux protubérances secondaires non représentées, qui ont des formes annulaires et qui s'étendent respectivement 20 autour des orifices secondaires 26.1 ou 26.2. Dans l'exemple des figures, chaque protubérance secondaire et chaque gorge secondaire a globalement une forme cylindrique à base circulaire. En complément, l'enveloppe 22 présente, sur la deuxième des deux faces externes 22.1 et 22.2, deux gorges secondaires non représentées, qui 25 ont des formes annulaires et qui s'étendent respectivement autour des orifices secondaires 26.1 ou 26.2 et qui ont des formes complémentaires aux protubérances secondaires. Ainsi, chaque protubérance secondaire peut s'ajuster, par emboîtement, dans une gorge secondaire respective. Ces ajustements 30 permettent de raccorder les échangeurs de chaleur 20 et 40 semblables et juxtaposés. Dans l'ensemble d'échangeurs 1, chacun des orifices secondaires forme un tronçon du conduit collecteur secondaire où peut s'écouler le fluide frigorigène.

Comme le montre la figure 2, l'assemblage des trois échangeurs de chaleur 20, 40 et 60 forme une batterie d'échangeurs. Comme le montrent les figures 5 et 6, l'ensemble d'échangeurs 1 comprend douze échangeurs de chaleur 20+40+60, 120+140+160, 220+240+260, 320+340+360 répartis en quatre batteries ayant chacune trois échangeurs de chaleur. Les échangeurs de chaleur 20-360 sont deux à deux juxtaposés. L'ensemble d'échangeurs 1 comprend en outre des moyens de raccordement pour raccorder deux échangeurs de chaleur 20, 40 juxtaposés de sorte que leurs passages primaires respectifs sont en communication de fluide et que leurs passages secondaires respectifs sont en communication de fluide. Dans l'exemple des figures, les moyens de raccordement sont formés par les orifices primaires respectifs 24.1, 24.2 et équivalents qui coïncident substantiellement et par les orifices secondaires 26.1, 26.2 et équivalents 15 respectifs qui coïncident substantiellement. Pour chaque batterie, les échangeurs de chaleur 20-360 sont deux à deux juxtaposés suivant des faces externes 22.1, 22.2 et équivalents qui sont définies de manière complémentaire sur leurs enveloppes respectives 22 et équivalent. 20 De plus, comme le montrent les figures 5 et 6, l'ensemble d'échangeurs 1 comprend des échangeurs de chaleur 20-160 et 220-360 qui sont superposés sur des faces respectives dépourvues d'orifice primaire et d'orifice secondaire. En l'occurrence, les échangeurs de chaleur 20-160 et 220-360 qui sont superposés par la face du dessus et la face du dessous des enveloppes 25 des échangeurs de chaleur respectifs. À cet effet, l'enveloppe en béton de chaque échangeur de chaleur 20160 a ici une résistance mécanique suffisante pour supporter le poids d'un échangeur de chaleur superposé 220-360. Les échangeur de chaleur 20-160 reposent sur une dalle 4 en béton qui supporte l'ensemble d'échangeurs 1. 30 En outre, l'ensemble d'échangeurs 1 comprend un collecteur commun primaire 11 et un collecteur commun secondaire 12. Le collecteur commun primaire 11 et le collecteur commun secondaire 12 sont agencés de façon à raccorder entre eux deux étages d'échangeurs de chaleur 20-160 et 220-360.

Les collecteurs communs primaire 11 et secondaire 12 sont ici formés indépendamment des échangeurs de chaleurs 20-360. Les collecteurs communs primaire 11 et secondaire 12 ont pour fonction de permettre l'écoulement des fluides calorigène ou frigorigène entre étages de l'ensemble d'échangeurs 1. Comme le montrent les figures 2 et 4, l'ensemble d'échangeurs 1 comprend en outre des panneaux intercalaires 14 en béton. Les panneaux intercalaires 14 sont intercalés entre deux échangeurs de chaleur juxtaposés 20, 40, 60.

L'ensemble d'échangeurs 1 comprend en outre des panneaux de fermeture 16, qui sont ici en béton. Chaque panneau de fermeture 16 est disposé sur un côté respectif de l'ensemble d'échangeurs 1. Chaque panneau de fermeture 16 permet de fermer et d'étanchéifier l'ensemble d'échangeurs 1, sur un côté respectif.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Échangeur de chaleur (20, 40, 60), pour transférer de la chaleur d'au moins un fluide primaire dit fluide calorigène vers au moins un fluide secondaire dit fluide frigorigène, l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) comportant au moins : - une pluralité de plaques (21), les plaques (21) étant disposées parallèlement les unes aux autres, les plaques (21) délimitant des passages primaires conformés pour l'écoulement dudit au moins un fluide calorigène et des passages secondaires conformés pour l'écoulement dudit au moins un fluide frigorigène ; - des entretoises d'échange thermique qui s'étendent entre les 15 plaques (21) et qui sont sensiblement en forme d'ondes ; et l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe (22) qui comprend du béton et qui recouvre globalement la pluralité de plaques (21). 20
2. 2. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe (22) supporte les contraintes mécaniques générées par le poids de l'échangeur de chaleur (20, 40, 60).
3. 3. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon l'une des revendications 25 précédentes, dans lequel le béton est un mélange homogène.
4. 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'enveloppe est composée de façon à présenter des caractéristiques de résistance mécanique variables en fonction des régions de l'enveloppe, le 30 béton étant de préférence un mélange hétérogène.
5. 5. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (22) comprend des renforts insérés dans le béton, de préférence des renforts métalliques, tels que des ferraillages, ou des fibres de verre.
6. 6. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe est composée de façon à présenter des caractéristiques d'isolation thermique variables en fonction des régions de l'enveloppe, l'enveloppe comportant de préférence des composites, tels que perlite ou de la vermiculite, insérés localement dans l'enveloppe.
7. 7. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (22) présente : au moins deux orifices primaires (24.1, 24.2), chaque orifice 15 primaire (24.1, 24.2) traversant l'enveloppe (22) de façon à déboucher sur deux faces externes (22.1, 22.2) de l'enveloppe (22), chaque orifice primaire (24.1, 24.2) étant en communication de fluide avec des passages primaires respectifs, de sorte qu'un fluide calorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) par au moins un premier orifice primaire (24.1) et qu'un 20 fluide calorigène peut sortir de l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) par au moins un deuxième orifice primaire (24.1) ; et - au moins deux orifices secondaires (26.1, 26.2), chaque orifice secondaire (26.1, 26.2) traversant l'enveloppe (22) de façon à déboucher sur deux faces externes (22.1, 22.2) de l'enveloppe (22), chaque orifice 25 secondaire (26.1, 26.2) étant en communication de fluide avec des passages secondaires respectifs, de sorte qu'un fluide frigorigène peut entrer dans l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) par au moins un premier orifice secondaire (26.1) et qu'un fluide frigorigène peut sortir de l'échangeur de chaleur (20, 40, 60) par au moins un deuxième orifice secondaire (26.2). 30
8. 8. Échangeur de chaleur selon la revendication 7, comprenant en outre au moins un manchon recouvrant les parois d'un orifice primaire ou d'un orifice secondaire.
9. 9. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel : les orifices primaires (24.1, 24.2) sont agencés de façon à déboucher sur deux faces externes opposées (22.1, 22.2) de l'enveloppe (22), les orifices 5 primaires (24.1, 24.2) s'étendant de préférence de manière rectiligne, et les orifices secondaires (26.1, 26.2) sont agencés de façon à déboucher sur lesdites deux faces externes opposées (22.1, 22.2) de l'enveloppe (22), les orifices secondaires (26.1, 26.2) s'étendant de préférence de manière rectiligne. 10
10. 10. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon la revendication 9, dans lequel chaque orifice primaire (24.1, 24.2) a globalement la forme d'un cylindre tronqué par un plan de troncature primaire (P24.1, P24.2) qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques (21), 15 le cylindre ayant de préférence une base circulaire ; et dans lequel chaque orifice secondaire (26.1, 26.2) a globalement la forme d'un cylindre tronqué par un plan de troncature secondaire qui est parallèle aux génératrices du cylindre et qui borde la pluralité de plaques (21), le cylindre ayant de préférence une base circulaire. 20
11. 11. Échangeur de chaleur (20, 40, 60) selon l'une des revendications 9 à 10, dans lequel l'enveloppe (22) présente : - sur une première des deux faces externes externes (22.1), une protubérance primaire (28.1, 29.1) qui a une forme annulaire et qui s'étend 25 autour dudit au moins un orifice primaire (24.1, 24.2) ; et - sur la deuxième des deux faces externes (22.2), une gorge primaire (28.2, 29.2) qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice primaire (24.1, 24.2) et qui a une forme complémentaire à la protubérance primaire (28.1, 29.1) ; 30 et dans lequel l'enveloppe (22) présente : - sur une première des deux faces externes (22.1), une protubérance secondaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice secondaire (26.1, 26.2) ; et- sur la deuxième des deux faces externes (22.2), une gorge secondaire qui a une forme annulaire et qui s'étend autour dudit au moins un orifice secondaire (26.1, 26.2) et qui a une forme complémentaire à la protubérance secondaire.
12. 12. Ensemble d'échangeurs (1), destiné par exemple à une installation de distillation d'air par cryogénie, l'ensemble d'échangeurs (1) comprenant : - au moins deux échangeurs de chaleur (20+40+60, 120+140+160, 220+240+260, 320+340+360), selon l'une des revendication précédentes, 10 lesdits au moins deux échangeurs de chaleur (20+40+60, 120+140+160, 220+240+260, 320+340+360) étant deux à deux juxtaposés ; et - des moyens de raccordement pour raccorder deux échangeurs de chaleur juxtaposés (20, 40) de sorte que leurs passages primaires respectifs sont en communication de fluide et que leurs passages secondaires respectifs 15 sont en communication de fluide.
13. 13. Ensemble d'échangeurs (1) selon la revendication 12, dans lequel les échangeurs de chaleur (20+40+60, 120+140+160, 220+240+260, 320+340+360) sont selon l'une des revendications 7 à 11, et dans lequel les 20 moyens de raccordement sont formés par les orifices primaires (24.1, 24.2) respectifs qui coïncident substantiellement et par les orifices secondaires (26.1, 26.2) respectifs qui coïncident substantiellement.
14. 14. Ensemble d'échangeurs (1) selon la revendication 13, dans lequel 25 les échangeurs de chaleur (20+40+60, 120+140+160, 220+240+260, 320+340+360) sont deux à deux juxtaposés suivant des faces externes complémentaires définies sur leurs enveloppes respectives (22).
15. 15. Ensemble d'échangeurs (1) selon l'une des revendications 13 à 30 14, comprenant en outre au moins un panneau de fermeture (16) qui est en matériau thermiquement isolant, de préférence en béton, et qui est disposé sur un côté respectif de l'ensemble d'échangeurs (1).