FR3096768A1

FR3096768A1 - Echangeur-réacteur avec zones de distribution perfectionnées

Info

Publication number: FR3096768A1
Application number: FR1905725A
Authority: FR
Inventors: Nicolas GALLIENNE; Matthieu FLIN; Sébastien Cadalen; Olivier Dubet
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: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: FR3096768B1; WO2020239767A1

Abstract

L’invention concerne un changeur-réacteur ou échangeur comprenant une pluralité de parois (12) empilées suivant une direction d’empilement (z) qui est orthogonale à une direction longitudinale (x) et à une direction latérale (y), de façon à définir entre elles au moins une première série d’étages (10). Chaque étage (10) est divisé, suivant la direction longitudinale (x), en au moins une zone d’échange (4) et au moins une zone de distribution (3, 5) agencée en amont et/ou en aval de la zone d’échange (4), avec des interfaces de liaison (43, 45) agencée chacune entre la zone d’échange (4) et ladite zone de distribution (3, 5), ladite zone d’échange (4) comprend une pluralité de canaux d’échange (41) délimités par des cloisons (46) qui s’étendent de façon continue entre les deux interfaces de liaison (43, 45), et ladite au moins une zone de distribution (3, 5) comprend une pluralité de canaux distributeurs (31, 51) qui relient chacun une interface d’entrée de fluide (33) et/ou de sortie de fluide (55) disposée sur un bord longitudinal (10a) de l’étage (10) avec une interface de liaison (43, 45) de façon à acheminer le premier fluide (F1) respectivement vers les canaux d’échange (41) et/ou depuis les canaux d’échange (41), chaque canal distributeur (31, 51) étant délimité par au moins une ligne directrice (dm) qui s’étend entre l’interface d’entrée et/ou de sortie de fluide (33, 55) et une interface de liaison (43, 45) et qui est une courbe homothétique du contour externe (D) avec un rapport d’homothétie (km) prédéterminé, et une pluralité de protubérances (9) étant disposées le long de chaque ligne directrice (dm) et s’étendant entre la paire de parois adjacentes (12), lesdites protubérances (9) étant aptes à changer au moins une direction d’écoulement du premier fluide (F1) et présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle aux directions longitudinale (x) et latérale (y), un profil hydrodynamique en forme d’aile. Figure de l’abrégé : Fig. 8

Description

Echangeur-réacteur avec zones de distribution perfectionnées

La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs-réacteurs ou des échangeurs.

En particulier l’invention peut s’appliquer à un échangeur-réacteur destiné à la mise en œuvre en œuvre de réactions catalytiques endothermiques ou exothermiques.

L’invention trouve des applications dans plusieurs procédés. Elle peut être utilisée notamment en tant qu’échangeur-réacteur dans des réactions du type reformage d’hydrocarbures tel du méthane pour la production de gaz de synthèse (dit « syngas ») riche en hydrogène, ou en tant qu’échangeur dans des procédés d’oxycombustion pour préchauffer de l’oxygène.

Une technologie couramment utilisée est celle des échangeurs 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 structures d’échange thermique délimitant des canaux d’échange, constituant ainsi un empilage d’étages où circulent les différents fluides à mettre en relation d’échange thermique indirect via les plaques.

Un technologie d’échangeurs ou d’échangeurs-réacteurs inspirée des échangeurs à plaques est celle des échangeurs-réacteurs structurés. Ces échangeurs-réacteurs comprennent un empilement de parois superposées les unes aux autres et délimitant entre elles plusieurs série d’étages de forme globalement plate. Ces étages comprennent des structures de guidage de fluide délimitant, selon le type d’étage, des canaux d’échange, ou canaux réactifs, où a lieu la réaction chimique, ou des canaux caloporteurs pour apporter ou évacuer les calories nécessaires à ou produits par la réaction.

Les canaux peuvent être formés par usinage des parois ou bien être formés dans l’espace libre entre les parois, l’espace étant structuré par des cloisons ou des plots insérés entre les parois.

De façon connue, les étages des échangeurs-réacteurs ou des échangeurs comprennent des zones dites de distribution agencées, en suivant la direction globale d’écoulement du fluide dans l’étage considéré, en amont et en aval de la zone de réaction et/ou d’échange thermique proprement dite. Les zones de distribution sont reliées fluidiquement à des collecteurs, en général de forme semi-tubulaire, configurés pour distribuer les différents fluides sélectivement dans les étages appropriés, ainsi que pour évacuer lesdits fluides desdits passages. Dans la suite, on désignera par « zone de distribution » une zone destinée à l’introduction des fluides dans l’échangeur ou destinée à l’évacuation des fluides en-dehors de l’échangeur. On désignera également par « zone d’échange » une zone où a lieu un échange thermique et/ou une réaction chimique. Le terme « échangeur » pourra désigner un échangeur ou un échangeur-réacteur.

De façon connue, les zones de distribution comprennent des structures, telles des ailettes, des cloisons, des plots, qui assurent la déviation du fluide provenant du collecteur d’entrée de l’échangeur afin de le répartir sur la largeur des zones d’échange, ainsi que la récupération du fluide provenant de la zone d’échange. Ces structures jouent également le rôle d’entretoises entre les parois afin d’assurer la tenue mécanique de la zone de distribution.

Un problème qui se pose avec la configuration des zones de distribution actuelles est la mal-distribution des fluides depuis ou vers les zones d’échange thermique. Une mauvaise conception des structures des zones de distribution peut entraîner des variations de pertes de charges et de débit dans la largeur de l’échangeur-réacteur, nuisant à son efficacité thermique et à son bon fonctionnement.

Un autre problème concerne la tenue mécanique des zones de distribution. En effet, ces zones sont généralement munies de structures réparties avec de plus faibles densités que celle des zones d’échange. Les zones de distribution constituant des parties où les performances thermiques sont moindres comparées à celles des zones d’échange de chaleur, il est souhaitable de configurer les structures de façon adéquate et de limiter le plus possible l’étendue longitudinale des zones de distribution, tout en assurant un bon compromis entre performance thermique et tenue de l’échangeur lors de la circulation de fluides sous pression au sein des étages. Or, la réduction de l’encombrement des zones de distribution tend à rendre plus critique le guidage des écoulements de fluides dans ces zones.

La présente invention a pour but de proposer un échangeur-réacteur ou un échangeur dans lequel la répartition des fluides dans les zones de réaction et/ou d’échange est la plus uniforme possible, afin de garantir une bonne homogénéité thermique de l’échangeur-réacteur, et qui présente en outre des zones de distribution plus compactes et de meilleure résistance mécanique que dans l’art antérieur.

Une solution selon la présente invention est alors un échangeur-réacteur ou échangeur comprenant une pluralité de parois empilées suivant une direction d’empilement z qui est orthogonale à une direction longitudinale x et à une direction latérale y, de façon à définir entre elles au moins une première série d’étages configurés pour l’écoulement d’un premier fluide et une deuxième série d’étages (configurés pour l’écoulement d’un deuxième fluide à mettre en relation d’échange thermique indirect avec le premier fluide, dans lequel :

chaque étage de la première série est défini entre une paire de parois adjacentes, une paire de bords longitudinaux parallèles à la direction longitudinale et une paire de bords latéraux parallèles à la direction latérale,
chaque étage est divisé, suivant la direction longitudinale, en au moins une zone d’échange et au moins une zone de distribution agencée en amont et/ou en aval de la zone d’échange, avec des interfaces de liaison agencées chacune entre la zone d’échange et ladite zone de distribution,
ladite zone d’échange comprend une pluralité de canaux d’échange délimités par des cloisons qui s’étendent de façon continue entre les deux interfaces de liaison, et
ladite au moins une zone de distribution comprend une pluralité de canaux distributeurs qui relient chacun une interface d’entrée de fluide et/ou de sortie de fluide disposée sur un bord longitudinal de l’étage avec une interface de liaison de façon à acheminer le premier fluide respectivement vers les canaux d’échange et/ou depuis les canaux d’échange,

caractérisé en ce que ladite au moins une zone de distribution présente, dans un plan parallèle aux directions longitudinale et latérale, une section de distribution de surface S_distribdélimitée par une interface de liaison, une interface d’entrée ou de sortie de fluide et un contour externe de forme courbe,

chaque canal distributeur étant délimité par au moins une ligne directrice qui s’étend entre l’interface d’entrée et/ou de sortie de fluide et une interface de liaison et qui est une courbe homothétique du contour externe avec un rapport d’homothétie prédéterminé, et

une pluralité de protubérances étant disposées le long de chaque ligne directrice et s’étendant entre la paire de parois adjacentes, lesdites protubérances étant aptes à changer au moins une direction d’écoulement du premier fluide et présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle aux directions longitudinale et latérale, un profil hydrodynamique en forme d’aile délimité par un bord d’attaque, ledit bord d’attaque étant agencé de façon à faire face au premier fluide lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution, un bord de fuite agencé en aval du bord d’attaque dans le sens d’écoulement du premier fluide, une première ligne de guidage d’écoulement et une deuxième ligne de guidage d’écoulement reliant mutuellement le bord d’attaque et le bord d’attaque, au moins l’une desdites première et deuxième lignes de guidage étant incurvée en direction du profil externe.

Selon le cas, l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

les parois s’étendent sensiblement parallèlement entre elles et parallèlement à un plan défini par la direction longitudinale et la direction latérale.
le bord d’attaque et le bord de fuite présente une forme arrondie, de préférence convexe.
la première ligne de guidage d’écoulement et la deuxième ligne de guidage d’écoulement sont incurvées en direction du profil externe.
l'une des première et deuxième lignes de guidage est incurvée dans une direction opposée au profil externe.
le bord d’attaque et le bord de fuite sont reliés par un segment définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde, ledit segment reliant une extrémité du bord d’attaque et une extrémité du bord de fuite avec lesdites extrémités situées sur la ligne directrice.
le profil hydrodynamique présente une longueur de corde comprise entre la longueur de la ligne directrice divisée par le nombre de protubérances sur ladite ligne directrice et ladite longueur de la ligne directrice divisée par trois fois ledit nombre de protubérances et une épaisseur maximale comprise entre 5% et 10% de la longueur de corde, l’épaisseur maximale étant définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement et la deuxième ligne de guidage d’écoulement.
au moins une protubérance présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde, son épaisseur maximale, par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance 9 de la zone de distribution.
les protubérances d’une même ligne directrice présentent des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde croissantes en direction de l’interface de liaison, et/ou les protubérances présentent des profils hydrodynamiques ayant des épaisseurs maximales décroissantes le long d’au moins une ligne directrice en direction de l’interface de liaison.
les protubérances ont des profils hydrodynamiques du type en « aile d’avion », de préférence du type « NACA », la première ligne de guidage d’écoulement formant une première cambrure dite « extrados » dudit profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement formant une deuxième cambrure dite « intrados » dudit profil et le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados et de l’intrados, ladite cambrure médiane reliant une extrémité du bord d’attaque et une extrémité du bord de fuite situées sur la ligne directrice.
les protubérances ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique comprenant une première cambrure bombée et une deuxième cambrure creusée, avec la première cambrure bombée orientée vers le contour externe.
la zone de distribution comprend une pluralité de lignes directrices agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie vers le contour externe, le centre d’homothétie étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide.
la zone de distribution comprend un nombre M de canaux distributeurs, M étant un entier supérieur à 1, lesdits canaux présentant, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide, des premières dimensions sensiblement identiques, et présentant, au niveau de l’interface de liaison, des deuxièmes dimensions sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale (x) et latérale respectivement, la zone de distribution comprenant une pluralité de lignes directrices référencée chacune par un indice m, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1, chaque ligne directrice étant une courbe homothétique du contour externe avec un rapport d’homothétie k_m=m/M.
le contour externe est de forme elliptique ou parabolique.
l’interface de liaison présente une première longueur mesurée suivant la direction latérale et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide présente une deuxième longueur mesurée suivant la direction longitudinale, l’interface de liaison et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide étant dimensionnées suivant un rapport R=L_y/L_xcompris entre 2 et 5, la zone d’échange comprenant un nombre N de canaux d’échange et la zone de distribution comprenant un nombre M de canaux distributeurs avec de préférence M=N/R.
les protubérances totalisant une section globale définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale et parallèle à la direction latérale, avec un rapport S₉/S_Distribd’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%.
il est prévu un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance et une paroi et/ou il est prévu un deuxième congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance et une cloison délimitant un canal d’échange, lesdits premier et deuxième congés de raccordement ayant des rayons de courbure compris entre 0,2 mm et la demi-hauteur de l’étage, ladite hauteur étant mesurée suivant une direction d’empilement des parois qui est orthogonale à la direction longitudinale et à la direction latérale.
qu’au moins les parois, les canaux d’échange, les canaux distributeurs, les protubérances sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive, de préférence un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique.
les protubérances présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale et à la direction d’empilement, un front avant et un front arrière inclinés d’un angle par rapport à la direction d’empilement, de préférence un angle compris entre 5 et 40°.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre un échangeur-réacteur selon l’invention. De préférence, il s’agit d’un procédé de reformage d’hydrocarbures pour produire du gaz de synthèse riche en hydrogène. Dans ce cas, on utilise un flux comprenant des hydrocarbures en tant que premier fluide pour alimenter la première série d’étages dont les canaux d’échange sont recouverts d’un catalyseur, formant alors des canaux réactifs. Le premier fluide, comprenant de préférence du méthane et de la vapeur d’eau, réagit avec le catalyseur afin de produire du gaz de synthèse. L’apport de chaleur nécessaire à cette réaction endothermique est obtenu par circulation d’un deuxième fluide caloporteur, tel des fumées de combustions, de l’azote, de l’air ou de l’eau, dans les étages de la deuxième série qui comprennent des canaux caloporteurs en relation d’échange thermique indirect via une paroi avec les canaux réactifs adjacents. De préférence, le deuxième fluide caloporteur entre dans l’échangeur à une température comprise entre 700 et 1 200°C et en sort à une température comprise entre 450 et 700°C.

A noter qu’un « canal » peut être tout type de passage hydraulique adapté à la circulation ou au guidage d’un fluide et pouvant présenter toute forme de section transversale, notamment circulaire ou autre, et être délimité par des parois continues ou discontinues.

L’invention va maintenant être mieux décrite grâce aux figures ci-annexées, fournies à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquelles :

représente une vue générale d’un échangeur-réacteur selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une superposition de plusieurs types d’étages d’un échangeur-réacteur selon [Fig. 1].

montre un exemple de trois étages d’un échangeur selon [Fig. 1].

représente un étage d’un échangeur-réacteur ou d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention.

représente une zone de distribution reliée à une portion de zone d’échange dans un étage d’un échangeur-réacteur ou d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention.

est une vue agrandie de [Fig. 5].

montre une protubérance selon un mode de réalisation de l’invention.

montre des protubérances selon un mode de réalisation de l’invention.

est une vue tridimensionnelle d’un échangeur-réacteur selon un mode de réalisation de l’invention pouvant servir à la mise en œuvre d’un procédé de production d’hydrogène par vaporeformage. Un premier fluide F1, par exemple un mélange de méthane et de vapeur d’eau, entre dans l’échangeur par un connecteur d'entrée 2 et en ressort par un collecteur de sortie 6. Ces collecteurs (ou têtes) sont généralement munis de connecteurs d'entrée et de sortie 1 et 7 assurant les liaisons fluidiques avec les autres équipements de l’installation de production.

L’échangeur présente trois dimensions : longueur, mesurée suivant la direction longitudinale x, largeur, mesurée suivant la direction latérale y, et hauteur, mesurée suivant la direction d’empilement z des parois 12 de l’échangeur (non visibles sur ). L’échangeur comprend au moins une première série d’étages 10 et une deuxième série d’étages 11 superposés les uns aux autres suivant la direction d’empilement z. De préférence, les étages s’étendent sensiblement parallèlement entre eux et à un plan défini par les directions x et y. Chaque étage est délimité entre deux parois 12 adjacentes, une paire de bords latéraux disposés parallèlement la direction latérale y et une paire de bords longitudinaux disposés parallèlement la direction longitudinale x. De préférence, les parois 12 s’étendent globalement parallèlement entre elles et parallèlement à la direction longitudinale x et à la direction latérale y, lesdites directions longitudinale et latérales étant orthogonales entre elles.

Notons que plusieurs échangeurs ou échangeurs-réacteurs d’un seul tenant peuvent être soudés entre eux afin d’obtenir un échangeur ou échangeur-réacteur de taille plus importante.

Les collecteurs 6, 7 sont configurés de façon à évacuer l’ensemble des étages 10 de la première série en premier fluide F1 et à récupérer ledit premier fluide F1 de ces étages. Les collecteurs 2, 6 peuvent être soudés sur le corps parallélépipédique de l'échangeur ou de l'échangeur-réacteur ou alors, de façon avantageuse, être directement fabriquées avec le corps de l'échangeur pour obtenir une pièce sans interface d’assemblage, de préférence par un procédé de fabrication additive.

Un deuxième fluide F2 circule dans les étages 11 de la deuxième série. L’écoulement des premier et deuxième fluides a lieu globalement parallèlement à la direction d’écoulement x, de préférence le premier et le deuxième fluides s’écoulent à contre-courant.

Le deuxième fluide F2 est typiquement un fluide caloporteur. Il permet, dans le cas d’un procédé de reformage d’hydrocarbures tel le vaporeformage du méthane, de fournir l’apport de chaleur nécessaire à la réaction chimique qui se produit dans les étages 10 de la première série où circule le premier fluide réactif F1.

En outre, l’échangeur-réacteur selon l’invention peut comprendre une troisième série d’étages 15 intercalés entre les étages 10, 11 des première et deuxième séries. Ces étages 15 peuvent être destinés notamment à la circulation d’un troisième fluide F3 qui est formé de préférence par le produit de la réaction chimique mise en œuvre dans les étages 10, de préférence du gaz de synthèse riche en hydrogène. De préférence, l’échangeur réacteur comprend des moyens de liaisons fluidique reliant au moins un étage 10 de la première série avec un étage 15 de la troisième série.

Les étages 10, 11 des première et deuxième séries peuvent être positionnés en alternance mais pas nécessairement, étant entendu qu’au moins une partie des étages 11 sont adjacents à un étage 10.

montre un exemple d’agencement possible de différents types d’étages 10, 11, 15 d’un échangeur-réacteur selon [Fig.1]. Un tel ordre d’agencement d’étages peut être utilisé pour récupérer la chaleur des produits. Cet enchaînement d’étages peut être reproduit une ou plusieurs fois suivant la direction z.

représente un étage 10 de la première série selon un mode de réalisation de l’invention. Cet étage est délimité par deux parois 12, deux bords longitudinaux 10a et deux bords latéraux 10b

Le premier fluide F1 entre dans le corps de l'échangeur ou de l’échangeur-réacteur par le collecteur d'entrée 2 puis traverse une zone de distribution (d’entrée) 3 agencée en amont d’une zone d’échange 4 et permettant d'assurer une répartition homogène du fluide sur une pluralité de canaux d’échange 41 disposés dans la largeur de la zone d'échange 4, afin de garantir les bonnes performances de l'équipement.

De préférence, les canaux d’échange 41 sont délimités par des cloisons 46 rectilignes (voir ) qui s’étendent parallèlement à la direction longitudinale x. De préférence, lesdites cloisons 46 s’étendent entre deux parois 12 adjacente sur toute la hauteur h d’un étage, de sorte à être en contact, voire fusionner avec lesdites parois, ladite hauteur étant mesurée parallèlement à la direction d’empilement z (voir [Fig. 2]).

Le fluide traverse la zone d'échange 4 et est collecté dans une zone de distribution (de sortie) 5 agencée en aval de ladite zone d’échange 4. La zone de distribution de sortie 5 fonctionne de pair avec la zone de distribution d’entrée 3 et est conçue assurer une récupération homogène du fluide depuis les canaux d’échange 41 de la zone d'échange 4. Le fluide quitte le corps de l'échangeur ou de l'échangeur-réacteur par une tête de sortie 6 par le connecteur de sortie 7.

La zone de distribution 3 située à l’entrée de l’échangeur est délimitée notamment par une interface d’entrée 33 et une interface de liaison 43 entre la zone de distribution 3 et la zone d’échange 4. L’interface de liaison 43 marque typiquement la fin des canaux distributeurs 31 et le début des canaux d’échange 41.

La zone de distribution 5 située à la sortie de l’échangeur est délimitée notamment par une interface de sortie 55 et une interface de liaison 45 entre la zone de distribution 5 et la zone d’échange 4. L’interface de liaison 45 marque typiquement la fin des canaux d’échange 41 et le début des canaux distributeurs 51.

De préférence, les interfaces d’entrée 33 et de sortie 55 présentent une forme rectiligne alignée avec un bord longitudinal 10a.

De préférence, les interfaces de liaison 43, 45 présentent une forme rectiligne et s’étendent parallèlement à un bord latéral 10b.

est une vue éclatée partielle de trois types d’étages 10, 11, 15 destinés à être superposés dans un échangeur-réacteur selon [Fig. 1]. De préférence, chaque étage 15 de la troisième série est aussi divisé, suivant la direction longitudinale x, en une zone de circulation comprenant des canaux de circulation 151, de préférence rectilignes, et au moins une zone de distribution comprenant des canaux distributeurs 155. De préférence, chaque étage 11 de la deuxième série comprend également des canaux de circulation 111 rectilignes qui s’étendent parallèlement à la direction longitudinale x.

Notons que la présente invention est relative aux zones de distribution d’entrée et/ou de sortie de l’échangeur et s'applique de la même manière pour ces deux types de zones.

En outre, l’échangeur selon l’invention pourra comprendre une troisième série d’étages 15 selon l’invention et donc comprendre au moins une zone de distribution configurée selon les mêmes principes qu’une zone de distribution d’un étage 10 de la première série. L’ensemble des caractéristiques possibles de l’invention détaillées ci-après sont donc applicables mais ne seront pas reprises en détail par souci de concision.

, [Fig. 6] et [Fig. 7] illustrent en détail les caractéristiques d’une zone de distribution 3 selon l’invention, qui est une zone d’entrée dans l’exemple illustré. [Fig. 6] est une vue plus détaillée de [Fig. 5].

La zone 3 présente une section de distribution de surface S_distribdélimitée entre l’interface de liaison 43 avec la zone d’échange 4, l’interface d’entrée 33 et un contour externe D de forme arquée, qui s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale x et latérale y et relie les interfaces 43 et 33. C’est dans cette section de la zone de distribution que sont réalisés les canaux distributeurs 31.

L’interface d’entrée 33 a une première longueur L_xmesurée suivant la direction longitudinale x, et l’interface de liaison 43 a une deuxième longueur L_ymesurée suivant la direction latérale y. Comme on souhaite limiter l’étendue longitudinale de la zone de distribution, pour les raisons déjà évoquées, la première longueur L_yest de préférence supérieure à la deuxième longueur, de préférence dans un rapport R compris entre 2 et 5. Du fait du virage que doit effectuer le premier fluide lorsqu’il s’écoule vers ou depuis la zone d’échange, il devient critique de contrôler la distribution du fluide pour que celui-ci alimente de façon homogène la zone d’échange 4 sur toute sa largeur, tout en assurant une tenue mécanique suffisante. C’est ce que vise à améliorer la présente invention.

Chaque canal distributeur 31 est délimité par au moins une ligne directrice d_m. Par exemple, les canaux 31 situé aux extrêmes de la zone de distribution 3 sont délimités soit entre le contour D et une ligne directrice, soit entre une ligne directrice, l’interface 43 et l’interface 33. Les autres canaux 31 sont délimités par deux lignes directrices adjacentes.

Selon l’invention, chaque ligne directrice d_mest une courbe homothétique du contour externe D avec un rapport d’homothétie k_mprédéterminé. Une pluralité de protubérances 9 sont disposées le long de chaque ligne directrice d_met s’étendent entre la paire de parois adjacentes 12 formant l’étage 10 considéré, sur toute la hauteur de l’étage 10. Les protubérances 9 forment des entités distinctes espacées les unes des autres.

Comme illustré sur , chaque protubérance 9 présente, en coupe dans un plan parallèle aux directions x et y, un profil hydrodynamique délimité par un bord d’attaque 92 de forme arrondie, de préférence convexe, un bord de fuite 97, une première ligne de guidage d’écoulement 96 et une deuxième ligne de guidage d’écoulement 99, lesdites lignes reliant les bords d’attaque et de fuite.

Par « bord d’attaque », on entend une portion du profil située à une extrémité amont, en suivant l’écoulement du fluide, dudit profil et qui est agencée de façon à faire face au premier fluide F1 lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution considérée.

Par « bord de fuite », on entend une portion située à une extrémité aval du profil, en suivant le sens d’écoulement du premier fluide F1, c’est-à-dire la portion arrière du profil dans le sens d’écoulement.

La disposition de protubérances dans la zone de distribution selon l’invention permet d’assurer un guidage efficace du fluide depuis et vers la zone d’échange tout en consolidant la zone de distribution grâce à un support efficace des parois 12. La répartition des protubérances le long de courbes agencées homothétiquement les unes aux autres permet une répartition homogène des protubérances et donc une bonne tenue mécanique. Les contraintes mécaniques sont distribuées sur toute la surface S_distribde la zone de distribution.

L’utilisation de profils hydrodynamiques avec au moins une ligne de guidage incurvée permet d’orienter de façon appropriée l’écoulement du premier fluide et de réduire les perturbations que pourraient générer les protubérances 9.

Avantageusement, la première ligne de guide 96 et la deuxième ligne de guidage 99 sont incurvées en direction du profil externe D, comme dans l’exemple de . Cela permet d’orienter le bord d’attaque avec l’écoulement du fluide incident et de diriger le fluide vers direction souhaitée avec un changement de direction progressif afin de limiter les pertes de charge.

De préférence, le bord de fuite 97 présente également une forme arrondie, de préférence convexe. Le fait d’avoir des profils hydrodynamiques dépourvus d’arêtes vives permet d’optimiser l’écoulement dans la zone de distribution tout en limitant l’impact sur la résistance mécanique de cette dernière.

De préférence, le bord d’attaque 92 comprend un point d’extrémité 92a au niveau duquel l’écoulement est divisé en deux portions, chacune passant d’un côté du profil. Ce point d’extrémité 92a peut être un point du profil où le fluide impacte en premier la protubérance.

Selon un mode de réalisation (voir ), le bord d’attaque 92 et le bord de fuite 97 comprennent des extrémités 92a, 97a reliées par un segment C définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde Lc. Les extrémités 92a, 97a sont situées sur la ligne directrice dm considérée.

Une autre dimension caractéristique des profils de protubérances 9 peut être l’épaisseur maximale e du profil, illustrée sur et définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement 96 et la deuxième ligne de guidage d’écoulement 99.

De préférence, les protubérances 9 présentent chacune des longueurs de corde L_ccomprises entre 1 et 20 mm et/ou des épaisseurs maximales e inférieures ou égales à L_c.

Les protubérances 9 peuvent présenter des longueurs de corde L_cet/ou des épaisseurs maximales e identiques.

Selon une variante, au moins une protubérance 9 présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde L_c, son épaisseur maximale e, par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance 9 de la zone de distribution 3, 5. Cela offre un degré de liberté supplémentaire pour ajuster au mieux les caractéristiques d’écoulement du premier fluide F1 selon la position de la ligne directrice d_mdans la zone de distribution et/ou selon le point d’avancée du premier fluide F1 le long d’une ligne directrice d_m.

En particulier, les protubérances 9 d’une même ligne directrice d_mpeuvent présenter des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde L_ccroissantes le long d’au moins une ligne directrice d_m, et ce depuis l’interface 33 vers l’interface de liaison 43 dans la cas d’une zone de distribution d’entrée 3 ou depuis l’interface de sortie 55 vers l’interface de liaison 45 dans la cas d’une zone de distribution de sortie. Cette évolution permet de s’assurer d’une bonne homogénéité de la distance inter-protubérances et de la quantité de matière dans la zone de distribution.

De façon alternative ou complémentaire, les protubérances 9 d’une même ligne directrice d_mpeuvent présenter des épaisseurs maximales e qui diminuent en direction des interfaces de liaison 43, 45.

Cette évolution des épaisseurs et des longueurs des protubérances 9 permet de s’adapter au mieux à la forme de la zone de distribution considérée.

Ces modes de réalisation peuvent être mis en œuvre sur une ou plusieurs lignes directrices.

Selon un mode de réalisation avantageux, les protubérances 9 ont des profils hydrodynamiques en « aile d’avion » du type « NACA ». L’utilisation de profils NACA dans une zone de distribution selon l’invention offre les avantages de limiter la perte de charge afin d’assurer une bonne distribution tout en assurant une tenue mécanique suffisante pour résister aux conditions d’utilisation.

Dans un profil hydrodynamique du type NACA, la première ligne de guidage d’écoulement 96 formant une première cambrure dite « extrados » du profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement 99 forme une deuxième cambrure dite « intrados ».

Le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane 98 située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados 96 et de l’intrados 99, ladite cambrure médiane 98 reliant une extrémité 92a du bord d’attaque 92 et une extrémité du bord de fuite 97 situées sur la ligne directrice dm ou ayant au moinsses extrémités 92a et 97a superposés à la ligne directrice.

De préférence, les protubérances 9 ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique avec une première cambrure 96 incurvée en direction du contour externe D et une deuxième cambrure incurvée en direction du contour externe D. Cela permet de guider l’écoulement entre l’entrée et la sortie de la zone de distribution de manière progressive en limitant les pertes de charge. Les première et deuxième cambrures ne présentent pas nécessairement le même degré de cambrure.

Etant précisé que le profil est de préférence un profil NACA dépourvu d’arête vive, avec un bord de fuite 97 de forme arrondie.

montre un exemple d’une protubérance 9 de profil NACA agencée dans une zone de distribution 5 de sortie. Selon cet exemple, on peut définir la cambrure médiane 98 par rapport à une ligne directrice dm de forme elliptique ou parabolique séparant deux canaux de distribution de la zone de distribution. On effectue un changement de repère, pour passer dans le repère associé à l’abscisse curviligne (s) associée à la courbe dm entre le bord d’attaque 92 d’abscisse curviligne s0 et le bord de fuite 97 d’abscisse s1.

On définit la demi-épaisseur y_tdu profil par l’équation :

où :

x est la position normalisée comprise entre 0 et 1 sur une ligne reliant le bord d’attaque et le bord de fuite,
e est l’épaisseur maximale du profil NACA le long de la corde.

La cambrure médiane Y_cdu profil NACA peut être calculée avec l’équation :

où :

x est la position normalisée comprise entre 0 et 1 sur une ligne reliant le bord d’attaque et le bord de fuite.
K1, K2 et K3 des paramètres numériques ajustables selon le profil de cambrure désiré.
cm la cambrure maximale.

Pour la forme de l'extrados et de l'intrados, l'épaisseur doit être appliquée perpendiculairement à la ligne de cambrure, les coordonnées (x_u,y_u) et (x_L,y_L) peuvent être calculées avec les équations suivantes :

où :

Selon un mode de réalisation, la zone de distribution 3, 5 comprend une pluralité de lignes directrices dm, dm+1, dm+2... agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie O vers le contour externe D, le centre d’homothétie O étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison 43, 45 et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 33, 55. Une telle zone est schématisée sur .

Dans le cas où la zone de distribution 3, 5 comprend un nombre M de canaux distributeurs 31, 51, M étant un entier supérieur à 1, lesdits canaux présentent, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 33, 55, des premières dimensions de préférence sensiblement identiques, et présentent, au niveau de l’interface de liaison 43, 45, des deuxièmes dimensions de préférence sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale x et latérale y respectivement.

Avantageusement, la zone de distribution 3, 5 comprend une pluralité de lignes directrices d_m, d_m+1, d_m+2... référencée chacune par un indice m, avec m un nombre entier allant de 1 à M-1, chaque ligne directrice d_m, d_m+1, d_m+2étant une courbe homothétique du contour externe D avec un rapport d’homothétie k_m=m/M.

De préférence, le contour externe D définit un arc de courbe, de préférence un arc d’ellipse ou de parabole. Dans un repère d’abscisse X, d’ordonnée Y et d’origine (0 ;0 ;0) située à l’intersection entre l’interface d’entrée ou de sortie 33, 55 et la zone de liaison 43, 45 (voir ), le contour externe D peut être défini par une portion de courbe elliptique ou parabolique. Le contour externe peut être définis respectivement par les équations :

et

Ce sont donc des fonctions de la forme Y= f(X, L_x, L_y), avec L_xla première longueur de l’interface d’entrée ou de sortie et L_yla deuxième longueur de l’interface de liaison.

Prenons une zone de distribution 3, 5 avec un nombre M de canaux distributeurs 31, 51, les canaux étant définis par M-1 lignes directrices. Chaque ligne directrice est une courbe définie par une fonction Y_m=f(X, L_xm, L_ym), avec L_xm=L_x*m/M et L_ym=L_y*m/M.

En identifiant les canaux 31i, 31i+1, 31i+2 ... (voir ) par un indice i, avec i un nombre entier allant de 1 à M, le canal d’indice i est défini entre les deux lignes directrices définies par la fonction ci-dessus avec m=i-1 et m=i.

Ainsi, pour une zone à 10 canaux et 9 lignes directrices, le 5^èmecanal en partant du centre d’homothétie O est défini entre les lignes définies par les fonctions Y₄=f(X, L_x4, L_y4) et Y₅=f(X, L_x5, L_y5), avec L_x4=L_x*4/10 et L_y4=L_y*4/10 et L_x5=L_x*5/10 et L_y5=L_y*5/10.

Selon un mode de réalisation, on ajuste la distance entre deux protubérances afin d’assurer la bonne tenue mécanique et d’envisager des étapes de parachèvement (telles que le dépôt d’un revêtement protecteur contre la corrosion, le dépôt d’un catalyseur,…), de la paroi séparant deux étages successifs. Cette distance pourra correspondre à la largeur d’un canal d’échange, mesurée suivant la direction latérale y. Le fait d’avoir la distance entre protubérance et ses protubérances voisines supérieure ou égale au diamètre des canaux de la zone d’échange permet de s'assurer que la zone de distribution ne soit pas le point faible pour l’écoulement de tout fluide utilisé dans le cadre d’un parachèvement. Par conséquent, cette distance contribue à prévenir tout dépôt excessif dans la zone de distribution entraînant un bouchage local des passages hydrauliques. Les fluides utilisés pour le parachèvement peuvent avoir des propriétés physiques très éloignées du fluide utilisé lors de l’exploitation de l’échangeur-réacteur ou de l’échangeur. On pourra ainsi utiliser une notion de cercle inscrit entre les protubérances, comme illustré sur . Le diamètre maximal de ce cercle ne sera de préférence pas trop important pour limiter l’impact mécanique. Il pourra être déterminé selon la pression d’utilisation de l’échangeur. De préférence, le diamètre maximal du cercle inscrit sera de 8 mm. Par ailleurs, ce diamètre sera de préférence d’au moins 2 mm pour préserver un bon écoulement du fluide.

L’échange de chaleur et la résistance mécanique pourront également être intensifiés en augmentant le nombre de protubérances. En particulier, on pourra disposer un nombre prédéterminé de protubérances suivant des lignes directrices et intercaler des protubérances supplémentaires en quinconce entre ces lignes directrices, comme montré par exemple sur .

De préférence, l’interface de liaison 43, 45 et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 3a, 5a sont dimensionnées suivant un rapport R=L_y/L_xcompris entre 2 et 5.

La zone d’échange 4 comprenant un nombre entier N de canaux d’échange 41, N étant de préférence un multiple du nombre M de canaux distributeurs afin de pouvoir aligner, au niveau de l’interface de liaison 43, 45, un sous-ensemble de canaux d’échange 41 avec d’un canal distributeur. Deux lignes directrices d’indices m et m+1 formant entre elles un canal distributeur d’indice i=m rejoignent alors deux cloisons 46 délimitant entre elles au moins deux canaux d’échange (voir par exemple ).

En particulier, la zone de distribution 3, 5 peut comprendre un nombre M de canaux distributeurs 31, 51 avec M=N/R avec R un entier supérieur ou égal à 1

Avantageusement, pour chaque ligne directrice, la protubérance 9 la plus proche de la zone d’échange est prolongée jusqu’à fusionner avec une cloison 46 délimitant deux canaux d’échange successifs et agencée en regard de la protubérance 9.

Avantageusement, la zone de distribution 3, 5 comprend un nombre de protubérances A le long d’une même ligne directrice, A étant défini en fonction de l’indice m référençant la ligne directrice, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1, par la relation A = (m²-1)/4 si m est impair ou A= m²/4 si m est pair.

Cette relation permet de maximiser le nombre de protubérances dans un encombrement minimum. En outre, cela permet d’assurer une bonne distribution du fluide en réduisant le critère définissant l’homogénéité de la distribution et qui peut être exprimé par le rapport (V_max– V_min)/V_moy, avec V_maxet V_minles vitesses maximales et minimales atteintes par le fluide au niveau de l’interface de liaison et V_moyla vitesse du fluide au niveau de l’interface de liaison moyennée sur l’ensemble des canaux de distribution.

De préférence, les protubérances totalisent une section globale S₉définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance 9, mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale x et parallèle à la direction latérale y, avec un rapport S₉/S_Distribd’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%.

En utilisation, avec un premier fluide F1 circulant dans les canaux de distribution à une pression donnée P, on détermine de préférence S₉de sorte que :

Avec S_Distribla section de la zone de distribution définie par le volume de la zone de distribution divisé par l’épaisseur de la zone de distribution et σ_maxadmissla limite en terme de contrainte donnée par le code pour l’utilisation du matériau dans lequel la zone de distribution est formée (ASME, EN13445,…). De préférence, la pression P appliquée dans les canaux de distribution est comprise entre 1 barg et 40 barg (bar relatif).

Par exemple, dans le cas d’une zone de distribution en inconel 625, soumise à des températures maximales de 700°C et à une pression de 10 bar, en prenant des coefficient de sécurité de 0,7 pour le matériau et 1,25 pour le fluage avec une durée d’utilisation de 100000 heures, on a S₉/S_distrib= 15,5%

Selon un mode de réalisation avantageux, la zone de distribution comprend au moins une protubérance 9 reliée, au niveau de l’interface de liaison, à une cloison 46 délimitant un canal d’échange 41, de sorte que ladite protubérance est en contact, voire fusionne, c’est-à-dire forme une même pièce, avec la cloison 46 (voir ).

De préférence, chaque ligne directrice a une protubérance 9 raccordée avec une cloison 46 de la zone d’échange 4.

Avantageusement, il est prévu un deuxième congé de raccordement (14 sur ) au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance 9 et une cloison 46. Le deuxième congé s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale x et latérale y et de préférence sur toute la hauteur de l’étage 10. Le congé de raccordement peut être prévu du côté de la zone d’échange 4 et/ou du côté de la zone de distribution 3, 5. Le deuxième congé de raccordement permet d’améliorer la résistance mécanique en supprimant les angles vifs.

De façon alternative ou complémentaire, on peut prévoir un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance 9 et une paroi. De préférence, le premier congé de raccordement s’étend sur toute la périphérie de la protubérance. Les rayons de courbure des protubérances aux interfaces avec les parois inférieure et supérieure des étages permettent d’éviter les concentrations de contraintes mécaniques.

De préférence, lesdits premier et deuxième congés de raccordement ont des rayons de courbure r_ccompris entre 0,2 mm et la demi-hauteur h de l’étage 10. Ce dimensionnement permet d’éviter les concentrations de contraintes. Les congés ont des profils concaves.

De préférence, l’échangeur-réacteur ou l’échangeur selon l’invention est formé d’un seul tenant, ou dit autrement du type monobloc, c'est-à-dire ne présentant aucune interface d’assemblage entre la zone de distribution et la zone d’échange et entre les différents étages de ces zones.

Avantageusement, au moins les parois 12, les canaux d’échange 41, les canaux distributeurs 31, 51, les protubérances 9 sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive. La pièce se construit couche par couche, les couches sont de l’ordre de 50µm, selon la précision des formes souhaitées et le taux de dépôt voulu. Ce type de procédé permet de contrôler finement le dépôt de la matière dans les zones souhaitées et permet de réaliser des pièces en trois dimensions de forme plus complexes qu’avec les méthodes de fabrication classiques.

De manière préférentielle, la méthode de fabrication additive met en œuvre au moins une poudre métallique de taille micrométrique en tant que matière de base, et/ou au moins un laser en tant que source d’énergie.

Le métal à fondre peut être apporté soit par lit de poudre ou soit par une buse d’aspersion.

De préférence, on utilise un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique.

Des poudres métalliques de taille micrométrique sont fondues par un ou plusieurs lasers. Les lasers utilisés pour fondre localement la poudre sont soit des lasers YAG, à fibres ou CO₂et la fusion des poudres s’effectuent sous gaz inerte, tel de l’argon, de l’hélium, des mélanges d’argon et d’hélium.

Afin de faciliter le processus de fabrication additive, les protubérances 9 peuvent présenter chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale x et à la direction d’empilement z, un front avant 9a et un front arrière 9b inclinés d’un angle θ par rapport à la direction d’empilement z, de préférence un angle θ compris entre 0 et 45°. Ce mode de réalisation est illustré sur . Tendre vers les 45° permet d’améliorer la fabricabilité additive en imprimant l’échangeur dans la direction principale de l’écoulement des fluides.

Avantageusement, l’échangeur-réacteur selon l’invention est de type millistructuré, voire microstructuré. En d’autres termes, les canaux d’échange de l’échangeur millistructuré sont de dimensions millimétriques, par exemple avec une hauteur h entre les parois de l’ordre de 0,2 mm à 10 mm et une largeur du même ordre de grandeur. Ainsi, la structuration et la réduction de la section de passage de fluide dans les canaux permettant d’intensifier les transferts de chaleur et de masse pendant la réaction.

Claims

Échangeur-réacteur ou échangeur comprenant une pluralité de parois (12) empilées suivant une direction d’empilement (z) qui est orthogonale à une direction longitudinale (x) et à une direction latérale (y), de façon à définir entre elles au moins une première série d’étages (10) configurés pour l’écoulement d’un premier fluide (F1) et une deuxième série d’étages (11) configurés pour l’écoulement d’un deuxième fluide (F2) à mettre en relation d’échange thermique indirect avec le premier fluide (F1), dans lequel :
- chaque étage (10) de la première série est défini entre une paire de parois (12) adjacentes, une paire de bords longitudinaux (10a) parallèles à la direction longitudinale (x) et une paire de bords latéraux (10b) parallèles à la direction latérale (y),
- chaque étage (10) est divisé, suivant la direction longitudinale (x), en au moins une zone d’échange (4) et au moins une zone de distribution (3, 5) agencée en amont et/ou en aval de la zone d’échange (4), avec des interfaces de liaison (43, 45) agencée chacune entre la zone d’échange (4) et ladite zone de distribution (3, 5),
- ladite zone d’échange (4) comprend une pluralité de canaux d’échange (41) délimités par des cloisons (46) qui s’étendent de façon continue entre les deux interfaces de liaison (43, 45), et
- ladite au moins une zone de distribution (3, 5) comprend une pluralité de canaux distributeurs (31, 51) qui relient chacun une interface d’entrée de fluide (33) et/ou de sortie de fluide (55) disposée sur un bord longitudinal (10a) de l’étage (10) avec une interface de liaison (43, 45) de façon à acheminer le premier fluide (F1) respectivement vers les canaux d’échange (41) et/ou depuis les canaux d’échange (41),
caractérisé en ce que ladite au moins une zone de distribution (3, 5) présente, dans un plan parallèle aux directions longitudinale (x) et latérale (y), une section de distribution de surface S_distribdélimitée par une interface de liaison (43, 45), une interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55) et un contour externe (D) de forme courbe,
chaque canal distributeur (31, 51) étant délimité par au moins une ligne directrice (d_m) qui s’étend entre l’interface d’entrée et/ou de sortie de fluide (33, 55) et une interface de liaison (43, 45) et qui est une courbe homothétique du contour externe (D) avec un rapport d’homothétie (k_m) prédéterminé, et
une pluralité de protubérances (9) étant disposées le long de chaque ligne directrice (d_m) et s’étendant entre la paire de parois adjacentes (12), lesdites protubérances (9) étant aptes à changer au moins une direction d’écoulement du premier fluide (F1) et présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle aux directions longitudinale (x) et latérale (y), un profil hydrodynamique en forme d’aile délimité par un bord d’attaque (92), ledit bord d’attaque (92) étant agencé de façon à faire face au premier fluide (F1) lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution (3, 5), un bord de fuite (97) agencé en aval du bord d’attaque (92) dans le sens d’écoulement du premier fluide (F1), une première ligne de guidage (96) d’écoulement et une deuxième ligne de guidage (99) d’écoulement reliant mutuellement le bord d’attaque (92) et le bord d’attaque (97), au moins l’une desdites première et deuxième lignes de guidage (96, 99) étant incurvée en direction du profil externe (D).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois (12) s’étendent sensiblement parallèlement entre elles et parallèlement à un plan défini par la direction longitudinale (x) et la direction latérale (y).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord d’attaque (92) et le bord de fuite (97) présente des formes arrondies, de préférence des formes convexes.
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première ligne de guidage (96) d’écoulement et la deuxième ligne de guidage (99) d’écoulement sont incurvées en direction du profil externe (D).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord d’attaque (92) et le bord de fuite (97) sont reliés par un segment (C) définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde (L_c), ledit segment (C) reliant une extrémité (92a) du bord d’attaque (92) et une extrémité (97a) du bord de fuite (97) avec lesdites extrémités (92a, 97a) situées sur la ligne directrice (d_m).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil hydrodynamique présente une longueur de corde (L_c) comprise entre la longueur de la ligne directrice (d_m) divisée par le nombre de protubérances sur ladite ligne directrice (d_m)et ladite longueur de la ligne directrice (d_m) divisée par trois fois ledit nombre de protubérances et une épaisseur maximale (e) comprise entre 5% et 10% de la longueur de corde (L_c), l’épaisseur maximale (e) étant définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement (96) et la deuxième ligne de guidage d’écoulement (99)
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu’au moins une protubérance (9) présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde (L_c), son épaisseur maximale (e), par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance (9) de la zone de distribution (3, 5).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que
les protubérances (9) d’une même ligne directrice (d_m) présentent des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde (L_c) croissantes en direction de l’interface de liaison (43, 45), et/ou

les protubérances (9) présentent des profils hydrodynamiques ayant des épaisseurs maximales (e) décroissantes le long d’au moins une ligne directrice (d_m) en direction de l’interface de liaison (43, 45).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) ont des profils hydrodynamiques du type en « aile d’avion », de préférence du type « NACA », la première ligne de guidage d’écoulement (96) formant une première cambrure dite « extrados » dudit profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement(99) formant une deuxième cambrure dite « intrados » dudit profil et le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane (98) située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados (96) et de l’intrados (99), ladite cambrure médiane (98) reliant une extrémité (92a) du bord d’attaque (92) et une extrémité (97a) du bord de fuite (97) situées sur la ligne directrice (d_m).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique comprenant une première cambrure bombée et une deuxième cambrure creusée, avec la première cambrure bombée orientée vers le contour externe (D).
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de distribution (3, 5) comprend une pluralité de lignes directrices (d_m, d_m+1, d_m+2...) agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie (O) vers le contour externe (D), le centre d’homothétie (O) étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison (43, 45) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55).
Echangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de distribution (3, 5) comprend un nombre M de canaux distributeurs (31, 51), M étant un entier supérieur à 1, lesdits canaux présentant, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55), des premières dimensions sensiblement identiques, et présentant, au niveau de l’interface de liaison (43, 45), des deuxièmes dimensions sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale (x) et latérale (y) respectivement, la zone de distribution (3, 5) comprenant une pluralité de lignes directrices (d_m, d_m+1, d_m+2...) référencée chacune par un indice m, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1, chaque ligne directrice étant une courbe homothétique du contour externe (D) avec un rapport d’homothétie k_m=m/M.
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contour externe (D) est de forme elliptique ou parabolique.
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interface de liaison (43, 45) présente une première longueur (L_y) mesurée suivant la direction latérale (y) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55) présente une deuxième longueur (L_x) mesurée suivant la direction longitudinale (x), l’interface de liaison (43, 45) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (3a, 5a) étant dimensionnées suivant un rapport R=L_y/L_xcompris entre 2 et 5, la zone d’échange (4) comprenant un nombre N de canaux d’échange (41) et la zone de distribution (3, 5) comprenant un nombre M de canaux distributeurs (31, 51) avec de préférence M=N/R.
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce les protubérances (9) totalisant une section globale (S₉) définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance (9) mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale (x) et parallèle à la direction latérale (y), avec un rapport S₉/S_Distribd’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%.
Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est prévu un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance (9) et une paroi (12) et/ou il est prévu un deuxième congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance (9) et une cloison (46) délimitant un canal d’échange (41), lesdits premier et deuxième congés de raccordement ayant des rayons de courbure compris entre 0,2 mm et la demi-hauteur (h) de l’étage (10), ladite hauteur (h) étant mesurée suivant une direction d’empilement (z) des parois (12) qui est orthogonale à la direction longitudinale (x) et à la direction latérale (y).
Échangeur-réacteur ou échangeur suivant l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins les parois (12), les canaux d’échange (41), les canaux distributeurs (31, 51), les protubérances (9) sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive, de préférence un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique.
Échangeur-réacteur ou échangeur suivant l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale (x) et à la direction d’empilement (z), un front avant (9a) et un front arrière (9b) inclinés d’un angle (θ) par rapport à la direction d’empilement (z), de préférence un angle (θ) compris entre 5 et 40°.