FR3060721A1 - Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a geometrie de canal amelioree - Google Patents

Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a geometrie de canal amelioree Download PDF

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Abstract

Echangeur de chaleur (1) à plaques (2a, 2b, 2c,...) définissant une première série de passages (10) pour canaliser au moins un fluide frigorigène (F1) et une deuxième série de passages (20) pour canaliser au moins un fluide calorigène (F2), au moins un passage (10) de la première série étant défini entre une première plaque (2a) définissant un passage adjacent (20) de la deuxième série et une deuxième plaque (2b). Un dispositif mélangeur (3) est agencé dans le passage (10) de la première série et comprend une première surface (3a) agencée en regard de la première plaque (2a) et une deuxième surface (3b) agencée en regard de la deuxième plaque (2b), au moins un premier canal (31) pour canaliser une phase gazeuse (61) du fluide frigorigène (F1) et au moins un deuxième canal (32) pour canaliser une phase liquide (62) du fluide frigorigène (F1). Selon l'invention, la section longitudinale du deuxième canal (32), mesurée parallèlement à la direction longitudinale (z), diminue en direction de la deuxième surface (3b).

Description

Titulaire(s) : L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : L'AIR LIQUIDE.
154) ECHANGEUR DE CHALEUR AVEC DISPOSITIF MELANGEUR LIQUIDE/GAZ A GEOMETRIE DE CANAL AMELIOREE.
FR 3 060 721 - A1 (57) Echangeur de chaleur (1 ) à plaques (2a, 2b, 2c,...) définissant une première série de passages (10) pour canaliser au moins un fluide frigorigène (F1) et une deuxième série de passages (20) pour canaliser au moins un fluide calorigène (F2), au moins un passage (10) de la première série étant défini entre une première plaque (2a) définissant un passage adjacent (20) de la deuxième série et une deuxième plaque (2b). Un dispositif mélangeur (3) est agencé dans le passage (10) de la première série et comprend une première surface (3a) agencée en regard de la première plaque (2a) et une deuxième surface (3b) agencée en regard de la deuxième plaque (2b), au moins un premier canal (31 ) pour canaliser une phase gazeuse (61 ) du fluide frigorigène (F1) et au moins un deuxième canal (32) pour canaliser une phase liquide (62) du fluide frigorigène (F1). Selon l'invention, la section longitudinale du deuxième canal (32), mesurée parallèlement à la direction longitudinale (z), diminue en direction de la deuxième surface (3b).
Figure FR3060721A1_D0001
Figure FR3060721A1_D0002
La présente invention concerne un échangeur de chaleur comprenant des séries de passages pour chacun des fluides à mettre en relation d’échange thermique, l’échangeur comprenant au moins un dispositif mélangeur configuré pour distribuer au moins un mélange à deux phases liquide/gaz dans une des séries de passages.
En particulier, la présente invention peut s’appliquer à un échangeur de chaleur qui vaporise au moins un débit de mélange liquide-gaz, en particulier un débit de mélange à plusieurs constituants, par exemple un mélange d’hydrocarbures, par échange de chaleur avec au moins un autre fluide, par exemple du gaz naturel.
La technologie couramment utilisée pour un échangeur est celle des échangeurs en aluminium à plaques et à ailettes brasés, qui permettent d’obtenir des dispositifs très compacts offrant une grande surface d’échange.
Ces échangeurs comprennent des plaques entre lesquelles sont insérées des ondes d’échange thermique, formées d’une succession d’ailettes ou jambes d’onde, constituant ainsi un empilage de passages de vaporisation et de passages de condensation, les uns destinés à vaporiser du liquide frigorigène et les autres à condenser un gaz calorigène. Les échanges de chaleur entre les fluides peuvent avoir lieu avec ou sans changement de phase.
Afin d’assurer le bon fonctionnement d’un échangeur mettant en oeuvre un mélange liquide-gaz, la proportion de phase liquide et de phase gazeuse doit être la même dans tous les passages et doit être uniforme au sein d’un même passage.
Le dimensionnement de l’échangeur est calculé en supposant une répartition uniforme des phases, et donc une seule température de fin de vaporisation de la phase liquide, égale à la température de rosée du mélange.
Pour un mélange à plusieurs constituants, la température de fin de vaporisation va dépendre de la proportion de phase liquide et de phase gazeuse dans les passages.
Dans le cas d’une répartition inégale des deux phases, le profil de température du fluide frigorigène va donc varier selon les passages, voire varier au sein d’un même passage. Du fait de cette répartition non uniforme, il peut alors arriver que le ou les fluides calorigènes en relation d’échange avec le mélange à deux phases aient une température en sortie de l’échangeur supérieure à celle prévue, ce qui dégrade en conséquence les performances de l’échangeur de chaleur.
Une solution pour répartir le plus uniformément possible les phases liquide et gazeuse du mélange consiste à les introduire séparément dans l’échangeur, puis à les mélanger entre elles seulement à l’intérieur de l’échangeur.
Le document FR-A-2563620 décrit un tel échangeur dans lequel une barre rainurée est insérée dans la série de passages destinée à canaliser le mélange à deux phases. Ce dispositif mélangeur comporte des entrées séparées pour une phase liquide et une phase gazeuse débouchant dans un volume mélangeur commun muni d’une sortie pour distribuer le mélange liquide-gaz vers la zone d’échange thermique.
Cependant, la phase liquide alimentant le dispositif mélangeur se trouve alors inévitablement en situation d’échange thermique avec le ou les fluides calorigènes circulant dans les passages adjacents de l’autre série de passages. Ceci peut engendrer un début de vaporisation de la phase liquide au sein même des entrées correspondantes, entraînant de ce fait une répartition inégale des deux phases du mélange dans certains passages de la série ainsi que dans certaines zones au sein d’un même passage.
Afin de minimiser les échanges de chaleur pouvant se produire au niveau du dispositif mélangeur, une solution serait d’installer la dispositif mélangeur dans une zone de l’échangeur dans laquelle aucun autre fluide ne circule. II faudrait alors placer le dispositif mélangeur à une extrémité de l’échangeur, exempte de tout moyen d’évacuation ou d’amenée de fluide, ce qui imposerait de restructurer l’échangeur dans sa globalité et conduirait nécessairement à en augmenter l’encombrement. En outre, une telle solution ne permet pas l’introduction du mélange à deux phases au milieu de l’échangeur, ce qui peut être souhaitable dans des cas où les spécificités du procédé l’imposent.
La présente invention a pour but de résoudre en tout ou partie les problèmes mentionnés ci-avant, notamment en proposant un échangeur de chaleur dans lequel la répartition des phases liquide et gazeuse d’un mélange est la plus uniforme possible, et ce sans complexifier de façon excessive la structure de l’échangeur, ni en augmenter l’encombrement.
La solution selon l’invention est alors un échangeur de chaleur comprenant plusieurs plaques agencées parallèlement entre elles de façon à définir une première série de passages pour canaliser au moins un fluide frigorigène et une deuxième série de passages pour canaliser au moins un fluide calorigène à mettre en relation d’échange thermique avec au moins ledit fluide frigorigène, au moins un passage de la première série étant défini entre une deuxième plaque définissant un passage adjacent de la deuxième série et une première plaque, un dispositif mélangeur étant en outre agencé dans ledit au moins un passage de la première série et comprenant :
- au moins un premier canal pour canaliser une phase gazeuse du fluide frigorigène,
- au moins un deuxième canal pour canaliser une phase liquide du fluide frigorigène, caractérisé en ce que la section longitudinale du deuxième canal, mesurée parallèlement à la deuxième plaque, diminue en direction de ladite deuxième plaque.
Selon le cas, l’échangeur de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- un orifice est agencé entre le premier canal et le deuxième canal, ledit orifice comprenant une entrée débouchant dans le deuxième canal et une sortie débouchant dans le premier canal, la section longitudinale du deuxième canal diminuant depuis l’entrée de l’orifice vers la deuxième plaque.
- le premier canal et le deuxième canal s’étendent parallèlement aux première et deuxième plaques.
- le premier canal est agencé entre le deuxième canal et la première plaque.
- les passages s’étendent suivant une direction longitudinale, le premier canal s’étendant suivant la direction longitudinale et le deuxième canal s’étendant suivant une direction latérale orthogonale à la direction longitudinale.
- le premier canal est formé d’un premier évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur.
- le dispositif mélangeur comprend une première surface agencée en regard de la première plaque et une deuxième surface agencée en regard de la deuxième plaque, le premier évidement débouchant au niveau de la première surface.
- le deuxième canal est formé d’un deuxième évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur.
- le deuxième évidement débouche au niveau de la deuxième surface.
- le dispositif mélangeur comprend plusieurs premiers canaux longitudinaux se succédant suivant la direction latérale.
- le deuxième canal comprend une première extrémité située au niveau de l’entrée de l’orifice et une deuxième extrémité située du côté de la deuxième plaque, le rapport entre la section longitudinale du deuxième canal mesurée au niveau de la deuxième extrémité et la section longitudinale du deuxième canal mesurée au niveau de la première extrémité étant compris entre 0 et 0,8, de préférence entre 0,2 et 0,8.
- la section longitudinale du deuxième canal (32) diminue progressivement vers la deuxième plaque (2b).
- le deuxième canal s’étend suivant la direction latérale, le section transversale du deuxième canal étant, dans un plan perpendiculaire à la direction latérale, au moins en partie de forme tronconique convergente vers la deuxième plaque.
- la diminution de la section longitudinale du deuxième canal est provoquée par un étranglement latéral dudit deuxième canal se produisant en direction de la deuxième plaque.
- le dispositif mélangeur comporte en outre au moins un troisième canal s’étendant parallèlement au premier canal, ledit troisième canal étant agencé entre le deuxième canal et la deuxième plaque.
La présente invention peut s’appliquer à un échangeur de chaleur qui vaporise au moins un débit de mélange liquide-gaz, en particulier un débit de mélange à plusieurs constituants, par exemple un mélange d’hydrocarbures , par échange de chaleur avec au moins un autre fluide, par exemple du gaz naturel.
L'expression gaz naturel se rapporte à toute composition contenant des hydrocarbures dont au moins du méthane. Cela comprend une composition « brute » (préalablement à tout traitement ou lavage), ainsi que toute composition ayant été partiellement, substantiellement ou entièrement traitée pour la réduction et/ou élimination d'un ou plusieurs composés, y compris, mais sans s'y limiter, le soufre, le dioxyde de carbone, l'eau, le mercure et certains hydrocarbures lourds et aromatiques.
La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux schémas ci-annexés, parmi lesquels :
la Figure 1 est une vue schématique en coupe, dans un plan parallèle aux directions longitudinale et latérale, d’une partie d’un passage de l’échangeur de chaleur alimenté en mélange à deux phases liquide-gaz conformément à un mode de réalisation de l’invention ;
la Figure 2 est une vue schématique en coupe, dans un plan parallèle à la direction longitudinale et perpendiculaire à la direction latérale, de séries de passages de l’échangeur de la Figure 1 ;
les Figures 3A et 3B sont des vues schématiques en coupe, suivant deux plans perpendiculaires à celui de la Figure 1, illustrant un mode de réalisation d’un dispositif mélangeur équipant un échangeur selon l’invention ;
les Figures 4A et 4B sont des vues partielles du dispositif mélangeur des Figures 3A et 3B et d’une variante d’un tel dispositif ;
les Figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe de dispositifs mélangeurs selon d’autres modes de réalisation de l’invention.
Les Figures 1 et 2 illustrent un échangeur de chaleur 1 selon un mode de réalisation de l’invention comprenant un empilement de plaques 2a, 2b,
2c... qui s’étendent suivant deux dimensions, suivant une direction longitudinale z et une direction latérale y. Les plaques 2a, 2b, 2c... sont disposées parallèlement l’une au-dessus de l’autre avec espacement et forment ainsi une pluralité de passages pour des fluides en relation d’échange de chaleur indirect via lesdites plaques. La direction latérale y est représentée orthogonale à la direction longitudinale z et parallèle aux plaques 2a, 2b, 2c....
De préférence, chaque passage a une forme parallélépipédique et plate. L’écart entre deux plaques successives est petit devant la longueur et la largeur de chaque plaque successive.
L’échangeur 1 peut comprendre un nombre de plaques supérieur à 20, voire supérieur à 100, définissant entre elles une première série de passages 10 pour canaliser au moins un fluide frigorigène F1, et une deuxième série de passages 20 (non visible sur la Figure 1 ) pour canaliser au moins un fluide calorigène F2, l’écoulement desdits fluides ayant lieu globalement suivant la direction longitudinale z. Les passages 10 de la première série peuvent être agencés, en tout ou partie, en alternance ou de façon adjacente avec tout ou partie des passages 20 de la deuxième série.
De façon connue en soi, l’échangeur 1 comprend des moyens de distribution et d’évacuation 43, 52 configurés pour distribuer les différents fluides sélectivement dans les passages 10, 20, ainsi que pour évacuer lesdits fluides desdits passages 10, 20.
L’étanchéité des passages 10, 20 le long des bords des plaques 2a,.. est généralement assurée par des bandes d’étanchéité latérales et longitudinales 4 fixées sur les plaques 2a,... Les bandes d’étanchéité latérales 4 n’obturent pas complètement les passages 10, 20 mais laissent avantageusement des ouvertures d’entrée et de sortie de fluide situées dans les coins diagonalement opposés des passages.
Les ouvertures des passages 10 de la première série sont disposées en coïncidence l’une au-dessus de l’autre, tandis que les ouvertures des passages 20 de la deuxième série sont disposées dans les coins opposés.
Les ouvertures placées l’une au-dessus de l’autre sont réunies respectivement dans des collecteurs de forme semi-tubulaire 40, 45, 50, 55, par lesquels s’effectuent la distribution et l’évacuation des fluides.
Dans les représentations des Figures 1 et 2, les collecteurs semitubulaires 50, 45 servent à l’introduction des fluides dans l’échangeur 1 et les collecteurs semi-tubulaires 40, 55 servent à l’évacuation de ces fluides hors de l’échangeur 1.
Dans cette variante de réalisation, le collecteur d’alimentation d’un des fluides et le collecteur d’évacuation de l’autre fluide sont situés à une même extrémité de l’échangeur, les fluides F1, F2 circulant ainsi à contrecourant dans l’échangeur 1.
Selon une autre variante de réalisation, les fluides frigorigène et calorigène peuvent également circuler à co-courant, les moyens d’alimentation d’un des fluides et les moyens d’évacuation de l’autre fluide étant alors situés à des extrémités opposées de l’échangeur 1.
De préférence, la direction longitudinale est orientée verticalement lorsque l’échangeur 1 est en fonctionnement. Le fluide frigorigène F1 s’écoule globalement verticalement et dans le sens ascendant. D’autres directions et sens d’écoulement des fluides F1, F2 sont bien entendu envisageables, sans sortir du cadre de la présente invention.
A noter que dans le cadre de l’invention, un ou plusieurs fluides frigorigènes F1 et un ou plusieurs fluides calorigènes F2 de natures différentes peuvent s’écouler au sein des passages 10, 20 des première et deuxième séries d’un même échangeur.
Les moyens de distribution et d’évacuation 43, 52 comprennent avantageusement des ondes de distribution 44, 51, 54, agencées entre deux plaques 2a, 2b,... successives sous forme de tôles ondulées, qui s’étendent à partir des ouvertures d’entrée et de sortie. Les ondes de distribution 44, 51, 54 assurent la répartition uniforme et la récupération des fluides sur toute la largeur des passages 10, 20.
En outre, les passages 10, 20 comprennent avantageusement des structures d’échange thermique disposées entre les plaques 2a, 2b,.... Ces structures ont pour fonction d’augmenter la surface d’échange thermique de l’échangeur. En effet, les structures d’échange thermique sont en contact avec les fluides circulant dans les passages et transferrent des flux thermiques par conduction jusqu’aux plaques adajcentes, auxquelles elles peuvent être fixées par brasage, ce qui augmente la résistance mécanique de l’échangeur.
Les structures d’échange thermique ont aussi une fonction d’entretoises entre les plaques, notamment lors de l’assemblage par brasage de l’échangeur et pour éviter toute déformation des plaques lors de la mise en oeuvre des fluides sous pression. Elles assurent également le guidage des écoulements de fluide dans les passages de l’échangeur.
De préférence, ces structures comprennent des ondes d’échange thermique 11 qui s’étendent avantageusement suivant la largeur et la longueur des passages 10, 20, parallèlement aux plaques, dans le prolongement des ondes de distribution 44, 51, 54 selon la longueur des passages 10, 20. Les passages 10, 20 de l’échangeur présente ainsi une partie principale de leur longueur constituant la partie d’échange thermique proprement dite, qui est garnie d’une structure d’échange thermique, ladite partie principale étant bordée par des parties de distribution garnies des ondes de distribution 44, 51,54.
La Figure 1 illustre un passage 10 de la première série 1 configuré pour distribuer un fluide frigorigène F1 se présentant sous la forme d’un mélange liquide-gaz à deux phases. Le fluide frigorigène F1 est séparé dans un dispositif séparateur 6 en une phase gazeuse 61 et une phase liquide 62 introduites séparément dans l’échangeur 1 par l’intermédiaire d’un collecteur latéral 30 et du collecteur 50. Les deux phases 61, 62 sont ensuite mélangées l’une avec l’autre au moyen d’un dispositif mélangeur 3 agencé dans le passage 10 et représentée de façon schématique sur la Figure 1. Avantageusement, plusieurs passages 10, voire la totalité des passages 10 de la première série comporte un dispositif mélangeur 3.
La Figure 2 est une vue schématique en coupe, dans un plan parallèle à la direction longitudinale z et perpendiculaire à la direction latérale y, de l’échangeur de la Figure 1. On y voit un empilement de passages 10, 20 des première et deuxième séries, des dispositifs mélangeurs 3 étant agencés dans deux passages 10.
Le dispositif mélangeur 3 selon l’invention se compose avantageusement d’une barre, ou baguette, logée dans un passage 10 et qui s’étend de préférence dans la section du passage 10 sur la quasi-totalité, voire la totalité, de la hauteur du passage 10, de sorte que le dispositif mélangeur est en contact avec chaque plaque 2a, 2b formant le passage 10.
Le dispositif mélangeur 3 est avantageusement fixé aux plaques adjacentes 2a et 2b par brasage.
Le dispositif mélangeur 3 peut présenter, parallèlement à la direction longitudinale z, une première dimension comprise entre 20 et 200 mm et, parallèlement à la direction latérale y, une deuxième dimension comprise entre 100 et 1400 mm.
Comme on le voit sur les Figures 3A et 3B, le dispositif mélangeur 3 est délimité notamment par une première surface 3a agencée en regard d’une première plaque 2a de l’échangeur et une deuxième surface 3b agencée en regard d’une deuxième plaque 2b. La deuxième plaque 2b forme, avec une troisième plaque 2c, le passage 20 adjacent. Les premières et deuxième surfaces 3a, 3b s’étendent de préférence globalement parallèlement, c’est-àdire parallèlement ou quasi-parallèlement, aux première et deuxième plaques 2a et 2b respectivement.
Le dispositif mélangeur 3 est avantageusement de forme générale parallélépipédique. Les première et deuxième surfaces 3a, 3b sont globalement planes mais peuvent présenter localement des évidements formant des canaux de fluide, comme expliqué ci-après.
Le dispositif mélangeur 3 comprend au moins un premier canal 31 pour canaliser une phase gazeuse 61 du fluide frigorigène F1, la direction d’écoulement du fluide étant symbolisée par la flèche 61.
En outre, au moins un deuxième canal 32 pour canaliser une phase liquide 62 du fluide frigorigène F1.
Selon l’invention, la section longitudinale du deuxième canal 32 diminue en direction de la deuxième surface 3b.
A noter que dans le cadre de l’invention, la section longitudinale du deuxième canal 32, ou d’une ouverture dudit canal, s’entend de la section du canal mesurée parallèlement à la deuxième surface 3b, c’est-à-dire selon des plans de coupe dudit canal parallèles à la deuxième plaque 3b.
Ainsi, dans le mode de réalisation illustré par la Figure 3A, le premier canal 31 s’étend suivant la direction longitudinale z et le deuxième canal 32 s’étend suivant la direction latérale y. La section longitudinale du deuxième canal 32 diminue alors suivant la direction représentée par la flèche x.
En réduisant la section longitudinale du deuxième canal 32 en direction de la deuxième plaque 2b, on réduit la surface de contact entre la phase liquide 62 et la partie de la deuxième plaque 2b s’étendant au niveau du dispositif mélangeur 3, ce qui permet de réduire grandement les échanges de chaleur pouvant avoir lieu entre le fluide calorigène F2 circulant dans le passage 20 adjacent et la phase liquide 62 du fluide frigorigène F1. Ceci permet de limiter, voire d’éviter une vaporisation de la phase liquide avant son mélange avec la phase gazeuse dudit fluide frigorigène F1. Les deux phases du mélange sont ainsi réparties de la façon la plus homogène possible au sein même des passages pour le mélange à deux phases, ainsi qu’entre les différents passages pour le mélange à deux phases.
Cette solution présente les avantages d’être simple de mise en oeuvre, de ne pas modifier l’encombrement de l’échangeur et de ne pas complexifier sa structure.
Avantageusement, le canal longitudinal 31 et le deuxième canal 32 sont en communication fluidique via un au moins un orifice 34 agencé entre le premier canal 31 et le deuxième canal 32. L’orifice 34 comprend une entrée 342 débouchant dans le deuxième canal 32 et une sortie 341 débouchant dans le premier canal 31. Un ou plusieurs orifices 34 peuvent être disposés le long de la direction y.
La section longitudinale du deuxième canal 32, diminue depuis l’entrée 342 de l’orifice 34 vers la deuxième surface 3b.
En fonctionnement, le mélange des phases liquide 62 et gazeuse 61 s’effectue globalement en aval de la sortie 341 et le mélange à deux phases liquide/gaz est distribué hors du dispositif de mélange par une ou plusieurs passages 33.
Les canaux 31, 32 et/ou les passages 33 peuvent déboucher au niveau des faces extrêmes 35, 36 du dispositif mélangeur 3, ou en retrait vers l’intérieur du dispositif 3 par rapport audites faces 35, 36.
Dans le cadre de l’invention, au moins un passage 10 de la première série est défini entre une première plaque 2a et une deuxième plaque 2b, la première plaque 2a définissant également un passage adjacent 20 de la deuxième série immédiatement adjacent au passage 10 considéré. Un dispositif mélangeur 3 est agencé dans le passage 10 de la première série considéré.
Avantageusement, le premier canal 31 est formé d’un évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur 3.
Selon une variante illustrée sur les Figures 3A à 6, le premier canal 31 peut être formé d’un évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur 3 et débouchant au niveau de la première surface 3a. De préférence, le deuxième canal 32 est formé d’un évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur 3.
Dans une forme de réalisation illustrée notamment sur la Figure 4A, l’évidemment formant le deuxième canal 32 débouche au niveau de la deuxième surface 3b. Le deuxième canal 32 comporte alors une deuxième extrémité 321 ouverte située au niveau de la deuxième surface 3b.
Selon une variante, illustrée sur la Figure 4B, le deuxième canal 32 est formé par un évidemment interne non débouchant.
Les Figures 3A à 6 illustrent des dispositifs de mélange 3 comprenant un seul deuxième canal 32. Le dispositif 3 peut aussi comprendre, de manière avantageuse, plusieurs canaux latéraux 32 se succédant le long de la direction longitudinale z.
De même, le dispositif de mélange 3 peut comprendre un ou plusieurs canaux longitudinaux 31. La Figure 3B illustre un dispositif 3 comportant une rangée de canaux longitudinaux 31 se succédant le long de la direction latérale y. De préférence, les canaux longitudinaux 31 s’étendent sensiblement parallèlement les uns aux autres. Les premiers canaux longitudinaux 31 sont avantageusement agencés entre le deuxième canal 32 et la première surface 3a.
Plus précisément, le deuxième canal 32 comprend avantageusement une première extrémité 322 située au niveau de l’entrée 342 de l’orifice 34 et une deuxième extrémité 321 située du côté de la deuxième surface 3b.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la section longitudinale du deuxième canal 32 diminue de sorte que le rapport entre la section longitudinale du deuxième canal 32 mesurée au niveau de la deuxième extrémité 321 et la section longitudinale du deuxième canal 32 mesurée au niveau de la première extrémité 322 est compris entre 0 et 0,8, de préférence entre 0,2 et 0,8.
Un tel dimensionnement permet de minimiser les échanges thermiques entre le liquide circulant dans le deuxième canal 32 et les fluides adjacents.
A titre d’exemple, dans la configuration illustrée sur les Figures 4A ou 4B, un rapport de sections longitudinales de deuxième canal 32 égal à 0 correspond à un deuxième canal 32 dont la section transversale est de forme triangulaire.
Dans le cas d’un deuxième canal 32 débouchant, le rapport entre la section longitudinale de l’ouverture 321 et la largeur du deuxième canal 32 mesurée au niveau de la première extrémité 322, ou fond 322, est compris entre 0,2 et 0,8.
En particulier, comme illustré sur les Figures 3A, 4A et 4B, la section longitudinale du deuxième canal 32 peut diminuer progressivement vers la deuxième surface 3b.
Selon une forme de réalisation avantageuse de l’invention, et comme visible sur les Figures 3A, 4A et 4B, la section transversale du deuxième canal 32 est au moins en partie de forme tronconique convergente vers la deuxième surface 3b.
De façon alternative, la diminution de la section longitudinale du deuxième canal 32 peut être provoquée par un étranglement latéral 324 dudit deuxième canal 32 en direction de la deuxième surface 3b. Par « étranglement », on entend une diminution brusque de la largeur du deuxième canal 32, typiquement une diminution telle que le rapport de sections longitudinales défini précédemment est compris entre 0,2 et 0,8, cette diminution se produisant sur une distance typiquement inférieure à 4 mm, en direction de la deuxième surface 3b.
Ainsi, on réduit encore plus les échanges de chaleur pouvant avoir lieu entre le fluide calorigène F2 circulant dans le passage 20 adjacent et la phase liquide du fluide frigorigène F1 avant son mélange avec la phase gazeuse.
De préférence, l’étranglement 324 a lieu de façon sensiblement symétrique.
Avantageusement, l’étranglement est tel que le deuxième canal 32 a une section en forme de T inversé, comme illustré sur les Figures 5 et 6
Plus précisément, le deuxième canal 32 peut comprendre des parois latérales 323 disposées perpendiculairement au fond 322 et ledit fond 322 peut être disposé parallèlement à la direction longitudinale z.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, illustré sur la Figure 6, le dispositif mélangeur 3 comporte en outre un troisième canal 37 pour canaliser la phase gazeuse 61 du fluide frigorigène F1, ledit troisième canal 37 s’étendant suivant la direction longitudinale z, entre le deuxième canal 32 et la deuxième surface 3b.
La présence de ce troisième canal 37 permet de minimiser encore plus les échanges thermiques entre le liquide circulant dans le deuxième canal 32 et les fluides circulant dans les passages adjacents. Ceci permet en effet de créer une barrière de gaz qui joue le rôle d’isolant thermique entre le deuxième canal et la deuxième plaque 2b.
Etant précisé que le premier canal 31 et le troisième canal 37 peuvent être de forme et en nombre distincts ou identiques. Comme montré sur la Figure 6, l’ouverture 321 du deuxième canal 32 débouche avantageusement dans le troisième canal 37. Dans ce mode de réalisation, le dispositif mélangeur 3 comprend au moins deux passages 33 pour le mélange à deux phases liquide/gaz.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés dans la présente demande. D’autres variantes ou modes de réalisation à la portée de l’homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l’invention.
Par exemple, l’échangeur selon l’invention est principalement décrit dans le cas où les passages 10, 20 s’étendent suivant la direction longitudinale z, le premier canal 31 s’étendant suivant la direction longitudinale z et le deuxième canal 32 s’étendant suivant une direction latérale y orthogonale à la direction longitudinale z. L’inverse est aussi envisageable, c’est-à-dire un premier canal 31 s’étendant suivant la direction latérale y et un deuxième canal 32 s’étendant suivant la direction longitudinale z. Les directions latérale y et longitudinale z peuvent aussi ne pas être orthogonales entre elles.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Echangeur de chaleur (1 ) comprenant plusieurs plaques (2a, 2b, 2c,...) agencées parallèlement entre elles de façon à définir une première série de passages (10) pour canaliser au moins un fluide frigorigène (F1) et une deuxième série de passages (20) pour canaliser au moins un fluide calorigène (F2) à mettre en relation d’échange thermique avec au moins ledit fluide frigorigène (F1), au moins un passage (10) de la première série étant défini entre une deuxième plaque (2b) définissant un passage adjacent (20) de la deuxième série et une première plaque (2a), un dispositif mélangeur (3) étant en outre agencé dans ledit au moins un passage (10) de la première série et comprenant :
    - au moins un premier canal (31) pour canaliser une phase gazeuse (61 ) du fluide frigorigène (F1 ),
    - au moins un deuxième canal (32) pour canaliser une phase liquide (62) du fluide frigorigène (F1 ), caractérisé en ce que la section longitudinale du deuxième canal (32), mesurée parallèlement à la deuxième plaque (3b), diminue en direction de ladite deuxième plaque (3b).
  2. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un orifice (34) est agencé entre le premier canal (31) et le deuxième canal (32), ledit orifice (34) comprenant une entrée (342) débouchant dans le deuxième canal (32) et une sortie (341) débouchant dans le premier canal (31), la section longitudinale du deuxième canal (32) diminuant depuis l’entrée (342) de l’orifice (34) vers la deuxième plaque (2b).
  3. 3. Echangeur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier canal (31) et le deuxième canal (32) s’étendent parallèlement aux première et deuxième plaques (2a, 2b).
  4. 4. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier canal (31) est agencé entre le deuxième canal (32) et la première plaque (2a).
  5. 5. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les passages (10, 20) s’étendent suivant une direction longitudinale (z), le premier canal (31) s’étendant suivant la direction longitudinale (z) et le deuxième canal (32) s’étendant suivant une direction latérale (y) orthogonale à la direction longitudinale (z).
  6. 6. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier canal (31) est formé d’un premier évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur (3).
  7. 7. Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif mélangeur 3 comprend une première surface (3a) agencée en regard de la première plaque (2a) et une deuxième surface (3b) agencée en regard de la deuxième plaque (2b), le premier évidement débouchant au niveau de la première surface (3a).
  8. 8. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième canal (32) est formé d’un deuxième évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur (3).
  9. 9. Echangeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième évidement ménagé au sein du dispositif mélangeur (3) débouche au niveau de la deuxième surface (3b).
  10. 10. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif mélangeur (3) comprend plusieurs premiers canaux longitudinaux (31) se succédant suivant la direction latérale (y).
  11. 11. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième canal (32) comprend une première extrémité (322) située au niveau de l’entrée (342) de l’orifice (34) et une deuxième extrémité (321) située du côté de la deuxième plaque (2b), le rapport entre la section longitudinale du deuxième canal (32) mesurée au niveau de la deuxième extrémité (321) et la section longitudinale du deuxième canal (32) mesurée au niveau de la première extrémité (322) étant compris entre 0 et 0,8, de préférence entre 0,2 et 0,8.
  12. 12. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section longitudinale du deuxième canal (32) diminue progressivement vers la deuxième plaque (2b).
  13. 13. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième canal (32) s’étend suivant la direction latérale (y), le section transversale du deuxième canal (32) étant, dans un plan perpendiculaire à la direction latérale (y), au moins en partie de forme tronconique convergente vers la deuxième plaque (2b).
  14. 14. Echangeur selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la diminution de la section longitudinale du deuxième canal (32) est provoquée par un étranglement latéral (324) dudit deuxième canal (32) se produisant en direction de la deuxième plaque (2b).
  15. 15. Echangeur selon la revendication 14, caractérisée en ce que le dispositif mélangeur (3) comporte en outre au moins un troisième canal (37) s’étendant parallèlement au premier canal (31), ledit troisième canal (37) étant agencé entre le deuxième canal (32) et la deuxième plaque (2b).
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